淺談農(nóng)用植保無人機噴灑技術(shù)的應(yīng)用

張耀 王文強 張香香

摘 要 隨著我國農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對農(nóng)業(yè)的經(jīng)營模式有了更高要求，農(nóng)用植保無人機噴灑技術(shù)越來越受到重視。相較于傳統(tǒng)的地面施藥來說，無人機噴灑具有獨特的優(yōu)勢。因此，介紹農(nóng)用植保無人機噴灑技術(shù)的優(yōu)勢及制約發(fā)展的因素，分析無人機的技術(shù)研究及未來發(fā)展趨勢，希望能夠?qū)o人機的發(fā)展提供一定幫助。

關(guān)鍵詞 農(nóng)用植保無人機;噴灑技術(shù);經(jīng)營模式

中圖分類號：S251 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.11.087

自2014年中央一號文件提出要加強農(nóng)業(yè)航空建設(shè)以來，農(nóng)用植保無人機技術(shù)發(fā)展迅速。和傳統(tǒng)的施藥方式相比，無人機噴灑具有眾多獨特的優(yōu)勢[1]。我國的無人機研究雖然起步較晚，但是發(fā)展前景十分廣闊。

1 農(nóng)用植保無人機的優(yōu)勢

1.1 噴灑效果強

傳統(tǒng)的人工噴藥方式很難保證農(nóng)藥噴灑的均勻性，可能存在重噴或者少噴的情況。而農(nóng)用植保無人機采用的是低空或者超低空作業(yè)，能夠通過精準(zhǔn)的導(dǎo)航系統(tǒng)調(diào)節(jié)無人機和農(nóng)作物的距離，并且通過霧化器確保噴霧的均勻霧化，從而使噴出的藥液能夠均勻附著在農(nóng)作物表面，確保噴藥的均勻性。

1.2 無人駕駛，安全性更高

傳統(tǒng)的噴藥方式在實際使用過程中，農(nóng)藥可能會被施藥的人員直接吸入身體，對身體健康造成影響。而無人機直接由人員遠(yuǎn)程遙控?zé)o人機，不需要專業(yè)的飛行員操作，有效節(jié)約了工作量，同時避免了工作人員和農(nóng)藥的近距離接觸，有效減少了農(nóng)藥對施藥人員帶來的身體健康影響[2]。

1.3 噴霧工作效率高

無人機施藥工作具有較高的工作效率，是普通噴灑機械的4倍左右，可達(dá)到人工噴藥的60倍以上，且噴藥效率高，能夠確保農(nóng)作物在發(fā)生大規(guī)模病蟲害時迅速做出防治，及時遏制病蟲害的進(jìn)一步發(fā)展，保證農(nóng)作物的經(jīng)濟利益，減少病蟲害帶來的經(jīng)濟損失。

1.4 適用性強

植保無人機能夠適用各種地形類型。無人機垂直起降，不會受到地形因素的影響，對于傳統(tǒng)農(nóng)機具無法進(jìn)入的地形如山地、水田、沼澤等，都可以使用無人機來解決。同時，無人機的使用不會受到作物長勢的限制，不管處于哪個生長階段的農(nóng)作物都適用。

1.5 節(jié)省成本，保護環(huán)境

采用無人機施藥可以節(jié)省一定的成本，提高藥物的使用效率，同時提高水資源的利用率，從而有效減少農(nóng)藥殘留對水源及土壤的影響，還能夠有效節(jié)約水資源。

1.6 對農(nóng)作物的傷害較小

傳統(tǒng)的地面施藥器械或者人工施藥，在農(nóng)作物生長后期或多或少會對農(nóng)作物的生長產(chǎn)生一定影響，而使用無人機噴灑技術(shù)不會對農(nóng)作物進(jìn)行碾壓或者損傷，也不會破壞土壤結(jié)構(gòu)，因此能夠有效減少對農(nóng)作物的傷害，確保其正常生長。

2 我國農(nóng)用植保無人機發(fā)展的制約因素

隨著我國對農(nóng)業(yè)航空技術(shù)的重視，農(nóng)用植保無人機的使用范圍逐漸擴大，且我國各個地區(qū)從事無人機生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量也在增多，特別在經(jīng)濟發(fā)展水平較高的地區(qū)，農(nóng)用植保無人機的企業(yè)分布更加密集。我國的植保無人機市場雖然具有廣闊的應(yīng)用前景，但是還存在某些制約因素，限制了其市場發(fā)展[3]。

