八旋翼植保無人機(jī)在小麥不同生長周期的作業(yè)參數(shù)優(yōu)化

吳巧榮

(西安城市交通技師學(xué)院，西安 710100)

0 引言

自1940年首次采用飛機(jī)進(jìn)行肥料施用至今，農(nóng)用飛機(jī)應(yīng)用發(fā)展迅速，其中無人機(jī)施藥尤為突出。無人機(jī)施藥是一種采用無人機(jī)對田間作物進(jìn)行農(nóng)藥噴灑的工作，在采用藥劑噴灑作業(yè)完成病蟲害防治時，無人機(jī)通過裝載超聲波、雷達(dá)或其他先進(jìn)的噴灑系統(tǒng)進(jìn)行大田作業(yè)。進(jìn)行病蟲害防治時，無人機(jī)在飛行過程中，結(jié)合自主識別系統(tǒng)可以根據(jù)地理地形環(huán)境不斷調(diào)整飛行高度、姿態(tài)躲避障礙物，并且依靠先進(jìn)的噴灑系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、均勻噴灑作業(yè)，可以提高農(nóng)藥使用效率，減輕植保帶來的生態(tài)環(huán)境污染，減少人力消耗，無人機(jī)施藥有著成本低、人工勞動強(qiáng)度低、不對地面壓實(shí)等優(yōu)勢，近年來，在我國發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化的政策要求下，無人機(jī)施藥逐漸成為了植保機(jī)械的熱點(diǎn)話題。現(xiàn)階段無人機(jī)施藥有效改善了農(nóng)藥利用率低下、施藥成本高等問題[1]。

目前，無人機(jī)施藥作業(yè)效果主要以葉面霧滴沉積效果為主要評價指標(biāo)。葉面霧滴沉積效果能直接說明噴灑的農(nóng)藥霧滴落在葉面上的量。并且，近年來關(guān)于此類研究較多，但是在生產(chǎn)生活中，不同生長周期的作物在同一工作參數(shù)中葉面霧滴沉積量大相徑庭[2，3]。

本文從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，將農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合，探索以八旋翼植保無人機(jī)為主要作業(yè)設(shè)備，在不同生長周期的小麥(返青起身期、齊穗期、盛花期)的最佳農(nóng)藝參數(shù)，并對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以便為后續(xù)無人機(jī)相關(guān)飛行作業(yè)參數(shù)優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支持[4]。

1 植保無人機(jī)的發(fā)展

在如美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家中有著較為成熟的農(nóng)業(yè)航空體系，通過研究可知高達(dá)65%的化學(xué)藥劑農(nóng)業(yè)噴灑由飛機(jī)承擔(dān)。我國從1951年開始研究航空技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，時至今日收獲頗豐，但距離國外發(fā)達(dá)國家仍有較大差距，如施藥裝置性能差、噴射出的霧滴對靶性差、化學(xué)試劑泄露危害駕駛員健康等問題。農(nóng)用無人機(jī)能有效避免人與化學(xué)試劑直接接觸，并且近年來我國學(xué)者通過對農(nóng)用植保無人機(jī)的有效噴幅、霧滴沉積、霧滴飄移等參數(shù)進(jìn)行試驗研究，在對靶性與霧滴沉積效果方面得以大幅度提升，從而有效提高了農(nóng)藥利用率與噴施效果[5]。

目前，我國部分學(xué)者通過對算法與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行探索研究，提出了關(guān)于無人機(jī)航線規(guī)劃的改進(jìn)措施，從而增強(qiáng)了整體航線規(guī)劃的合理性，減少了由于航線問題導(dǎo)致的工作時間與電量不足的問題。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

本研究采用八旋翼植保無人機(jī)(智飛極農(nóng)ZFJN850植保無人機(jī))，采購于河北智飛農(nóng)業(yè)科技有限公司，具有快拆槳，防水、防塵電機(jī)，斷點(diǎn)續(xù)噴，斷電、斷藥記憶續(xù)噴，通過藥液監(jiān)測系統(tǒng)顯示藥量等優(yōu)勢，機(jī)臂橫向折疊設(shè)計，便于運(yùn)輸。

