襄汾縣應(yīng)用無(wú)人植保機(jī)技術(shù)的研究

趙宗平，王 強(qiáng)

（襄汾縣農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 襄汾 041500）

襄汾縣采用T20型無(wú)人植保機(jī)對(duì)玉米、小麥等作物生長(zhǎng)期進(jìn)行病蟲(chóng)害的防治，依據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際，引進(jìn)植保薄弱環(huán)節(jié)機(jī)具，計(jì)劃引進(jìn)由深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn)的T20型無(wú)人植保機(jī)4臺(tái)，由鄧莊鎮(zhèn)木子永安農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社、西賈鄉(xiāng)戰(zhàn)備農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社承擔(dān)項(xiàng)目的實(shí)施。由襄汾縣農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心項(xiàng)目技術(shù)人員配合示范作業(yè)機(jī)手對(duì)新購(gòu)置的T20型無(wú)人植保機(jī)開(kāi)展試驗(yàn)考核。

1 試驗(yàn)機(jī)具情況

1.1 機(jī)具類型

T20型無(wú)人植保機(jī)由深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn)。該機(jī)藥液裝載容量為20 L，噴幅為7m，8噴頭設(shè)計(jì)，全自主作業(yè)，全向數(shù)字雷達(dá)水平360°避障，全天候感知農(nóng)田環(huán)境，實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)，全身可水洗，電池、作業(yè)箱可快速插拔、快速折疊、便于運(yùn)輸。

1.2 機(jī)具成本

T20型無(wú)人植保機(jī)，原價(jià)49000元，按項(xiàng)目區(qū)作業(yè)量2000畝（1畝=0.067hm2）、電費(fèi)0.5元/kW·h、報(bào)廢時(shí)殘值率5%、折舊年限3年、年修理費(fèi)用1000元、機(jī)組操作人員工資300元/d、機(jī)組輔助人員工資150元/d計(jì)算，生產(chǎn)效率為102畝/h，完成作業(yè)需要2.5d，該期間操作員工資總費(fèi)用750元，輔助人員工資總費(fèi)用375元，單位作業(yè)量的平均工資費(fèi)0.6元/畝，單位作業(yè)量折舊費(fèi)5.2元/畝，單位作業(yè)量所負(fù)擔(dān)的修理費(fèi)為0.4元/畝，單位作業(yè)量所負(fù)擔(dān)的機(jī)器組修理費(fèi)0.4元/畝，單位作業(yè)量的能源消耗量為0.08 kW·h/畝。計(jì)單位作業(yè)量的經(jīng)營(yíng)管理費(fèi)6.64元/畝，生產(chǎn)考核試驗(yàn)期間實(shí)際經(jīng)營(yíng)管理費(fèi)用13200元。

2 試驗(yàn)技術(shù)條件

試驗(yàn)技術(shù)條件：①操作員要持有無(wú)人機(jī)操作證，熟練掌握無(wú)人植保機(jī)的操作方法。②準(zhǔn)備植保專用測(cè)水敏紙200張，高度指示桿12根，紅色墨水6瓶，記號(hào)筆2根，彩旗24面（3種顏色），小夾子3盒。③試驗(yàn)地塊應(yīng)盡量選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的作物，并了解該作物的品種及成熟周期。④仔細(xì)確認(rèn)測(cè)試區(qū)域無(wú)高壓線、樹(shù)木、電線桿等障礙物，確認(rèn)風(fēng)力不會(huì)產(chǎn)生影響，要避免逆光飛行。⑤觀察試驗(yàn)地形和周圍狀況，確定無(wú)人機(jī)起降位置；檢查機(jī)械部分、螺旋槳、藥箱是否完好、機(jī)架是否牢固、螺栓有無(wú)松動(dòng)；檢查電子部分連接線頭是否松動(dòng)、電池有無(wú)破損、遙控器按鈕是否正常歸位；接通電源后，查看信號(hào)指示燈是否正常工作。

3 試驗(yàn)開(kāi)展情況

3.1 噴幅測(cè)試

在進(jìn)行田間測(cè)試前，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行噴霧測(cè)試（見(jiàn)圖1）。布點(diǎn)區(qū)域?qū)挾?m，植保專用測(cè)水敏紙以行距×間距5 m×0.5 m布置，無(wú)人機(jī)藥箱加紅色墨水，以最優(yōu)化作業(yè)參數(shù)，沿飛行中心線飛行，噴霧結(jié)束后，查看自制霧滴沉積測(cè)試紙霧滴沉積范圍，測(cè)出無(wú)人機(jī)的噴幅寬度。

