藥肥一體化無(wú)人機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)化措施*

童舒越 ， 戴盼影 ， 肖乃稼 ， 位小記

（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036）

無(wú)人機(jī)技術(shù)助力農(nóng)作物管理，不僅省時(shí)省力，節(jié)約材料成本，而且噴灑更均勻，效率更高效果更好。藥肥一體化無(wú)人機(jī)采用了播撒器和噴灑器結(jié)合的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)藥肥一體化，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者帶來(lái)了很大便捷，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行均勻的噴灑、播種、施肥，可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，減輕農(nóng)民的工作負(fù)擔(dān)，提高耕種效率，有效防止農(nóng)民因噴灑農(nóng)藥而導(dǎo)致的中毒問(wèn)題，無(wú)人機(jī)藥肥一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越普及。

1 藥肥一體化無(wú)人機(jī)的工作原理

藥肥一體化無(wú)人機(jī)作業(yè)面廣，可以集施肥、播種、噴灑于一體。藥肥一體化無(wú)人機(jī)由無(wú)人機(jī)機(jī)體、噴灑系統(tǒng)及播撒系統(tǒng)組成。其中，機(jī)體由飛行平臺(tái)（包括機(jī)架、起落架、機(jī)身、機(jī)殼等）、動(dòng)力系統(tǒng)（包括電池、電機(jī)、電調(diào)、螺旋槳等）、控制系統(tǒng)（包括遙控器、接收機(jī)、飛控等）組成[1]。

噴灑系統(tǒng)由電磁閥、噴桿、噴頭等組成，如圖1所示。噴灑器采用超低容量噴霧技術(shù)，以一定的壓力通過(guò)藥液管輸送到噴桿。噴桿上固定有噴頭，噴頭將藥液霧化噴出，提高了藥物的附著力，減少藥物流失，形成有效噴灑。使用藥肥一體化無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥，效率更高，操作起來(lái)不難，可對(duì)噴灑區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和精準(zhǔn)投放[2]，農(nóng)藥殘留少，更綠色，更安全。

圖1 噴灑系統(tǒng)

撒播系統(tǒng)由播撒箱、播撒涵道、播撒盤(pán)等組成，如圖2 所示。種子經(jīng)過(guò)初步篩選去除雜物后放入播撒箱中。播撒箱內(nèi)的種子被滾軸定量器均勻地分撥到播撒涵道里，再進(jìn)入高速氣流噴射通道[3]。通過(guò)涵道扇產(chǎn)生的高速氣流將種子沿著播撒盤(pán)拋出，作業(yè)更加均勻，無(wú)死角，效果更好，效益更高，播撒效果較為理想。

圖2 播撒系統(tǒng)

2 藥肥一體化無(wú)人機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 作業(yè)優(yōu)勢(shì)

藥肥一體化無(wú)人機(jī)具有自主規(guī)劃航線(xiàn)功能，使無(wú)人機(jī)一鍵操作實(shí)現(xiàn)弓字形自主作業(yè)，簡(jiǎn)單方便，極易操控，減輕飛手操縱負(fù)擔(dān)；機(jī)器采用三層油封防護(hù)，可水洗、抗腐蝕，對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體有極大的保護(hù)作用；采用RTK 厘米級(jí)定位，做到作業(yè)精準(zhǔn)銜接。

藥肥一體化無(wú)人機(jī)可進(jìn)行大面積統(tǒng)防統(tǒng)治作業(yè)，可以對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行精準(zhǔn)噴灑，病蟲(chóng)草害防治效果好[4]，還可以減少約30%的農(nóng)藥使用量，節(jié)約80%的用水量，綠色環(huán)保，保證了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。藥肥一體化無(wú)人機(jī)還可以精準(zhǔn)變量播種、施肥，使作業(yè)更有效、更均勻，整體作業(yè)效果更好。藥肥一體化無(wú)人機(jī)和傳統(tǒng)農(nóng)作方式相比有更大的優(yōu)勢(shì)，藥肥一體化無(wú)人機(jī)與傳統(tǒng)方式的區(qū)別如表1 所示。

