農用植保無人機施藥技術研究進展

葉新平

（泰興市濟川街道經濟發展局，江蘇 泰興 225400）

0 引言

隨著科學技術的不斷發展和進步，無人機從一開始的應用于測繪攝像、偵查監視及定位識別等領域逐步擴展至農業領域。在農業生產過程中，對農作物影響最大的因素之一就是病蟲害，其會嚴重影響農作物的產量和質量。植保無人機在噴藥過程中具有對農作物無損傷、作業強度低及作業效率高等特點，現已逐步取代傳統的人工噴藥作業方式，并廣泛應用于綠色農業植保領域。基于此，筆者對農用植保無人機的施藥技術和發展趨勢進行分析，旨在促進植保無人機各方面性能的提升。

1 農用植保無人機的應用優勢

1.1 定位精準

無人機定位系統主要由用戶端、地面基站、驅動控制器、速度傳感器、飛行控制器、通用無線分組業務（General Packet Radio Services，GPRS）網絡及定位終端導航衛星等組成。飛行主控制器先對不同模塊信息進行精準采集，用戶端再對全球定位系統（Global Positioning System，GPS）等模塊定位數據進行收集、處理后完成傳輸。此系統主要是通過控制不同模塊間的串口完成精準定位，即控制相應模塊讀取GPRS及GPS位置信息后，系統再按照位置信息執行控制算法，同時輸出相應的控制信號控制電機，以此保證植保無人機在作業方面的精準性。

1.2 工作效率高

傳統農藥噴施機械在作業形式、施藥量等方面都存在一定限制，這在一定程度上導致農作物病蟲害防治工作效率較低。農用植保無人機屬于防止農作物受災的高科技、高效率設備。在實際作業環節，技術人員只需要在設備上設定相關參數，就能夠實現對病蟲害有效防治，并且通常情況下不需要耗費過多的勞動力，可在一定程度上幫助農戶節省人力成本。此外，技術人員還可對無人機進行遠程控制，只需要對其發送相關指令即可有效調節和控制無人機實際飛行狀態，精準控制無人機的具體工作模式［1］。

1.3 適應性好

無人機應用范圍較廣，適應性好，如在山地、沼澤等傳統農機具無法進入作業的地區，均可通過無人機開展作業。植保無人機正式投入使用前，技術人員先根據農田的實際情況對工作參數進行設置，無人機接收到相關指令后就能夠對農作物展開自主防治作業。

2 農用植保無人機精準施藥技術研究進展

2.1 航空靜電噴霧技術

航空靜電噴霧技術主要是指通過感應式、電暈式及接觸式等充電形式促使霧滴攜電，基于高壓靜電影響下，帶電藥液可主動附著在農作物的正反面靶標，實現吸附目的。靜電噴霧可充分發揮施藥量降低、飄移減少等優勢，能夠高質量解決植保無人機在施藥方面的技術問題，確保施藥的精準性。

現階段，我國尚缺乏詳細的無人機靜電噴霧技術的規范使用說明，并且不同技術人員選擇的參數、旋翼數量及機型都有所不同，這在一定程度上導致研究成果缺乏可借鑒的意義。當前，研究人員應重點關注無人機的延續性和基礎性試驗研究，重點解決飛控協調性弱、播撒、靜電系統及載重等基礎性問題，將霧滴帶電的單一技術向系統整體研究方向轉變。

2.2 農藥變量噴霧技術

變量噴霧技術主要是先對農作物具體情況進行分析，然后有針對性地調整施藥方式和施藥量，以最少的噴施量獲得最佳的防治效果。該技術在實際應用中通常涉及執行指令感知、數據控制與處理、信息獲取等技術。目前，變量噴霧技術的應用有兩種類型，一種是基于處方圖，另一種是基于實時感知。基于處方圖的變量噴霧技術是按照農田信息的分析結果調整作業模式，而基于實時感知的變量噴霧技術則是在作業期間實時獲取農田信息，然后對信息進行快速判斷并實施變量噴霧。相關研究顯示，變量噴霧與以往傳統的噴藥方式相比可節約60%的藥量［2］。

