植保無人機推廣應(yīng)用探析

司明寶 金芳 趙晨 何政道

無人機也稱遙控駕駛航空器。加裝農(nóng)藥噴灑裝置，用于農(nóng)作物防蟲治病的無人機稱為植保無人機。近年來，我國植保無人機快速發(fā)展，保有量從2014年的695臺增至2020年的8萬余臺，作業(yè)面積從2014年的426萬畝次增至2020年的10億畝次，已從早期的實驗性產(chǎn)品發(fā)展成為一種常見的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械?，F(xiàn)結(jié)合植保無人機在淮安的發(fā)展情況，就無人植保機械化技術(shù)推廣應(yīng)用提出探討。

1 無人機的分類

無人機分類方法如下：

1.1 按飛行平臺構(gòu)型分類

按飛行平臺構(gòu)型可分為固定翼無人機、旋翼無人機、無人機飛艇、傘翼無人機、撲翼無人機等。

1.2 按用途分類

按用途可分為軍用無人機和民用無人機。軍用無人機包括偵察無人機、誘餌無人機、電子對抗無人機、通信中繼無人機、無人戰(zhàn)斗機以及靶機等［1］。民用無人機包括巡查/監(jiān)視無人機、農(nóng)用無人機、氣象無人機、勘探無人機以及測繪無人機等。

1.3 按尺度分類

按尺度可分為微型無人機、輕型無人機、小型無人機以及大型無人機。微型無人機是指空機質(zhì)量小于等于7 kg的無人機。輕型無人機是指空機質(zhì)量大于7 kg、小于等于116 kg的無人機，此類無人機全馬力平飛中，校正空速小于100 km/h，升高低于3 000 m。小型無人機是指空機質(zhì)量大于116 kg、小于等于5 700 kg的無人機。大型無人機是指空機質(zhì)量大于5 700 kg的無人機。

1.4 按活動半徑分類

按活動半徑可分為超近程無人機、近程無人機、短程無人機、中程無人機和遠程無人機［2］。超近程無人機活動半徑在15 km以內(nèi)，近程無人機活動半徑在15～50 km之間，短程無人機活動半徑在50～200 km之間（不含50 km），中程無人機活動半徑在200～800 km之間（不含200 km），遠程無人機活動半徑大于800 km。

1.5 按任務(wù)高度分類

按任務(wù)高度可以分為超低空無人機、低空無人機、中空無人機、高空無人機和超高空無人機［3］。超低空無人機任務(wù)高度一般小于100 m，低空無人機任務(wù)高度一般在100～1 000 m之間（不含1 000 m），中空無人機任務(wù)高度一般在1 000～7 000 m（不含7 000 m）之間，高空無人機任務(wù)高度一般在7 000～18 000 m之間，超高空無人機任務(wù)高度一般大于18 000 m。

2 植保無人機發(fā)展現(xiàn)狀

國家農(nóng)機購置補貼等支農(nóng)惠農(nóng)政策的實施推動植保無人機的發(fā)展進入快車道。2016年我國植保無人機國補試點主要有河南、湖南、福建3省，2020年試點范圍擴大至浙江、安徽、江西、湖南、廣東、重慶、吉林、福建、甘肅、江蘇等10余個省市。

江蘇省共有植保無人機國補試點縣（市、區(qū)）76個，試點縣（市、區(qū)）按照省下達的補貼計劃組織實施補貼，同一個購機者享受補貼機具的上限為5臺。補貼對象為從事植保作業(yè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營組織，主要包括農(nóng)民（農(nóng)機）專業(yè)合作社、植保作業(yè)組織、農(nóng)作物病蟲害統(tǒng)防統(tǒng)治組織、家庭農(nóng)場等。對個人購置植保無人機暫不予補貼。

