植保無人機(jī)技術(shù)原理及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用特點(diǎn)分析

摘要：隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提升，植保無人機(jī)技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中得到了應(yīng)用和發(fā)展，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的藥物噴施等方面。植保無人機(jī)是農(nóng)業(yè)航空技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要體現(xiàn)，在西方發(fā)達(dá)國家得到了更為廣泛的應(yīng)用，并且取得的應(yīng)用效果較好。當(dāng)前在我國的應(yīng)用還處于初級(jí)推廣時(shí)期，加強(qiáng)相關(guān)方面的技術(shù)應(yīng)用研究有著十分重要的作用。本文主要分析植保無人機(jī)種類、技術(shù)原理、在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用特點(diǎn)，并探析應(yīng)用優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：植保無人機(jī);技術(shù)原理;農(nóng)業(yè)生產(chǎn);應(yīng)用分析

我國是糧食種植大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是我們國家的重要經(jīng)濟(jì)支撐，農(nóng)作物生產(chǎn)受到病蟲害的負(fù)面影響較大，需要通過開展農(nóng)藥噴施等方法進(jìn)行治理。近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，農(nóng)業(yè)土地經(jīng)營和生產(chǎn)不斷向著集約化和規(guī)?；较虬l(fā)展，使得傳統(tǒng)形式的植保工作在效率和質(zhì)量方面無法滿足當(dāng)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要。植保無人機(jī)技術(shù)是隨著科技技術(shù)的進(jìn)步而產(chǎn)生的新型農(nóng)業(yè)技術(shù)產(chǎn)物，具有重量輕、體積小、操作靈活和運(yùn)輸便捷等使用優(yōu)勢，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中主要應(yīng)用于農(nóng)藥的噴施，可以起到提升作業(yè)效率，降低成本支出的作用。隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行業(yè)的不斷發(fā)展，加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用方面的研究，對于推動(dòng)行業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新提升起到了重要性作用，同時(shí)，當(dāng)前植保無人機(jī)技術(shù)在我國還處于初級(jí)階段，存在一定的使用限制，因此加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)方面的研究對于提升該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果起到了積極性作用。

一、植保無人機(jī)種類分析

植保無人機(jī)具有使用效率高、農(nóng)藥噴灑均勻等應(yīng)用優(yōu)勢，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作的開展起到了較大推動(dòng)作用，特別是當(dāng)前我國農(nóng)村地區(qū)的勞動(dòng)力不斷向城鎮(zhèn)地區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于技術(shù)的依賴性不斷提升，植保無人機(jī)的應(yīng)用，可以在很大程度上減少人工作業(yè)的勞動(dòng)量和工作難度。植保無人機(jī)在品牌、型號(hào)和技術(shù)特點(diǎn)方面存在一定的差異性。

本文主要從植保無人機(jī)飛行特點(diǎn)方面進(jìn)行種類劃分，分為單旋翼和多旋翼兩大類型。受到機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等因素的限制性影響，單旋翼類型的植保機(jī)以燃油機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)情況較多，但是也有部分電動(dòng)機(jī)形式。多旋翼類型的植保機(jī)大多采用電動(dòng)機(jī)。兩種類型的植保機(jī)從操作難度方面進(jìn)行區(qū)分，則單旋翼類型無人機(jī)操控難度較大，需要專業(yè)性人員進(jìn)行操作;多旋翼類型的無人機(jī)因?yàn)闄C(jī)型校，因此操作也簡單，并且從技術(shù)發(fā)展角度和市場需求角度而言多旋翼類型的無人植保機(jī)更具發(fā)展優(yōu)勢。多旋翼類型無人植保機(jī)，依據(jù)其旋翼數(shù)量進(jìn)行分類，有四、六、八、十二等不同數(shù)量旋翼機(jī)型，可以更好地滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。多旋翼類型的無人植保機(jī)，可攜帶的農(nóng)藥數(shù)量受到自身機(jī)型方面的差異性影響，通常在5至20升之間，工作效率較高。