斷槳保護(hù)、無線遙控啟動、遠(yuǎn)程控制采用霧化扇形噴頭，對目標(biāo)地區(qū)進(jìn)行超低量噴霧施藥，其工作參數(shù)如表1所示，實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 智飛極農(nóng)ZFJN850植保無人機(jī)

表1 噴霧施藥工作參數(shù)表

本研究采用20 g·L-1的噻呋酰胺(thiafuramide)懸浮劑和10%高氯氟懸浮劑作為噴施藥劑。

2.2 試驗方法

在無人機(jī)運(yùn)行航線上設(shè)置若干霧滴收集點(diǎn)，自飛機(jī)開始啟動起飛后40 m開始間隔5 m設(shè)置一個霧滴收集點(diǎn)，設(shè)置水敏紙，大小為40 mm×80 mm。對不同時期小麥，水平設(shè)置水敏紙并且在試驗結(jié)束后對試紙進(jìn)行干燥處理并收集，通過軟件分析出相應(yīng)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 小麥返青起身期

3.1.1 霧滴數(shù)量

通過試驗數(shù)據(jù)可知(表2),通過設(shè)計專家軟件分析，可得知飛行高度對霧滴數(shù)量與覆蓋率差異顯著(p<0.05)。通過試驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)飛行速度恒定時，霧滴數(shù)量與覆蓋度隨飛機(jī)高度上升而減少，且當(dāng)飛機(jī)高度達(dá)到2.5 m時，出現(xiàn)最小值。八旋翼植保無人機(jī)飛行高度為1 m時霧滴數(shù)量達(dá)到最大值149.8滴·cm-2，且飛行高度為0.5～2 m時的霧滴數(shù)量差異顯著。當(dāng)飛機(jī)高度為2.5 m時霧滴數(shù)量遠(yuǎn)小于1～2 m時霧滴數(shù)量，為70.0滴·cm-2。霧滴數(shù)量隨飛行高度升高而減少，且在1～2 m時呈線性分布，所以在小麥返青起身期時，飛機(jī)飛行高度參數(shù)應(yīng)處于1～2 m范圍內(nèi)。

表2 小麥返青起身期八旋翼植保無人機(jī)在不同飛行高度參數(shù)下藥液沉積效果

3.1.2 覆蓋率

由結(jié)果可知，當(dāng)八旋翼植保無人機(jī)飛行速度恒定的情況下，霧滴覆蓋率隨飛行高度升高而降低，且在飛行高度為1 m時得到最大值6.32%，當(dāng)飛行高度高于2 m時，霧滴數(shù)量急速下降至1.05%。且覆蓋率在1～1.5 m時數(shù)據(jù)呈不顯著分布。

3.1.3 小結(jié)

由小麥返青起身期八旋翼植保無人機(jī)在不同飛行高度工作時的霧滴數(shù)量與覆蓋率數(shù)據(jù)可知，當(dāng)飛行速度恒定時，飛機(jī)飛行高度處于1～2 m范圍內(nèi)施藥效果最佳。

3.2 小麥齊穗期

3.2.1 霧滴數(shù)量

通過試驗數(shù)據(jù)可知(表3),通過設(shè)計專家軟件分析，可得知飛行高度對霧滴數(shù)量與覆蓋率差異顯著(p<0.05)。通過試驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)飛行速度恒定時，霧滴數(shù)量與覆蓋度隨飛機(jī)高度的升高逐漸增大，且當(dāng)飛機(jī)高度達(dá)到2 m時，出現(xiàn)最小值。八旋翼植保無人機(jī)飛行高度為1 m時霧滴數(shù)量為最大值，為150.2滴·cm-2，且飛行高度為1～2 m時的霧滴數(shù)量差異不顯著。當(dāng)飛機(jī)高度為2 m時霧滴數(shù)量遠(yuǎn)小于其他高度霧滴數(shù)量，為45.9滴·cm-2。霧滴數(shù)量隨飛行高度升高而減少，且在1～2 m時呈線性分布，所以在小麥齊穗期時，飛機(jī)飛行高度參數(shù)應(yīng)處于1～1.5 m范圍內(nèi)。