圖1 噴幅測(cè)試Fig.1 The spray width test

3.2 確定試驗(yàn)區(qū)、確定作業(yè)時(shí)間

測(cè)試區(qū)（見(jiàn)圖2）由隔離區(qū)、噴霧區(qū)、采樣區(qū)域組成，每個(gè)區(qū)的4個(gè)角用一種顏色彩旗標(biāo)定。隔離區(qū)寬度10m，噴霧區(qū)長(zhǎng)度60m，寬度B為無(wú)人機(jī)噴幅，采樣區(qū)設(shè)置在中心噴幅內(nèi)，距離一端噴霧起止線10m，寬度B為無(wú)人機(jī)噴幅寬度，長(zhǎng)度為20m。飛行區(qū)側(cè)邊固定有高度指示桿，以作為無(wú)人機(jī)飛行高度指示，飛行高度距離玉米頂端2.5m。

圖2 測(cè)試區(qū)劃分Fig.2 The test area division

A點(diǎn)、B點(diǎn)為噴霧起止點(diǎn)，站定人員，手執(zhí)紅旗。C點(diǎn)，D點(diǎn)為采樣起止點(diǎn)。測(cè)試時(shí)，無(wú)人機(jī)以最優(yōu)化飛行噴霧參數(shù)沿飛行中心線飛行，共飛行3個(gè)噴幅。起飛后當(dāng)調(diào)整到最優(yōu)化飛行狀態(tài)后進(jìn)入飛行區(qū)，在噴霧起止線處開(kāi)始噴霧，同時(shí)A點(diǎn)站定人員開(kāi)始計(jì)時(shí)（t1），無(wú)人機(jī)通過(guò)另一端噴霧起止線處，B點(diǎn)站定人員搖動(dòng)紅旗通知操控手停止噴霧，此時(shí)計(jì)時(shí)暫停，無(wú)人機(jī)掉頭轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)相鄰噴幅（t2），通過(guò)噴霧起止線時(shí)開(kāi)始噴霧，此時(shí)計(jì)時(shí)繼續(xù)，如此完成3個(gè)噴霧作業(yè)（t3），計(jì)時(shí)結(jié)束，獲得無(wú)人機(jī)在噴霧區(qū)中的飛行時(shí)間t，即t1+t2+t3。

3.3 作業(yè)效果測(cè)試

采樣區(qū)中的布點(diǎn)方法（見(jiàn)圖3、圖4）。采樣區(qū)中布置霧滴沉積測(cè)試紙以測(cè)試霧滴沉積分布密度、沉積覆蓋率等。測(cè)試紙以3行×6列矩陣型布置，行距5m，列距1/6 B（B為無(wú)人機(jī)測(cè)出的噴幅），進(jìn)行交錯(cuò)設(shè)點(diǎn)。放置在上中位置的測(cè)試紙分別用小夾子夾在作物葉片的正面和背面，通過(guò)觀察作物葉片正反面測(cè)試紙上霧滴的沉降情況，測(cè)試農(nóng)藥?kù)F滴在靶標(biāo)正反兩面的沉降分布狀態(tài)。下部的測(cè)試紙固定在小紙板上放在地面上，作業(yè)完成后，通過(guò)觀察測(cè)試紙上霧滴的沉降情況，查看無(wú)人機(jī)作業(yè)穿透效果。無(wú)人機(jī)噴霧結(jié)束后，等待農(nóng)藥?kù)F滴沉積測(cè)試紙上的霧滴干后，分別收集測(cè)試紙，等待后期測(cè)試。

圖3 采樣區(qū)布點(diǎn)方法Fig.3 The sampling area distribution method

圖4 測(cè)試紙放置位置示意Fig.4 The test paper placement

3.4 測(cè)試計(jì)算方法

按無(wú)人機(jī)作業(yè)3個(gè)噴幅，每個(gè)噴幅寬6m，作業(yè)長(zhǎng)度60 m計(jì)算。

（1）噴量計(jì)算

式中：Q1——無(wú)人機(jī)測(cè)試飛行前加入的測(cè)試藥液，L；Q2——測(cè)試飛行結(jié)束后藥箱中的剩余藥液，L；S——飛行噴霧面積，畝。

（2）作業(yè)效率計(jì)算

式中，V——作業(yè)效率，畝/s；S——噴霧區(qū)面積；t——3個(gè)噴幅純作業(yè)時(shí)間，s。

測(cè)試結(jié)果：第1噴幅純作業(yè)時(shí)間t1為21.08 s，第2噴幅純作業(yè)時(shí)間t2為22.38 s，第3噴幅純作業(yè)時(shí)間t3為21.47 s。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果采集