近年來，隨著土地流轉(zhuǎn)速度的加快，以及農(nóng)機合作社、家庭農(nóng)場、種糧大戶等新型農(nóng)業(yè)主體的崛起，淮安市植保無人機的需求越來越旺盛，市農(nóng)機推廣部門結(jié)合實施“一項行動兩大工程”和“兩全兩高”創(chuàng)建，全力做好植保無人機的推廣應(yīng)用和技術(shù)指導工作，2016、2017、2018、2019、2020年該市分別推廣植保無人機10臺、99臺、300臺、300臺、686臺。

3 植保無人機使用技術(shù)要領(lǐng)

相較于其他無人機，植保無人機工作環(huán)境更惡劣，只有保持設(shè)備良好的工作狀態(tài)，才能提高飛防作業(yè)效率。

3.1 遙控器的使用與維護保養(yǎng)

遙控器需定時擦拭、保持清潔，避免水、藥液進入遙控器。運輸時，應(yīng)將天線折疊，避免天線折斷。如搖桿未在中立點，需對搖桿進行校正。操作人員必須了解遙控器的搖桿模式，避免因搖桿模式錯誤導致撞機、側(cè)翻。

3.2 機身的維護保養(yǎng)

搬抬植保無人機時，應(yīng)抬大臂而非小臂，否則有可能損害機身。機臂套筒應(yīng)適度旋緊，否則有可能造成套筒破裂或難以旋開。機身內(nèi)部有精密電子部件，清潔機身時應(yīng)使用濕抹布，切不可用水流直接對機身沖洗。要定時清理機身進氣口過濾網(wǎng)，保證內(nèi)外氣流流動順暢。清理頻率依作業(yè)環(huán)境清潔度、工作頻率而定，建議一個作業(yè)季清理一次。

各關(guān)鍵部位螺絲必須鎖緊，并且需打螺絲膠。依據(jù)使用頻率選擇相應(yīng)強度的螺絲膠。生銹、打滑的螺絲必須及時更換。

3.3 動力系統(tǒng)的維護保養(yǎng)

動力系統(tǒng)工作強度大，受外界影響大，使用頻率高，是植保無人機系統(tǒng)里需要重點關(guān)注的分系統(tǒng)之一。

3.3.1 電機

農(nóng)業(yè)植保無人機電機工作環(huán)境惡劣，水霧、藥液、農(nóng)藥附著是損壞電機的主要因素，所以每天作業(yè)完畢后都要用濕抹布清潔電機外表，去除農(nóng)藥附著。不可用流水或水管直接沖洗電機，以免電機內(nèi)部進水。應(yīng)定時檢查電機動平衡是否良好。電機常見故障如下：

1）軸承損壞，電機旋轉(zhuǎn)有雜音，阻力較大。原因：電機進水、進液，導致電機損壞。

2）卸掉螺旋槳之后，電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動明顯大于正常電機。原因：電機發(fā)生過撞擊，導致動平衡破壞。

3）飛行器一起飛就側(cè)翻，或者起飛后在空中高速旋轉(zhuǎn)。原因：電機轉(zhuǎn)向錯誤。

3.3.2 電調(diào)

電調(diào)在機身內(nèi)部，使用時需注意不能進水。不能用水管直接沖洗電機，下雨天應(yīng)避免飛行。

3.3.3 螺旋槳

螺旋槳是農(nóng)業(yè)植保無人機消耗最快的配件，大部分的飛行事故都有可能使螺旋槳發(fā)生斷裂和破損。螺旋槳發(fā)生斷裂或破損時必須更換。螺旋槳的安裝不能有水平與垂直方向上的松動，如松動可能會造成飛行不穩(wěn)定。農(nóng)藥附著有可能腐蝕螺旋槳，縮短螺旋槳使用壽命，因此，作業(yè)完畢后必須清理農(nóng)藥殘留。螺旋槳常見故障如下：