表3 小麥返青起身期八旋翼植保無人機(jī)在不同飛行高度參數(shù)下藥液沉積效果

3.2.2 覆蓋率

由結(jié)果可知，當(dāng)八旋翼植保無人機(jī)飛行速度恒定的情況下霧滴覆蓋率隨飛機(jī)高度升高而降低，且在飛機(jī)高度為1 m時得到最大值4.19%，當(dāng)飛機(jī)高度高于2 m時，由結(jié)果可知霧滴數(shù)量急速下降至1.09%。且覆蓋率在1～1.5 m時數(shù)據(jù)呈不顯著分布。

3.2.3 小結(jié)

由小麥齊穗期八旋翼植保無人機(jī)在不同飛行高度工作時的霧滴數(shù)量與覆蓋率數(shù)據(jù)可知，當(dāng)飛行速度恒定時，飛機(jī)飛行高度參數(shù)處于1～1.5 m范圍內(nèi)施藥效果最佳。

3.3 小麥?zhǔn)⒒ㄆ?/h3>

3.3.1 霧滴數(shù)量

通過試驗數(shù)據(jù)可知(表4),通過設(shè)計專家軟件分析，可得知飛行高度對霧滴數(shù)量與覆蓋率差異顯著(p<0.05)。通過試驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)飛行速度恒定時，霧滴數(shù)量與覆蓋率隨飛機(jī)高度上升而減少，且當(dāng)飛機(jī)高度達(dá)到2.5 m時，出現(xiàn)最小值。八旋翼植保無人機(jī)飛行高度為1 m時霧滴數(shù)量達(dá)最大值，為138.96滴·cm-2，且飛行高度為1～2 m時的霧滴數(shù)量差異顯著。當(dāng)飛機(jī)高度為2.5 m時霧滴數(shù)量遠(yuǎn)小于1～2 m時霧滴數(shù)量，為60.10滴·cm-2。霧滴數(shù)量隨飛行高度升高而減少，且在1～2 m時呈線性分布，所以在小麥?zhǔn)⒒ㄆ跁r，飛機(jī)飛行高度參數(shù)應(yīng)處于1～2 m范圍內(nèi)。

表4 小麥返青起身期八旋翼植保無人機(jī)在不同飛行高度參數(shù)下藥液沉積效果

3.3.2 覆蓋率

由結(jié)果可知，當(dāng)八旋翼植保無人機(jī)飛行速度恒定的情況下霧滴覆蓋率隨飛機(jī)高度升高而降低，且在飛機(jī)高度為1 m時得到最大值3.69%，當(dāng)飛機(jī)高度高于2 m時，由結(jié)果可知霧滴數(shù)量急速下降至1.00%。且覆蓋率在1～1.5 m時數(shù)據(jù)呈不顯著分布。

3.3.3 小結(jié)

由小麥?zhǔn)⒒ㄆ诎诵碇脖o人機(jī)在不同飛行高度工作時的霧滴數(shù)量與覆蓋率數(shù)據(jù)可知，當(dāng)飛行速度恒定時，飛機(jī)飛行高度參數(shù)處于1～2 m范圍內(nèi)施藥效果最佳。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明在飛行高度為1～2 m時三種不同生長周期的小麥的霧滴數(shù)量、霧滴覆蓋率均有不錯的效果，較高的工作高度會減少霧滴附著效果，究其原因可能是高度會導(dǎo)致噴射的霧滴的蒸發(fā)效率與漂移概率增加。