我國部分學者對航空變量噴霧技術進行了探索性的深入研究。2014年，我國研究人員就利用PWM技術對無人機的農藥載量進行控制，然而此次變量噴霧技術研究缺乏與作業參數的有效結合；2017年后，技術人員開始研究自動匹配施藥流量和飛行速度的動態施藥變量系統，然而缺乏對控制效果和算法的深入研究；2019年以來，有學者植保無人機對施藥的均勻性與飛行速度之間的關系進行研究，設計了PID自適應變量噴霧技術系統；在最新研究中，技術人員還對基于處方圖的變量噴霧技術進行了實時解譯，進一步豐富了變量噴霧技術的理論依據［3］。現階段，我國在變量噴霧的精準施藥領域還處于起步探索期，而提高植保無人機在農業領域的變量噴霧技術應用效果，進一步改善當前植保作業的困境，是廣大農業學者所面臨的挑戰。

2.3 霧滴飄移控制技術

霧滴飄移包括蒸發飄移和飛行飄移兩種，是施藥作業過程中農藥隨著空氣向非目標運動的一種現象。農藥飄移會導致嚴重的環境污染問題，甚至還會對蜜蜂養殖、人體健康帶來不同程度的影響。因此，研究人員需要對霧滴沉積和飄移的影響因素進行深入研究。現階段，研究人員深入分析了助劑類型和噴霧參數對農藥沉積分布的影響。此外，研究人員還通過風洞環境模擬無人機的噴霧作業，分析噴霧助劑、霧化噴頭對噴霧飄移的最終影響。對各種因素下產生的農藥飄移、霧滴飄移的規律進行深入研究，有助于加大環境保護力度和提高農藥的整體利用率。一般情況下，農藥霧滴的沉降和滴落都會受到不同因素的制約和影響，所以其實際運動狀態有不穩定、不確定的特點。因此，要想實現對農藥霧滴實際運動狀態的深入了解，還需要利用數學模型完成相關計算。對于沉降和運輸的研究，主要是利用實驗室的相關軟件對噴霧過程進行有效模擬，然后利用計算機模擬無人機的航行路徑。在此過程中，研究人員能夠清晰識別氣流速度、霧滴的實際蒸發速度及沉降速度等。

2.4 液滴霧化技術

學者對植保無人機噴灑技術領域的研究主要集中于防止復噴和漏噴、霧滴沉降兩個方面。當前應用的液滴霧化形式主要有兩種，即離心型霧化和液化型霧化。其中，離心型霧化能夠在一定程度上減輕設備的實際重量，通過發電機對噴頭電機進行供電，使農藥液滴在離心力的作用形成霧滴。這是最常用的植保無人機霧化噴頭，能夠通過調節噴頭轉速改變霧滴大小。無人機在飛行期間會影響周圍的氣流，這對農藥霧滴下降、噴灑范圍也會造成間接影響，甚至還會在一定程度上影響農作物病蟲害的整體防治效果。基于此，為保障無人機的農藥噴灑效果，研究人員需要深入研究霧滴的實際噴灑路徑。

3 農用植保無人機的發展趨勢分析

3.1 研發穩定安全的移動操作平臺

進入智能化時代，植保無人機的智能化操控成為主要的研究方向。工作人員可利用移動端App對無人機進行操控，能夠對其進行虛擬搖桿、導航定位、航線規劃及上升懸停等操作，還能夠有效解決無人機障礙物感知和躲避等問題。基于此，積極研發更成熟、安全并且穩定的移動端操作平臺，能夠進一步提高植保無人機的使用效率。

3.2 精準施藥技術

減少環境污染、降低農藥殘留并提高農藥利用效率是當前植保無人機的發展趨勢，通過精準施藥技術研究，可將無人機的優勢進行放大。而當前研究人員需要面臨的難題就是如何通過變量噴霧方式提高噴藥技術的精準性，并開發出高效、智能的遙感系統進行實時監測。將無人機與遙感技術相結合，能夠以空間圖像的形式分析病蟲害狀況、農作物營養和生長狀況。我國在遙感器領域的研究已經取得較大進展，未來在農用植保無人機施藥技術方面會有更大的應用和發展空間。