表1 藥肥一體化無(wú)人機(jī)與傳統(tǒng)方式的區(qū)別

2.2 提高農(nóng)藥噴灑的安全性

我國(guó)每年因農(nóng)藥中毒的人數(shù)高達(dá)10萬(wàn)人，致死率約20%[5]。若采用藥肥一體化無(wú)人機(jī)播種、施肥、噴灑農(nóng)藥，可避免人與農(nóng)藥深度接觸，從源頭解決因噴灑農(nóng)藥造成的中毒問(wèn)題，保護(hù)作業(yè)人員的身體健康。

2.3 工作效率高

1）課題組通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)工作方式調(diào)查，發(fā)現(xiàn)人工噴灑普遍效率為12 畝/天～20 畝/天，播種和施肥均為6 畝/天。目前，市場(chǎng)上的藥肥一體化無(wú)人機(jī)即大疆T30無(wú)人機(jī)噴灑作業(yè)量為240畝/小時(shí)，施肥流量高達(dá)40 千克/分鐘～50 千克/分鐘，播種流量為8 千克/分鐘[6]。為了解該無(wú)人機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的工作效率，課題組通過(guò)對(duì)河南省信陽(yáng)市潢川縣來(lái)龍鄉(xiāng)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)調(diào)查，得知該地1 畝農(nóng)田平均需要播種7.5 千克種子、40千克肥料。

2）數(shù)據(jù)計(jì)算：施肥每分鐘工作量＝施肥流量/每畝地所需施肥量；播種每分鐘工作量＝播種箱容量/每畝地所需播種量。

3）結(jié)果顯示：大疆T30 無(wú)人機(jī)在該地平均每天工作5 小時(shí)，噴灑作業(yè)量為1 200 畝/天，施肥效率為60 畝/小時(shí)～75 畝/小時(shí)，播種效率約為64 畝/小時(shí)，播種施肥流量高達(dá)300 畝/天。在人工噴灑效率為12畝/天～20 畝/天，播種和施肥均為6 畝/天的情況下，藥肥一體化無(wú)人機(jī)噴灑效率為人工噴灑的60～100倍，播種、施肥效率約為人工種植的50 倍。

3 藥肥一體化無(wú)人機(jī)存在的問(wèn)題

3.1 續(xù)航時(shí)間短

目前，市面上無(wú)人機(jī)大多使用鋰電池，鋰電池續(xù)航時(shí)間基本都在10 分鐘～20 分鐘，電池續(xù)航時(shí)間短，導(dǎo)致藥肥一體化無(wú)人機(jī)需要較多備用電池，不能完成長(zhǎng)時(shí)間飛行任務(wù)，飛行效率低。

3.2 無(wú)人機(jī)成本過(guò)高

無(wú)人機(jī)好用，但使用、保養(yǎng)成本高，擱置不用容易壞，尤其是電池?fù)p耗快。如表2所示，通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)的控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的成本進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)相關(guān)組件價(jià)格較高。同時(shí)，每年的維護(hù)費(fèi)用較高，操作失誤容易導(dǎo)致墜機(jī)，增加了無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)作業(yè)中的使用成本[7]。

表2 無(wú)人機(jī)主要組件價(jià)格

3.3 專(zhuān)業(yè)飛行人員匱乏

隨著無(wú)人機(jī)的普及，無(wú)人機(jī)飛手也應(yīng)運(yùn)而生，但是專(zhuān)業(yè)的無(wú)人機(jī)飛手并不多，特別是專(zhuān)業(yè)的藥肥一體化無(wú)人機(jī)飛手。專(zhuān)業(yè)飛行人員匱乏導(dǎo)致作業(yè)人員無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)噴灑、播種、施肥，難以發(fā)揮藥肥一體化無(wú)人機(jī)優(yōu)質(zhì)的作業(yè)效果。

3.4 管理體系不完善

藥肥一體化無(wú)人機(jī)作業(yè)結(jié)束后時(shí)常會(huì)出現(xiàn)零件缺少、部件損壞等問(wèn)題，地方卻沒(méi)有設(shè)置相對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)維修網(wǎng)點(diǎn)，導(dǎo)致藥肥一體化無(wú)人機(jī)后續(xù)工作不能安全有效地進(jìn)行。

