丘陵山區(qū)柑橘無人機(jī)噴藥飛行參數(shù)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

摘 要：無人機(jī)噴藥技術(shù)作為一種現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)，有利于推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。在云南省玉溪市丘陵山區(qū)進(jìn)行柑橘無人機(jī)噴藥試驗(yàn)，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，旨在通過合理調(diào)整飛行參數(shù)，確定最佳的飛行參數(shù)組合，提高噴藥效果，減少藥物浪費(fèi)，并保護(hù)環(huán)境。試驗(yàn)結(jié)果表明，飛行高度為4.0 m、速度為2.0 m/s、霧滴粒徑為80 μm、噴灑行距為4.0 m，是柑橘無人機(jī)噴藥的最佳飛行參數(shù)。分析認(rèn)為：在無人機(jī)噴藥過程中，飛行高度、飛行速度、噴灑霧滴粒徑和噴灑行距的選擇對(duì)霧滴覆蓋密度有直接影響。合理的飛行高度可以保證藥劑能夠均勻地覆蓋作物表面，從而提高噴藥效果；適當(dāng)?shù)娘w行速度可以保證藥劑能夠均勻地噴施到作物表面，同時(shí)避免因速度過快而導(dǎo)致藥劑飄逸、浪費(fèi)。高度和速度的設(shè)置會(huì)影響風(fēng)場(chǎng)的下壓穿透力和藥液的沉積密度。霧滴粒徑大小適宜可以保證藥劑能夠有效地覆蓋作物表面，形成均勻的覆蓋層；霧滴過大會(huì)導(dǎo)致藥劑流失，過小會(huì)導(dǎo)致藥劑無法達(dá)到目標(biāo)。合理的噴灑行距可以保證藥劑的覆蓋范圍，避免藥劑浪費(fèi)和作物受損，提高噴藥的均勻性。此研究可為進(jìn)一步優(yōu)化針對(duì)山區(qū)的無人機(jī)噴藥技術(shù)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：柑橘植保；無人機(jī)噴藥；飛行參數(shù)；噴藥效果

中圖分類號(hào)：S436.661 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674-7909（2024）9-121-8

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.09.029

0 引言

云南省是全國(guó)特色柑橘生產(chǎn)基地、早晚熟柑橘優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)區(qū)域。柑橘作為云南省的第二大種植果品，呈全省性分布［1］。柑橘具有營(yíng)養(yǎng)豐富、口感好等優(yōu)點(diǎn)，深受消費(fèi)者的青睞。作為一種典型的特色產(chǎn)業(yè)，柑橘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)于云南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民生活都有著重要的意義。在農(nóng)村地區(qū)，發(fā)展柑橘產(chǎn)業(yè)也是一個(gè)重要的脫貧致富途徑，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民提供就業(yè)機(jī)會(huì)和穩(wěn)定收益，從而助力鄉(xiāng)村振興［2］。然而，柑橘在日常栽培管理中會(huì)受到多種害蟲的威脅，蟲害會(huì)影響柑橘的生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)，造成經(jīng)濟(jì)損失［3-4］。在防治農(nóng)業(yè)病蟲害方面，我國(guó)的機(jī)械化程度相對(duì)較低，以人工噴藥為主。這種方法存在諸多問題，如噴灑不均勻、農(nóng)藥使用量過大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低等［5］。而且，云南省地貌以丘陵山地為主，柑橘樹體龐大，行間間距小，這使得人工和大型噴藥機(jī)械難以進(jìn)行作業(yè)，導(dǎo)致其病蟲害防治的機(jī)械化程度較低。現(xiàn)有對(duì)柑橘無人機(jī)噴藥高度、速度和作業(yè)行距參數(shù)的研究［6］，為此試驗(yàn)提供了依據(jù)。

隨著農(nóng)業(yè)田間管理進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在平原地區(qū)，植保無人機(jī)已經(jīng)得到了廣泛推廣和應(yīng)用。然而，在丘陵山區(qū)，由于特殊的地理環(huán)境和氣候條件，較少使用無人機(jī)進(jìn)行植保作業(yè)。植保無人機(jī)在丘陵山區(qū)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的精準(zhǔn)噴灑，提高農(nóng)藥的利用率，減少農(nóng)藥的使用量，降低農(nóng)藥污染，從而保護(hù)環(huán)境。同時(shí)，無人機(jī)噴藥具有的特點(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化，是我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的重要方向。研究?jī)?yōu)化柑橘無人機(jī)噴藥的飛行參數(shù)，可為柑橘無人機(jī)飛防作業(yè)提供理論支持［7-9］。