2.1 企業(yè)規(guī)模小，無人機質(zhì)量參差不齊

我國農(nóng)用植保無人機企業(yè)的密集型較強，通過分析企業(yè)規(guī)模后發(fā)現(xiàn)，很多無人機生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，且使用不同的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，使得無人機的技術(shù)方面存在較大的差異性，對產(chǎn)品的質(zhì)量造成了較大影響。很多企業(yè)并不具備獨立開發(fā)技術(shù)的能力，會影響無人機的生產(chǎn)質(zhì)量。

2.2 缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

我國在對低空和超低空植保無人機進(jìn)行研發(fā)和制造的過程中，并沒有形成統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及要求，且相關(guān)制度存在缺陷，對市場監(jiān)管機制不完善、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施沒有完善，對植保無人機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了一定影響。

2.3 國家扶持政策不健全

植保無人機的售價較高，多在5萬元以上，且后期維修、維護費用對農(nóng)戶來講是一筆較高的成本。目前，國家對無人機的扶持還沒有全面展開，全國范圍內(nèi)也僅有幾個省份將無人機納入補貼。所以，對于很多農(nóng)戶來講，購機熱情不高，進(jìn)一步制約了無人機的推廣普及。

2.4 無人機售后服務(wù)不到位

由于我國植保無人機的發(fā)展起步較晚，很多方面沒有形成相應(yīng)的配套制度和服務(wù)。比如，無人機使用過程中缺乏專業(yè)的人員操作或者指導(dǎo)，針對農(nóng)用植保無人機的服務(wù)及培訓(xùn)工作不到位，沒有形成完善的無人機售后服務(wù)體系，造成植保無人機的使用感較差，進(jìn)一步影響了它的發(fā)展推廣。

2.5 本身缺點的制約

目前，我國遙控植保無人機主要有燃油動力無人機和電池動力無人機兩種類型。無人機本身的缺點也會對其應(yīng)用發(fā)展帶來一定影響。燃油動力無人機能夠承載較多的農(nóng)藥，航行時間長，作業(yè)范圍大，缺點是售價較高，燃油可能噴灑到農(nóng)作物上造成污染，且無人機整體維護較為困難，發(fā)動機磨損較大。電動無人機售價相對較低，電機壽命較長，且環(huán)保無污染、易操作維修，但航行時間短，需要頻繁更換電池，需要配置發(fā)電機給電池充電。

3 農(nóng)用無人機噴灑技術(shù)的研究進(jìn)展

3.1 液滴霧化

對于無人機噴灑技術(shù)的研究主要集中在兩個方面——霧滴沉降規(guī)律、防止漏噴和復(fù)噴的現(xiàn)象。目前，主要有2種噴頭霧滴霧化形式——液化式霧化和離心式霧化。離心式霧化可以減輕噴灑設(shè)備的重量，利用發(fā)電機供電給噴頭電機，使得農(nóng)藥液滴通過離心力甩出形成霧滴。這是無人機最常采用的霧化噴頭，可調(diào)節(jié)噴頭的轉(zhuǎn)速改變霧滴的大小。無人機飛行過程中會對周圍氣流產(chǎn)生影響，從而間接影響農(nóng)藥霧滴的下落，會影響農(nóng)藥的噴灑范圍，從而影響到對病蟲害的防治效果。為了進(jìn)一步確保無人機噴灑效果，需要對霧滴的噴灑路徑進(jìn)行更深入的研究[4]。

3.2 運輸及沉降過程

農(nóng)藥霧滴在低落和沉降過程中會受到多種因素的影響，因此其運動狀態(tài)具有不確定性，會出現(xiàn)多種情況。所以，要想研究空氣流場中霧滴的運動狀態(tài)，需要建立數(shù)學(xué)計算模型。對于運輸和沉降的研究，一般是通過在實驗室中借助軟件來模擬噴霧的過程。通過計算機模型模擬飛行器在航行過程中噴霧的過程，可以反映出霧滴的沉降受風(fēng)速、霧滴蒸發(fā)速度以及空間氣流速度等。