4 藥肥一體化無(wú)人機(jī)發(fā)展建議

4.1 提高無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間

課題組通過(guò)對(duì)不同動(dòng)力類(lèi)型的無(wú)人機(jī)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變動(dòng)力電池的類(lèi)型來(lái)提高無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間。現(xiàn)有藥肥一體化無(wú)人機(jī)大多數(shù)用的都是鋰電池，鋰電池續(xù)航時(shí)間短，可以采用油電混合、氫電池、太陽(yáng)能電池等動(dòng)力類(lèi)型來(lái)提高無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間。不同動(dòng)力無(wú)人機(jī)對(duì)比如表3 所示。

表3 不同動(dòng)力無(wú)人機(jī)比較

4.2 加大政策扶持力度

政府相關(guān)部門(mén)可加大推廣宣傳力度，聯(lián)合企業(yè)對(duì)藥肥一體化無(wú)人機(jī)進(jìn)行推廣[10]，讓農(nóng)民充分了解藥肥一體化無(wú)人機(jī)的工作原理及作業(yè)優(yōu)勢(shì)，認(rèn)識(shí)到藥肥一體化無(wú)人機(jī)是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。因此，政府需要加大補(bǔ)貼扶持力度，減輕藥肥一體化無(wú)人機(jī)的購(gòu)機(jī)成本。課題組堅(jiān)信，在政府補(bǔ)貼政策的大力支持下，無(wú)人機(jī)一定能夠助力我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

4.3 培養(yǎng)新型飛行人員

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，藥肥一體化無(wú)人機(jī)將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。培養(yǎng)新型飛行人員逐漸成為無(wú)人機(jī)發(fā)展的重中之重，相關(guān)企業(yè)和院校要加大培養(yǎng)新型飛行人員的力度。藥肥一體化無(wú)人機(jī)對(duì)飛行人員的操控要求比較高，不僅需要熟練地操縱無(wú)人機(jī)，而且需要充分認(rèn)識(shí)相關(guān)農(nóng)作物的播種方式、施藥方式、施肥方式等。因此，需要相關(guān)企業(yè)或院校加強(qiáng)對(duì)飛行人員在無(wú)人機(jī)技術(shù)和農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝的融合等方面的培訓(xùn)力度。

4.4 完善無(wú)人機(jī)管理體系

農(nóng)村土地“統(tǒng)一耕種”將會(huì)成為新發(fā)展趨勢(shì)，藥肥一體化無(wú)人機(jī)將會(huì)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用更廣泛。采取“合作社+農(nóng)民運(yùn)作”模式實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田的種植和管理，可以有效地完成農(nóng)業(yè)種植工作。建立藥肥一體化無(wú)人機(jī)統(tǒng)一防治管理，可以保障農(nóng)作物的種植效率，使農(nóng)業(yè)作業(yè)規(guī)劃更方便，作業(yè)效率更高。當(dāng)然，有關(guān)生產(chǎn)和銷(xiāo)售企業(yè)需要完善無(wú)人機(jī)維修網(wǎng)點(diǎn)，維修網(wǎng)點(diǎn)可以快速解決藥肥一體化無(wú)人機(jī)出現(xiàn)的故障問(wèn)題，確保飛行作業(yè)順利進(jìn)行，飛行無(wú)憂(yōu)。因此，相關(guān)政府管理部門(mén)應(yīng)該積極發(fā)揮引領(lǐng)作用，成立相應(yīng)的監(jiān)管部門(mén)[11]，鼓勵(lì)無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)合作社參與進(jìn)來(lái)，促進(jìn)無(wú)人機(jī)管理體系的完善。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，藥肥一體化無(wú)人機(jī)對(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化至關(guān)重要[12-14]。藥肥一體化無(wú)人機(jī)能夠形成一個(gè)完整的種植體系，高效地完成農(nóng)業(yè)噴灑、播種、施肥工作，極大地提高種植效率，展現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的作業(yè)效果。藥肥一體化無(wú)人機(jī)的應(yīng)用不僅能夠有效推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，而且必將助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施。