1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料和設(shè)備

試驗(yàn)在玉溪市新平縣者竜鄉(xiāng)龍橙果業(yè)有限公司進(jìn)行，種植基地位于新平縣者竜鄉(xiāng)大春河小組長(zhǎng)蟲山上，地處哀牢山山脈中部東麓；柑橘樹齡為8 a，種植的株行距為2.5 m×3.0 m，植株高為2.5～3.0 m。試驗(yàn)所用植保無人機(jī)為大疆T40，最大載藥量為40 L，雙噴頭設(shè)計(jì)；距作物高度為4.0～5.0 m（選取依據(jù)：1.根據(jù)參考文獻(xiàn)，為此提供科學(xué)依據(jù)；2.此高度可以更好地覆蓋到柑橘樹冠層葉片的表面，保證藥劑噴灑均勻，從而更好地實(shí)現(xiàn)防治效果），飛行速度為1.5～2.5 m/s（選取依據(jù)：1.基于廠家提供的技術(shù)參數(shù)和實(shí)際作業(yè)需求；2.在此范圍內(nèi)，無人機(jī)噴藥速度相對(duì)較慢，可以降低藥劑受風(fēng)速和風(fēng)向影響而產(chǎn)生的飄移和浪費(fèi)），霧滴粒徑為60～140 μm，噴灑行距為4.0～6.0 m。霧滴測(cè)試卡尺寸為35 mm×55 mm，分析軟件選用ImagePy。另外，此試驗(yàn)還需要準(zhǔn)備掃描儀（HP-M1136）、回形針、密封袋。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)選取的無人機(jī)飛行高度分別為4.0 m、4.5 m、5.0 m，飛行速度分別為1.5 m/s、2.0 m/s、2.5 m/s。通過對(duì)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析，可以得出不同飛行高度和速度下的霧滴附著率和噴灑效果，確定最優(yōu)的飛行高度和速度參數(shù)。

在最優(yōu)高度和速度的參數(shù)下，設(shè)定不同的霧滴粒徑（60 μm、80 μm、100 μm、120 μm、140 μm）；處理5個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析得出最佳的噴霧粒徑參數(shù)?；谝陨显囼?yàn)得出的最優(yōu)參數(shù)，進(jìn)行噴灑行距為4.0 m、5.0 m、6.0 m的單因素試驗(yàn)。通過整理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終獲得植保無人機(jī)作業(yè)高度、速度、霧滴粒徑和噴灑行距的最佳參數(shù)。試驗(yàn)技術(shù)路線如圖1所示。

1.3 數(shù)據(jù)采集

收集霧滴信息應(yīng)統(tǒng)一設(shè)定霧滴信息采集點(diǎn)。為測(cè)定霧滴附著率，按照果樹冠層生長(zhǎng)分布特點(diǎn)，隨機(jī)選取采樣點(diǎn)，并按照采樣點(diǎn)用霧滴測(cè)試卡進(jìn)行試驗(yàn)。每組試驗(yàn)共3棵樹，將霧滴測(cè)試卡分別在每個(gè)采樣株上、中、下層（如圖2所示）依葉正面和葉背面兩個(gè)方向用回形針隨機(jī)固定（如圖3所示）。噴霧結(jié)束后，取回霧滴測(cè)試卡，用自封袋封裝、標(biāo)記。經(jīng)過試驗(yàn)的水敏紙被霧滴潤(rùn)濕后，通過掃描儀處理形成圖像光斑［10］。使用六六山下植?？萍加邢薰咎峁┑慕y(tǒng)計(jì)分析軟件來處理和分析數(shù)據(jù)，得出霧滴附著情況，對(duì)每平方厘米上的霧滴進(jìn)行計(jì)數(shù)，具體如圖4所示。

1.4 試驗(yàn)期間天氣情況

2023年5月29日，天氣晴，西南風(fēng)3級(jí)，溫度為23～25 ℃，相對(duì)濕度為64%～67%。

1.5 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《農(nóng)業(yè)航空作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo) 第1部分：噴灑作業(yè)》（MH/T 1002.1—2016）的相關(guān)指標(biāo)要求，霧滴覆蓋密度是指處理對(duì)象單位面積上的霧滴數(shù)，以每平方厘米的霧滴個(gè)數(shù)表示，霧滴密度在15～20個(gè)/cm2為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［11-12］。