1）飛行器未起飛就側(cè)翻，或者在空中自旋。原因：正反槳弄混。

2）飛行器振動加大，影響飛行器安全。原因：螺旋槳殘缺。

3）飛行不穩(wěn)定。原因：雙槳螺旋槳兩邊旋轉(zhuǎn)軌跡不一致。

3.3.4 鋰電池

鋰電池需求量大，使用頻率高，且價格較高。不應(yīng)高溫充電，以免縮短電池使用壽命。應(yīng)定時慢充，以利于電池電壓平衡。每隔1～2個月應(yīng)進行一次完整的充放電。鋰電池常見故障如下：

1）鋰電池鼓包膨脹。原因：長期滿電壓存儲。

2）鋰電池內(nèi)部電芯發(fā)生短路，嚴重時會造成自燃。原因：電池跌落等。

3.3.5 插頭連接件

插頭是飛行器與電池連接的必備配件，工作頻率非常高。插頭連接時，必須完整插入，否則會導致插頭發(fā)熱量增加，造成飛行隱患。如果發(fā)現(xiàn)插頭金插外徑變小，插頭插入過松，應(yīng)及時更換插頭。應(yīng)避免電池平衡插頭接觸水及藥液，否則會導致平衡頭短路乃至燒毀電池。

3.4 噴霧系統(tǒng)的維護保養(yǎng)

噴霧系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)植保無人機發(fā)揮具體功能的部件，會接觸到農(nóng)藥以及農(nóng)藥殘留，所以其維護頻率最高。

3.4.1 藥箱

每天作業(yè)完畢后應(yīng)將藥箱灌滿清水，開啟水泵，沖洗整個噴霧系統(tǒng)。藥箱不能混用，否則可能對作物造成藥害。

3.4.2 水泵

水泵禁止長時間空載高速運轉(zhuǎn)，否則會影響使用壽命。水泵內(nèi)部禁止進入雜質(zhì)，水泵進液口應(yīng)配有過濾網(wǎng)。

3.4.3 噴頭及濾網(wǎng)

避免使用粉劑以及高濃度乳油，以免堵塞濾網(wǎng)及噴頭。每天作業(yè)完畢后應(yīng)對濾網(wǎng)進行清理，清除農(nóng)藥殘留。要定時將噴頭及濾網(wǎng)放入水中浸泡，確保噴頭及濾網(wǎng)工作狀態(tài)良好。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

植保無人機作業(yè)效率是人工作業(yè)的50倍以上，是地面機械作業(yè)的10倍左右。目前，機手飛防作業(yè)費用為每畝6～10元。小麥生產(chǎn)一季打藥4次，水稻生產(chǎn)一季打藥5次。以每臺無人機植保1 000畝（66.67 hm2）為例，按每畝飛防作業(yè)費用7元計算，一臺無人機一年的小麥植保收入為28 000元，水稻植保收入為35 000元，全年作業(yè)總收入為63 000元。以大疆T30無人機為例，購機成本為54 999元/臺，作業(yè)一年就可收回成本并有盈余。如帶藥作業(yè)，經(jīng)濟效益會更高。

4.2 社會效益

1）農(nóng)藥利用率高。與人工和地面機械作業(yè)相比，植保無人機作業(yè)可節(jié)省農(nóng)藥使用量50%左右。多年多點田間試驗結(jié)果表明：植保無人機低空低容量噴霧在水稻、小麥、玉米等作物病蟲害防治中農(nóng)藥利用率分別達到了49.19%、57.1%、52.7%，顯著高于常規(guī)背負式大容量噴霧機。

2）綠色環(huán)保。植保無人機的推廣應(yīng)用，可以降低農(nóng)藥使用量，減少農(nóng)藥殘留污染，保護生態(tài)環(huán)境；同時，還能避免作業(yè)人員農(nóng)藥中毒。

3）節(jié)水節(jié)本。與人工和地面機械作業(yè)相比，使用植保無人機作業(yè)可節(jié)省90%的用水量，降低作業(yè)成本近40%，且作業(yè)時不會留下轍印和損傷作物，不破壞土壤物理結(jié)構(gòu)，不影響作物的后期生長。