二、植保無人機(jī)技術(shù)原理分析

（一）植保無人機(jī)主要組成結(jié)構(gòu)

在功能組成結(jié)構(gòu)方面，植保無人機(jī)主要包含了動(dòng)力、噴灑、控制、輔助等幾方面的結(jié)構(gòu)。其中動(dòng)力結(jié)構(gòu)主要包含無刷電機(jī)、電調(diào)、電源和槳葉。噴灑功能的結(jié)構(gòu)包含噴桿部位、噴頭部位、藥物輸送管路、藥箱、噴藥泵等結(jié)構(gòu)?？刂乒δ懿糠值慕Y(jié)構(gòu)包含定位接收裝置、陀螺儀、加速度傳感裝置、紅外測距和遙控接收裝置。輔助功能包含起落架、保護(hù)罩等配件。植保無人機(jī)的運(yùn)行依靠各結(jié)構(gòu)功能實(shí)施配合，可以在指定的速度、高度按照規(guī)定路線完成噴灑任務(wù)。

（二）植保無人機(jī)飛行操控原理

植保無人機(jī)實(shí)施飛行功能，主要是通過槳葉旋轉(zhuǎn)來對重力實(shí)施克服的，在植保機(jī)飛行過程中，利用各電機(jī)不同轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)前后左右高低方向上的移動(dòng)等實(shí)際功能需求。比如四旋翼類型植保無人機(jī)，該機(jī)型結(jié)構(gòu)簡單，具有的飛行功能主要包含四個(gè)方面：垂直方向的升降、滾轉(zhuǎn)、俯仰以及偏航。

（三）植保無人機(jī)精準(zhǔn)定位原理

定位技術(shù)是植保無人機(jī)重要功能之一，表現(xiàn)形式主要有兩種：一是，利用接收端實(shí)施定位功能。通過植保無人機(jī)的接收端可以和三個(gè)以上的衛(wèi)星建立位置方面的關(guān)系，進(jìn)而可以對植保無人機(jī)實(shí)施空間定位。衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用是較傳統(tǒng)技術(shù)方式，精準(zhǔn)度和手機(jī)、汽車導(dǎo)航等十分相似，以米作為最精準(zhǔn)級(jí)別。使得植保無人機(jī)精量定位、定點(diǎn)懸停等功能較難實(shí)現(xiàn)。二是，GPS差分技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)的定位功能是以傳統(tǒng)三維衛(wèi)星實(shí)施的定位技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過和地面的基站設(shè)備實(shí)施聯(lián)系，開展位置信息方面的精確校正。植保無人機(jī)使用的GPS差分技術(shù)，通常以單基準(zhǔn)站的差分和多基準(zhǔn)站局域區(qū)域的差分技術(shù)作為主要技術(shù)應(yīng)用。該技術(shù)的應(yīng)用可以觀測四顆衛(wèi)星，在對基站實(shí)施三維定位，進(jìn)而可以保障基站為主具有固定性和精準(zhǔn)位置坐標(biāo)特點(diǎn)。通過植保無人機(jī)周圍的基站實(shí)施定位，再和植保無人機(jī)本身進(jìn)行定位，對兩者實(shí)施對比，然后消除兩者共同誤差，降低了衛(wèi)星軌道、大氣因素等方面的負(fù)面影響，可以使植保無人機(jī)的定位實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別的精準(zhǔn)度。