2 結(jié)果與分析

2.1 高度與速度

正交試驗(yàn)選取的無人機(jī)飛行高度分別為4.0 m、4.5 m、5.0 m，飛行速度分別為1.5 m/s、2.0 m/s、2.5 m/s。

在此次試驗(yàn)中，針對(duì)不同高度和速度進(jìn)行了9組試驗(yàn)，并在每組試驗(yàn)的每棵樹上進(jìn)行多次測(cè)試。具體而言，在每個(gè)采樣株的上、中、下3層及葉正面和葉背面2個(gè)方向，分別使用了霧滴測(cè)試卡進(jìn)行試驗(yàn)。再將每組試驗(yàn)的3棵樹的測(cè)量結(jié)果取平均值，并將這些數(shù)據(jù)匯總至表1中?；谶@些數(shù)據(jù)，繪制出多因子柱狀圖，如圖5所示。通過這一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理，各因素之間的關(guān)系得以厘清，并為后續(xù)研究提供有力的依據(jù)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，柑橘無人機(jī)噴藥的飛行高度和速度對(duì)噴藥效果有較大影響。在一定范圍內(nèi)，增加飛行高度和速度有助于提高霧滴覆蓋密度，使其達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。然而，當(dāng)飛行高度和速度繼續(xù)升高時(shí)，霧滴覆蓋密度提升的趨勢(shì)逐漸減弱，甚至出現(xiàn)下降。這說明在選擇飛行高度和速度時(shí)，必須綜合考慮霧滴覆蓋密度達(dá)標(biāo)情況，以實(shí)現(xiàn)作業(yè)效果的最優(yōu)化。

圖5詳細(xì)展示了飛行高度和飛行速度對(duì)樹冠上、中、下層霧滴覆蓋密度的影響。橫坐標(biāo)分別標(biāo)識(shí)飛行高度和飛行速度的變化范圍，縱坐標(biāo)標(biāo)識(shí)樹冠上、中、下層的霧滴覆蓋密度。根據(jù)《農(nóng)業(yè)航空作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo) 第1部分：噴灑作業(yè)》（MH/T 1002.1—2016）的相關(guān)指標(biāo)要求，設(shè)定合格線為y=15（這一數(shù)值代表霧滴覆蓋密度的合格標(biāo)準(zhǔn)）。當(dāng)圖中的縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)大于15時(shí)，認(rèn)定霧滴覆蓋密度達(dá)到了合格水平。以此方法可直觀地了解在不同飛行高度和飛行速度條件下，樹冠各層霧滴覆蓋密度的達(dá)標(biāo)情況。

通過對(duì)圖5的分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)飛行高度為4.0 m、速度為2.0 m/s時(shí)，以及飛行高度為4.5 m、速度為1.5 m/s時(shí)，樹冠各層的霧滴覆蓋密度滿足合格要求。

比較上述2種飛行高度和飛行速度處理下霧滴覆蓋密度方面的差異，可以為噴霧作業(yè)提供更精確的優(yōu)化建議，進(jìn)而提高噴霧效果并降低作業(yè)成本。對(duì)這2組數(shù)據(jù)的詳細(xì)比較有利于從多個(gè)角度審視飛行高度和飛行速度對(duì)柑橘樹冠霧滴覆蓋密度的影響。這將為相關(guān)工作者提供寶貴的參考依據(jù)，以便在實(shí)際噴霧作業(yè)中更科學(xué)地調(diào)整飛行參數(shù)，從而達(dá)到更佳的噴霧效果和更高的作業(yè)效率。

對(duì)圖6、圖7進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在飛行高度為4.0 m，飛行速度為2.0 m/s時(shí)，上層、中層和下層的霧滴覆蓋密度均較高；而在飛行高度為4.5 m，飛行速度為1.5 m/s時(shí)，樹冠上層的霧滴覆蓋密度較高，但中層和下層的霧滴覆蓋密度較低。這表明，在一定范圍內(nèi)，飛行高度對(duì)霧滴覆蓋密度有顯著影響。其次，在飛行速度為2.0 m/s，飛行高度為4.0 m和4.5 m時(shí)，樹冠上層的霧滴覆蓋密度較高，但中層和下層的霧滴覆蓋密度較低。而在飛行速度為2.5 m/s時(shí)，樹冠各層的霧滴覆蓋密度普遍較低。這說明無人機(jī)在高度為4.0 m、速度為2.0 m/s時(shí)作業(yè)，霧滴的均勻性要優(yōu)于高度為4.5 m、速度為1.5 m/s時(shí)作業(yè)。因此，應(yīng)選用飛行高度為4.0 m、飛行速度為2.0 m/s的噴霧作業(yè)參數(shù)。