3.3 氣候條件對噴灑的影響

影響無人機噴灑效果的因素眾多，如噴霧時間、不同的地形地勢等。此外，無人機機翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流、噴灑過程中產(chǎn)生的熱量以及風(fēng)速、風(fēng)向等，也會影響噴灑范圍。如何減少藥液的飄散和揮發(fā)帶來的損失是研究的重點。有相關(guān)研究表明，當(dāng)大氣溫度高于28 ℃時，最好停止噴灑，且霧滴的漂移與風(fēng)速呈現(xiàn)線性相關(guān)。為了控制霧滴的漂移、最大限度地提高農(nóng)藥的使用效率，需要對氣候條件進(jìn)行研究。

4 農(nóng)用植保無人機的發(fā)展趨勢分析

4.1 研發(fā)安全穩(wěn)定的移動端操作平臺

進(jìn)入智能化時代，植保無人機產(chǎn)品和移動端智能化操控相結(jié)合是重要的研發(fā)方向。通過手機APP直接操控?zé)o人機，可以對其進(jìn)行上升懸停、航線規(guī)劃、GPS導(dǎo)航及虛擬搖桿操作等，并且解決了無人機無法感知及避開障礙物的問題。因此，研發(fā)更加穩(wěn)定、安全且成熟的移動端操作平臺，是植保無人機的重要發(fā)展方向。

4.2 精準(zhǔn)施藥技術(shù)

提高農(nóng)藥的利用率、減少農(nóng)藥殘留和環(huán)境污染是無人機的優(yōu)勢所在，而通過研究精準(zhǔn)施藥技術(shù)能夠有效放大優(yōu)勢。通過改變變量噴藥控制方式來實現(xiàn)精準(zhǔn)噴藥技術(shù)是新的發(fā)展方向，開發(fā)高效的航空遙感系統(tǒng)是最新的發(fā)展趨勢。無人機搭載航空遙感技術(shù)可以通過空間圖像對農(nóng)作物的生長、營養(yǎng)狀況及病蟲害進(jìn)行分析。關(guān)于先進(jìn)傳感器的研究，國外已經(jīng)取得了較大進(jìn)步，我國對此類技術(shù)的研究也相繼開展，未來我國的植保無人機精準(zhǔn)施藥技術(shù)會取得更大發(fā)展和進(jìn)步。

4.3 航空植保靜電超低容量施藥技術(shù)

傳統(tǒng)的噴霧方式只有25%～50%的藥液附著在農(nóng)作物上，農(nóng)藥利用率低，且對環(huán)境帶來了污染。使用靜電噴霧能夠有效增加藥液的附著率，減少漂移，同時有效提高藥液利用率，減少環(huán)境污染。關(guān)于航空靜電施藥技術(shù)的研究，國外發(fā)展較早且取得了不錯的成果，而國內(nèi)對靜電噴霧方面的研究較少。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，靜電噴霧技術(shù)會得到更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

4.4 提高載量和航行時長

植保無人機普遍存在的問題是承載質(zhì)量較小，且航行時長較短。隨著土地流轉(zhuǎn)的增加及土地的集中，高運載量、高航行時長的無人機需求會逐漸增多。提高無人機的載藥量，增加飛行時長，能夠有效提高無人機效率。此外，高載藥量、長航行時間的無人機也會是今后的趨勢。

5 結(jié)語

通過對國內(nèi)植保無人機噴灑技術(shù)的分析，可以看出國內(nèi)無人機技術(shù)雖然起步較晚，但是在無人機領(lǐng)域的研究取得了長足進(jìn)步且在持續(xù)發(fā)展中。隨著無人機低空或超低空噴灑技術(shù)的不斷完善，植保無人機的使用越來越廣泛，成為防治病蟲害的有效手段。我國的無人機技術(shù)還需要進(jìn)一步發(fā)展改進(jìn)，需要各方面共同努力，如加大研發(fā)力度、國家方面提供政策支持等，從而為植保無人機的產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定穩(wěn)定道路。總體來說，雖然我國的無人機技術(shù)仍然處于起步階段，但隨著國家投入的增加及科技的不斷發(fā)展，植保無人機會得到更加廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 徐芳.農(nóng)用植保無人機的應(yīng)用及市場前景[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2016，42（1）：49-51.

[4] 張云碩，史云天，董云哲，等.農(nóng)用植保無人機噴灑技術(shù)的研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2015，35（21）：46-47.

（責(zé)任編輯：劉昀）