3.3 提高航行時間和加大載藥量

植保無人機在使用過程中普遍存在承載量小、航行時間短等問題。隨著土地流轉增加，市場對高航行時間、高運載量的無人機需求量會越來越多。因此，對無人機飛行時長和載藥量進行有效改善，可全面提高無人機在農作物災害防治方面的作業效率。

4 農用植保無人機發展建議

4.1 加大科研經費的投入力度

要想促進農用植保無人機的推廣應用，政府相關部門及有關企業事業單位就需要加大科研經費的投入力度，對植保無人機載荷、續航、霧化沉降、噴施設備和原理、精準施藥、飛控可靠性與穩定性、自主避障等關鍵技術進行研究。政府相關部門應加大對科研院校創新平臺的扶持力度，提高植保無人機的研究及推廣應用效率［4］。

4.2 加強推廣、示范與應用

鑒定機構和生產企業需要嚴格按照有關標準強化植保無人機在鑒定和研究方面的試驗。第一，推廣部門可積極組織種糧大戶、農機合作社等對無人機的操控性、經濟性、適應性及穩定可靠性進行試驗，明確植保無人機的優勢和劣勢所在，并將試驗情況反饋給研發制造部門，使其以此為依據對無人機進行針對性改進［5］。第二，研究人員應對無人機作業參數、作業環境及藥劑助劑等開展試驗，探索出最優作業狀態，將最優作業參數篩選出來，并以此為依據制訂相應的作業規范。第三，生產企業、推廣部門和農業主管部門可聯合組織開展植保無人機作業示范和演示，開展無人機維保、操控等相關技術培訓，使農民能夠對新機具和新技術有更清晰的認知。各地可通過上述方式，實現對植保無人機的優化、推廣和應用。

4.3 調整、優化產業結構

第一，各大高校、科研院所要按照市場實際需求，同企業共同研發具有更智能化、更大載荷、更低成本及更好適應性等特點的無人機，聯合攻關無人機失控保護、精準定位和自主避障等核心技術。第二，生產企業需要關注用戶的使用反饋信息和需求，協同各大高校及科研院所對技術進行創新，旨在生產出性能更優的無人機，并將科研成果向實際生產力進行轉化。第三，租賃商和銷售商需要詳細分析無人機在市場中的威脅、機會、劣勢和優勢所在，進一步提升植保無人機在市場上的占有率，同時以市場和政策引導無人機的特性逐步轉變為個性化和差異化，不斷優化市場結構，最大限度防止市場出現無序惡性競爭。第四，推廣部門需要與用戶、企業聯合做好植保無人機的應用培訓、推廣、示范和試驗工作，進一步提高作業效率。在此過程中，技術人員還需要將推廣和試驗中所遇到的問題及時向生產企業反饋。第五，用戶需要及時掌握新機具的使用和維保技術，并將使用過程中出現的問題和不足向生產企業反饋。強化產業鏈上中下游之間的技術合作與信息交流，能夠在一定程度上提升各方的協同和創新能力，促進產業結構優勢互補，并充分聚集產業優勢資源，最大限度發揮出各方協同功效，最終實現從研發制造到推廣銷售、再到應用售后的良性閉環產業體系的形成。

5 結語

農用植保無人機是一種高科技農業設備。在其推廣應用過程中，一方面農戶會遇到較多的操作問題，另一方面由于無人機市場售價相對較高，大部分農戶基本沒有能力購置。因此，農用植保無人機的推廣應用會存在很多阻礙。但是，植保無人機應用于農業領域是發展的必然趨勢，不可忽視其使用價值。基于此，研究人員需要借助政府的力量進行大力推廣，進一步加快我國農業的現代化生產進程。