這些結(jié)果表明，在噴藥過程中，高度和速度的設(shè)置對(duì)于霧滴密度及其在葉背的附著效果具有重要影響。

①噴藥的高度會(huì)影響霧滴的大小和分布。高度越高霧滴越小，因?yàn)橹亓?huì)減小霧滴到達(dá)植物表面之前的影響。然而，過高的噴藥高度可能會(huì)導(dǎo)致霧滴不能穿透葉片內(nèi)部，從而減少其在葉背的附著量。

②噴藥速度決定了霧滴的數(shù)量和大小。噴藥的速度加快會(huì)產(chǎn)生更小的霧滴，但同時(shí)也需要更多的能量。合適的噴霧速度應(yīng)能確保霧滴在到達(dá)植物表面時(shí)仍保持足夠的動(dòng)能，以實(shí)現(xiàn)有效附著。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的環(huán)境因素（如溫度、濕度和風(fēng)速等也會(huì)影響霧滴的分布和在植物表面的停留時(shí)間）合理地調(diào)整飛行高度和速度，以保證噴藥效果的優(yōu)良。同時(shí)，要進(jìn)一步探究其他可能影響霧滴密度附著效果的因素，以便在實(shí)際操作中實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的噴藥效果。

2.2 霧滴粒徑

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，無人機(jī)噴藥技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，特別是在地形復(fù)雜的丘陵山區(qū)，無人機(jī)噴藥技術(shù)能夠有效地解決人工噴藥困難的問題。為了優(yōu)化噴藥效果，針對(duì)丘陵山區(qū)的特定環(huán)境進(jìn)行多組試驗(yàn)，尋找霧滴粒徑的最佳值。

在試驗(yàn)過程中，在保持原有最佳飛行高度和速度的基礎(chǔ)上，采用了5種不同大小的霧滴粒徑（分別為60 μm、80 μm、100 μm、120 μm和140 μm）進(jìn)行多組對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)中，用分析軟件測(cè)試水敏紙的覆蓋范圍和附著效果，由數(shù)據(jù)得出不同霧滴粒徑對(duì)噴藥效果的影響（如表2所示）。

經(jīng)過多次試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，如圖8所示，從霧滴粒徑的角度來看，不同粒徑的霧滴在葉正和葉背位置的噴藥量有所不同。在所有粒徑中，80 μm的霧滴在葉片正面位置的噴藥量最大，達(dá)到60.86個(gè)/cm2，而在葉背位置的噴藥量最低，為35.62個(gè)/cm2。在丘陵山區(qū)的特定環(huán)境下，得出無人機(jī)噴藥飛行參數(shù)中霧滴粒徑的最佳值，即在霧滴粒徑為80 μm的情況下，藥物的覆蓋范圍適當(dāng)，附著效果良好。

2.3 噴灑行距

采用3種不同大小的噴灑行距進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，分別為4.0 m、5.0 m和6.0 m。在試驗(yàn)過程中，在保持無人機(jī)飛行高度、飛行速度和霧滴粒徑保持不變的前提下進(jìn)行了3組試驗(yàn)，分別對(duì)不同噴灑行距下的藥劑覆蓋范圍、附著效果進(jìn)行了觀察和比較，如圖9和表3所示。

對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，噴灑行距對(duì)覆蓋范圍有顯著影響。在一定范圍內(nèi)，噴灑行距越大，覆蓋范圍越廣。但是當(dāng)噴灑行距過大時(shí)，覆蓋范圍增加趨勢(shì)減緩，甚至出現(xiàn)覆蓋不均勻的現(xiàn)象。隨著噴灑行距的增大，霧滴在葉片正面的附著效果略有增大，在葉背的附著效果逐漸減弱。當(dāng)噴灑行距達(dá)到6.0 m時(shí)，在葉片正面和葉背都出現(xiàn)附著力下降的現(xiàn)象。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在飛行高度、速度和霧滴粒徑不變的情況下，噴灑行距為4.0 m時(shí)，附著效果最佳。從噴灑位置的角度來看，不同層次的噴藥量有所不同。通常情況下，上層噴藥量較高，下層噴藥量較低。這可能是因?yàn)樗巹┰陲w行過程中受到重力作用，較重的藥劑粒子會(huì)沉積在較低的位置，導(dǎo)致下層噴藥量較少。在葉片正面和葉背位置，噴藥量也有所差異。葉片正面位置噴藥量普遍較高，葉背位置噴藥量普遍較低，這可能是因?yàn)槿~背受到葉片阻擋及無人機(jī)的風(fēng)力沒有使葉片翻轉(zhuǎn)所致。