三、植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用特點(diǎn)分析

（一）應(yīng)用優(yōu)勢分析

植保無人機(jī)使用中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：一是，對于藥物噴灑的質(zhì)量高。在實(shí)際作業(yè)過程中植保無人機(jī)使用的是高霧化形式的噴頭和低噴施量相結(jié)合的作業(yè)方法，利用提前設(shè)置好的噴施速度、高度，確保農(nóng)藥噴灑量可以符合植保需要的前提下，盡可能地減少殘留現(xiàn)象對于人們健康方面的影響。利用植保無人機(jī)的槳葉在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中形成的旋風(fēng)效果，使農(nóng)藥可以更好的噴灑在農(nóng)作物的根部，進(jìn)而提升農(nóng)藥噴灑效果和質(zhì)量。二是，提高農(nóng)藥的噴灑效率。植保無人機(jī)實(shí)際作業(yè)過程中受到地形方面的限制性較小，并且無人機(jī)的體積小，利于攜帶，使用時(shí)利用農(nóng)用車輛、私家汽車等均可以將其運(yùn)送至農(nóng)業(yè)田中。植保無人機(jī)在實(shí)施農(nóng)藥噴灑速度方面和人工作業(yè)和輪式機(jī)具相比有著明顯優(yōu)勢，在很大程度上提升了作業(yè)效率，降低了工作量。三是，操作人員自身安全系數(shù)高。農(nóng)作物實(shí)施農(nóng)藥噴灑過程中，傳功的作業(yè)方式下，會(huì)對作業(yè)人員造成較大的健康傷害。而植保無人機(jī)應(yīng)用過程中，操控人員只需要對其進(jìn)行相應(yīng)的工作范圍設(shè)置以及確定起止位置即可。植保無人機(jī)會(huì)實(shí)施自動(dòng)作業(yè)，操控人員只需要在較遠(yuǎn)的安全區(qū)域內(nèi)開展查看、位置調(diào)整、調(diào)整植保無人機(jī)工作實(shí)際狀態(tài)等工作就行，防止了傳統(tǒng)農(nóng)藥噴灑過程中作業(yè)人員直接和農(nóng)藥進(jìn)行接觸所具有的危害性。四是，植保無人機(jī)對于農(nóng)田的適應(yīng)性良好。使用植保無人機(jī)實(shí)施農(nóng)藥噴施，其機(jī)型體積小，無論是面積較大的農(nóng)田，還是較小農(nóng)田地塊，均可使用，并且在作業(yè)過程中可以依據(jù)最初設(shè)定的飛行路線開展工作，減少了傳統(tǒng)作業(yè)過程中存在的重復(fù)噴灑或者遺漏等方面的問題。

（二）技術(shù)不足分析

植保無人機(jī)在我國當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，存在的技術(shù)不足現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是，性能方面存在一定缺陷。植保無人機(jī)自身的荷載量、續(xù)航時(shí)間等對于實(shí)施植保作業(yè)的效率起到了較為直接的影響。當(dāng)前我國行業(yè)內(nèi)的植保無人機(jī)最長續(xù)航時(shí)間在20分鐘左右，最大的荷載量在20千克左右，最小荷載量僅為5千克，這就使得植保無人機(jī)在對較大面積農(nóng)田實(shí)施農(nóng)藥噴施作業(yè)時(shí)受到了較為明顯的效率限制。使得植保無人機(jī)性能下降，實(shí)用性以及操控性能降低，在我國當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷向集約化、規(guī)?；l(fā)展的趨勢下，在開展大范圍植保作業(yè)過程中會(huì)發(fā)生頻繁更換續(xù)航電池和裝載農(nóng)藥的現(xiàn)象，進(jìn)而嚴(yán)重影響作業(yè)效率。二是，植保無人機(jī)的施藥設(shè)備和技術(shù)相對落后。植保無人機(jī)所具有的施藥技術(shù)屬于實(shí)施航空植保作業(yè)的核心內(nèi)容，對于解決我國農(nóng)業(yè)的播種、航測、施肥等工作起到關(guān)鍵性作用。但是我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)具有地形十分復(fù)雜、不同地域農(nóng)作物種類不同，使得植保無人機(jī)在噴施裝置、技術(shù)以及飛行狀態(tài)方面的要求不同。當(dāng)前植保無人機(jī)在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于初期推廣和探索階段，因此存在一定的配套設(shè)施不足、缺乏高校施藥技術(shù)等方面的問題。除此之外，技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量和精度方面同樣存在一定的缺陷，和西方發(fā)達(dá)國家相比較而言存在較大差距。三是，缺乏專用藥劑方面的研究。植保無人機(jī)受到自身結(jié)構(gòu)和材質(zhì)方面的約束，對于農(nóng)藥的類型有著較高要求，對于雜志多、溶解性不良、腐蝕性較強(qiáng)的農(nóng)藥是不能在植保無人機(jī)中進(jìn)行使用的。但是，當(dāng)前我國行業(yè)內(nèi)關(guān)于開展植保無人機(jī)實(shí)施農(nóng)藥噴灑作業(yè)所使用的農(nóng)藥藥劑研究的公司數(shù)量不多，使得可以和植保無人機(jī)實(shí)施配套使用的專業(yè)性病蟲害農(nóng)藥種類較少，并且對于使用標(biāo)準(zhǔn)缺乏行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一規(guī)定，存在一定的不規(guī)范性，導(dǎo)致實(shí)際作業(yè)過程中專業(yè)性藥劑和可混性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方面存在一定的混合比例不標(biāo)準(zhǔn)，藥量以及藥效無法得到有效保障等現(xiàn)狀問題，同時(shí)還會(huì)對農(nóng)田作物和周邊環(huán)境造成一定的污染和負(fù)面影響。