7月28日，在承擔(dān)科技示范推廣項(xiàng)目的鄧莊鎮(zhèn)河坡村玉米全程機(jī)械化示范區(qū)，推廣站技術(shù)人員首先對(duì)試驗(yàn)區(qū)地塊進(jìn)行了選定，隨后進(jìn)行了噴灑測(cè)試。然后對(duì)噴灑后的試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)采集。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

4.1.1 增產(chǎn)值

應(yīng)用T20型無(wú)人植保機(jī)，按每天作業(yè)8 h計(jì)算，每畝作業(yè)收費(fèi)10元，項(xiàng)目區(qū)2000畝玉米生長(zhǎng)管理期進(jìn)行2次植保作業(yè)計(jì)算，總計(jì)收入40000元。無(wú)人植保機(jī)作業(yè)效率102畝/h，共計(jì)5d完成，用電量0.08 kW·h/畝，共計(jì)支出160元，經(jīng)營(yíng)管理費(fèi)9元/畝，共計(jì)支出36000元，共計(jì)增收3840元。

4.1.2 節(jié)支

（1）節(jié)省農(nóng)藥費(fèi)用：畝節(jié)藥30%左右，項(xiàng)目區(qū)2000畝玉米生長(zhǎng)管理期進(jìn)行2次植保作業(yè)計(jì)算，即生長(zhǎng)期葉面噴肥和病蟲(chóng)害防治節(jié)藥9元/畝，共計(jì)節(jié)支36000元。

（2）節(jié)省人工費(fèi)用：通過(guò)T20型無(wú)人植保機(jī)與高地隙無(wú)人植保機(jī)的應(yīng)用比較，項(xiàng)目區(qū)2000畝玉米兩次植保作業(yè)，無(wú)人植保機(jī)5d完成；高地隙無(wú)人植保機(jī)作業(yè)效率20畝/h，需25d完成，無(wú)人植保機(jī)2次作業(yè)可節(jié)約20d。按平均每畝節(jié)工2個(gè)計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)共可節(jié)工8000個(gè)，每個(gè)工按80元/d計(jì)算，20天共創(chuàng)造社會(huì)效益64000元。

（3）項(xiàng)目增收節(jié)支總效益：項(xiàng)目增收節(jié)支效益合計(jì)=增產(chǎn)值+節(jié)支=3840元+36000元=39840元；項(xiàng)目平均畝增收節(jié)支=項(xiàng)目增收節(jié)支效益合計(jì)÷小麥種植面積=39840元÷4000畝=9.96元/畝。

4.2 社會(huì)效益

通過(guò)T20型無(wú)人植保機(jī)與高地隙無(wú)人植保機(jī)的應(yīng)用比較，項(xiàng)目區(qū)2000畝玉米2次植保作業(yè)，無(wú)人植保機(jī)5d完成；高地隙無(wú)人植保機(jī)作業(yè)效率20畝/h，需25d完成，無(wú)人植保機(jī)2次作業(yè)可節(jié)約20d。按平均每畝節(jié)工2個(gè)計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)共可節(jié)工8000個(gè)，每個(gè)工按80元/d計(jì)算，20d共創(chuàng)造社會(huì)效益64000元。

項(xiàng)目實(shí)施后可實(shí)現(xiàn)畝節(jié)約用工2個(gè)，4000畝共可節(jié)省用工8000個(gè)，解放的勞動(dòng)力可投入到第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)。

無(wú)人植保機(jī)還可用于果樹(shù)、中藥材等其他作物的植保作業(yè)，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高農(nóng)民收入。

4.3 生態(tài)效益

飛防過(guò)程中無(wú)人機(jī)操作員遠(yuǎn)離藥物，作業(yè)安全系數(shù)高，有效改善了以往在農(nóng)作物植保環(huán)節(jié)中藥物殘留對(duì)人體的傷害。同時(shí)，無(wú)人植保機(jī)噴灑效率高，噴灑效果好，地表殘留藥物少，更有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效，推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)發(fā)展。

5 存在的問(wèn)題

5.1 高新技術(shù)普及較為困難

無(wú)人植保機(jī)屬于高科技電子產(chǎn)品，更新?lián)Q代快，使用有季節(jié)性，價(jià)格較高。希望能盡快進(jìn)入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼目錄，使機(jī)手能夠享受到補(bǔ)貼，為機(jī)手帶來(lái)可觀的利潤(rùn)。

5.2 成本高

無(wú)人植保機(jī)在飛防過(guò)程中需準(zhǔn)備多組電池，而平均每組電池都在4000元左右，建議盡可能延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間，并有效提高機(jī)身負(fù)載質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，無(wú)人植保機(jī)的應(yīng)用能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益，減少了作業(yè)用工量，促進(jìn)了農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，改善生態(tài)環(huán)境。所以，項(xiàng)目實(shí)施為加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略提供了有力支撐。