2.4 分析

2.4.1 飛機(jī)產(chǎn)生的氣流對(duì)霧滴覆蓋密度的影響

飛機(jī)產(chǎn)生的氣流對(duì)霧滴覆蓋密度的影響主要表現(xiàn)在來流和側(cè)風(fēng)等環(huán)境風(fēng)速。飛機(jī)在飛行過程中產(chǎn)生的氣流會(huì)對(duì)樹冠層產(chǎn)生擾動(dòng)，使得霧滴在樹冠層的分布變得更加均勻。這有助于提高霧滴覆蓋密度，從而提高噴霧效果。飛機(jī)產(chǎn)生的氣流會(huì)干擾霧滴的沉積過程，使得部分霧滴無法直接沉積在樹冠表面，而是隨著氣流飄散。這會(huì)降低霧滴覆蓋密度，從而影響噴霧效果。飛機(jī)產(chǎn)生的氣流會(huì)對(duì)霧滴產(chǎn)生剪切作用，使得霧滴尺寸發(fā)生變化。氣流越大，霧滴越容易被撕裂，導(dǎo)致霧滴尺寸變小。霧滴尺寸的變化會(huì)直接影響到霧滴覆蓋密度。

無人機(jī)產(chǎn)生的氣流對(duì)霧滴覆蓋密度的影響主要取決于氣流的穩(wěn)定性和速度。氣流穩(wěn)定性對(duì)于霧滴的均勻分布至關(guān)重要。如果氣流不穩(wěn)定，霧滴可能會(huì)在無人機(jī)周圍飄散，導(dǎo)致覆蓋密度降低。而穩(wěn)定的氣流可以保證霧滴在預(yù)設(shè)的區(qū)域內(nèi)均勻沉降，提高覆蓋密度。氣流速度也會(huì)影響霧滴覆蓋密度。如果氣流速度過快，霧滴可能會(huì)被氣流帶走，無法有效沉降在目標(biāo)區(qū)域，導(dǎo)致覆蓋密度降低。而適當(dāng)降低氣流速度，可以讓霧滴有足夠的時(shí)間在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)沉降，提高覆蓋密度。

當(dāng)植保無人機(jī)進(jìn)行飛行作業(yè)時(shí)，來流會(huì)對(duì)無人機(jī)下洗風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響，使其出現(xiàn)漩渦。而來流速度對(duì)機(jī)身正下方流場(chǎng)的影響要比其對(duì)旋翼正下方流場(chǎng)的影響更為顯著。此外，側(cè)風(fēng)也會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)下洗風(fēng)場(chǎng)出現(xiàn)較大的漩渦，從而降低下洗風(fēng)場(chǎng)的穩(wěn)定性。在兩側(cè)旋翼正下方對(duì)稱布置噴嘴的情況下，可以提高霧滴沉積的均勻性。但是，來流會(huì)對(duì)霧滴產(chǎn)生卷積作用，使得霧滴飄移量隨著來流速度的增加而增大。

2.4.2 無人機(jī)飛行高度對(duì)霧滴覆蓋密度的影響

無人機(jī)飛行高度較低時(shí)，霧滴覆蓋范圍較小，飛行高度增加時(shí)，霧滴覆蓋范圍會(huì)逐漸擴(kuò)大。當(dāng)飛行高度達(dá)到一定值后，霧滴覆蓋范圍不再明顯增加，這是因?yàn)殪F滴在空中擴(kuò)散受限，無法覆蓋更遠(yuǎn)的距離。

飛行高度較低時(shí)，無人機(jī)速度較快，霧滴在空中停留時(shí)間較短，沉積速度較快。隨著飛行高度的增加，無人機(jī)速度減慢，霧滴在空中停留時(shí)間較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致沉積速度減慢。

在適宜的飛行高度范圍內(nèi)，隨著飛行高度的增加，霧滴分布的均勻性逐漸提高。然而，當(dāng)飛行高度過高時(shí)，霧滴在空中停留時(shí)間過長(zhǎng)，容易受到風(fēng)場(chǎng)影響，導(dǎo)致霧滴分布不均勻。