四、植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)化策略探析

（一）加強(qiáng)國家有關(guān)部門的管理力度

結(jié)合我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)和需求，國家有關(guān)部門和政府機(jī)關(guān)應(yīng)加強(qiáng)和加大植保無人機(jī)技術(shù)的研究與應(yīng)用?？梢酝ㄟ^總結(jié)先進(jìn)國家實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，加大相關(guān)的政策引導(dǎo)，對于開展植保無人機(jī)研制的公司和企業(yè)提供一定的優(yōu)惠政策，激發(fā)企業(yè)積極性。并加強(qiáng)植保無人機(jī)研制企業(yè)、農(nóng)業(yè)經(jīng)營者、農(nóng)藥產(chǎn)品研發(fā)企業(yè)三者之間的合作工作，通過國家有關(guān)部門進(jìn)行組織，利用召開專題會(huì)議的形式，將當(dāng)前行業(yè)發(fā)展缺陷以及需求等進(jìn)行較為全面的信息溝通，提升研制效果和效率，進(jìn)而使植保無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用從設(shè)備、操控、藥劑等方面得到全面提升，通過改善相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)的蔬菜等，來降低負(fù)面影響，提升植保無人機(jī)實(shí)際工作效率和質(zhì)量。技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用才是突破行業(yè)發(fā)展瓶頸的重要措施和途徑，建議國家以及政府有關(guān)部門加大管理力度和關(guān)注程度。

（二）加強(qiáng)植保無人機(jī)性能方面的研制

一是，加強(qiáng)大容量續(xù)航電池的應(yīng)用。植保無人機(jī)在續(xù)航方面使用的是蓄電池，因此蓄電池的最大工作時(shí)間是保障植保無人機(jī)工作效率的基礎(chǔ)條件。在實(shí)際應(yīng)用過程中可以通過增加植保無人機(jī)蓄電池融合以及性能的方式，來提升植保無人機(jī)的應(yīng)用效果和性能。二是，優(yōu)化植保無人機(jī)設(shè)計(jì)方案。通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，提升植保無人機(jī)使用過程中對于障礙物的躲閃能力，提升其自我保護(hù)能力以及自主飛行方面的性能。也就是加強(qiáng)植保無人機(jī)人工智能化方面的研究，來保障其使用性能的提升。三是，加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門的指導(dǎo)管理工作。我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，不斷向集約化和規(guī)范化方向發(fā)展，植保無人機(jī)的應(yīng)用管理問題必然向著規(guī)范化方向發(fā)展。因此加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理部門的管理力度，可以使其利用政府功能和植保無人機(jī)研制企業(yè)實(shí)施更加深入合作，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源、資金資源的互助，進(jìn)而加快植保無人機(jī)技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新發(fā)展，改善當(dāng)前行業(yè)內(nèi)存在的藥液噴灑精度不準(zhǔn)等問題。

（三）加強(qiáng)專業(yè)人員的培訓(xùn)

植保無人機(jī)的使用需要專業(yè)的操控人員進(jìn)行技術(shù)管控，開展日常的保養(yǎng)以及設(shè)備維護(hù)和維修等多種工作。隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，植保無人機(jī)的應(yīng)用成為行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，勢必會(huì)帶來更多專業(yè)型人才的需求，加強(qiáng)現(xiàn)有人才專業(yè)性方面的培訓(xùn)，提升技術(shù)人要的操控能力、故障處理能力以及日常保養(yǎng)維護(hù)能力等，均可有效保障植保無人機(jī)的高效運(yùn)用。同時(shí)還需要加強(qiáng)專業(yè)型人才隊(duì)伍的建設(shè)和創(chuàng)新人才的發(fā)展。加強(qiáng)操控人員對于植保無人機(jī)理論方面的知識(shí)以及實(shí)踐技能方面的水平，并在農(nóng)業(yè)經(jīng)營者群體中選拔具有較強(qiáng)理解能力和較高操作能力人員，使其進(jìn)入專業(yè)人才隊(duì)伍中，可以有效解決因操作人員技術(shù)不達(dá)標(biāo)而造成的影響植保無人機(jī)作業(yè)效果和效率的現(xiàn)象發(fā)生。

（四）加強(qiáng)植保無人機(jī)使用管理制度建設(shè)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展依靠的是制度化和規(guī)范化管理工作的開展，植保無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用同樣需要嚴(yán)格的制度規(guī)范來有效管控行業(yè)發(fā)展過程中存在的市場混亂、標(biāo)準(zhǔn)不一等問題，進(jìn)而可以起到提升植保無人機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用質(zhì)量的重要性作用。加強(qiáng)相關(guān)監(jiān)督管理工作的參與，來有效解決行業(yè)發(fā)展過程中存在的責(zé)任不清、履職不明等現(xiàn)象。有了健全的行業(yè)規(guī)定、制度管理和嚴(yán)格的監(jiān)督制度做保障，可以更好地推動(dòng)植保無人機(jī)在我國農(nóng)業(yè)行業(yè)的推廣和高效應(yīng)用。

五、結(jié)語

通過本文內(nèi)容可以看到植保無人機(jī)技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)行業(yè)中的應(yīng)用仍處于初期推廣階段，在技術(shù)研究和應(yīng)用方面存在一定的缺陷與不足。本文主要從植保無人機(jī)主要組成結(jié)構(gòu)、飛行操控原理、精準(zhǔn)定位原理幾方面進(jìn)行了植保無人機(jī)種類的分析，并從植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢和技術(shù)不足兩方面開展了植保無人機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)方面的分析。在進(jìn)行植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)化策略探析，主要是從加強(qiáng)國家有關(guān)部門的管理力度、提升植保無人機(jī)性能研發(fā)、加強(qiáng)專業(yè)人員的培訓(xùn)以及健全和落實(shí)植保無人機(jī)使用管理制度等途徑進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。隨著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及科技技術(shù)的進(jìn)步，植保無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)行業(yè)中的應(yīng)用是必然發(fā)展趨勢，因此加強(qiáng)相關(guān)應(yīng)用特點(diǎn)的分析十分重要。

作者簡介：孔祥蕊（1990— ），女，漢族，天津人，本科，助教，研究方向：無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)。