2.4.3 無人機(jī)飛行速度對(duì)霧滴覆蓋密度的影響

無人機(jī)飛行速度較快時(shí)，霧滴在空中停留時(shí)間較短，覆蓋范圍相對(duì)較小。隨著飛行速度的降低，霧滴在空中停留時(shí)間較長(zhǎng)，覆蓋范圍逐漸擴(kuò)大。

飛行速度較高時(shí)，無人機(jī)噴灑的霧滴在單位時(shí)間內(nèi)覆蓋的面積較大，沉積速度較快。而當(dāng)飛行速度較低時(shí)，霧滴沉積速度較慢。

在一定范圍內(nèi)，無人機(jī)飛行速度增加，霧滴覆蓋密度會(huì)增加。這是因?yàn)檩^快的飛行速度可以使霧滴更迅速地覆蓋目標(biāo)區(qū)域，從而提高覆蓋密度。然而，當(dāng)飛行速度過高時(shí)，霧滴可能會(huì)受風(fēng)速等因素影響，導(dǎo)致覆蓋密度降低。

2.4.4 無人機(jī)霧滴粒徑對(duì)霧滴覆蓋密度的影響

較小的霧滴粒徑能夠提供更多的霧滴數(shù)量，從而在單位面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的覆蓋密度。相反，較大的霧滴粒徑會(huì)減少單位面積內(nèi)的霧滴數(shù)量，導(dǎo)致覆蓋密度較低。

較大的霧滴粒徑由于存在更大的質(zhì)量和慣性，相對(duì)于較小的霧滴粒徑在空中停留時(shí)間較長(zhǎng)，無人機(jī)可以在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)更好地控制較大霧滴的下落位置，進(jìn)一步提高覆蓋密度。但霧滴的粒徑過大，其穿透力就會(huì)相對(duì)較弱，可能無法有效穿透柑橘樹冠層的葉片，藥液就無法達(dá)到預(yù)期的靶標(biāo)位置，從而影響了噴藥的效果。

2.4.5 無人機(jī)噴灑行距對(duì)霧滴覆蓋密度的影響

行距設(shè)置過窄會(huì)導(dǎo)致覆蓋的面積減少，進(jìn)而影響霧滴覆蓋密度。反之，如果行距設(shè)置過寬，會(huì)增加覆蓋面積，但可能降低霧滴的沉積效率。

無人機(jī)在噴灑過程中不能準(zhǔn)確控制行距，可能會(huì)導(dǎo)致霧滴在目標(biāo)區(qū)域分布不均，進(jìn)而影響霧滴覆蓋密度。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

3.1.1 高度

柑橘樹的高度通常為2.8～3.0 m，因此無人機(jī)的飛行高度為4.0 m，可以使得藥劑噴灑范圍更廣，覆蓋面積更大，可以在保證藥劑覆蓋柑橘樹的同時(shí)，避免受無人機(jī)自身風(fēng)速的影響。在無人機(jī)噴藥過程中，飛行高度對(duì)霧滴覆蓋密度具有顯著影響。如果飛行高度過大，則風(fēng)場(chǎng)的下壓穿透力減弱，會(huì)導(dǎo)致藥液到達(dá)下層的時(shí)間延長(zhǎng)，藥液漂移增加，從而使得下層霧滴覆蓋密度不足。若飛行高度過小，則有效噴幅無法完全覆蓋樹體冠層，可能導(dǎo)致局部漏噴，進(jìn)而使得霧滴分布不均勻。因此，合理設(shè)置飛行高度對(duì)保證噴藥效果至關(guān)重要。

3.1.2 速度

飛行速度為2.0 m/s可以保證無人機(jī)在噴藥時(shí)穩(wěn)定性好，同時(shí)也可以避免藥劑在空氣中飄散太遠(yuǎn)，減少環(huán)境污染和對(duì)非靶標(biāo)生物的影響。如果飛行速度過快，則藥液在噴灑過程中可能會(huì)被風(fēng)吹散，導(dǎo)致霧滴覆蓋密度不足，影響噴藥的覆蓋面積和均勻性。而飛行速度過慢，雖然可以提高藥液的覆蓋均勻性，但同時(shí)也會(huì)增加無人機(jī)作業(yè)的時(shí)間和能耗，影響作業(yè)效率。

3.1.3 霧滴粒徑

80 μm的霧滴粒徑可以在保證藥劑附著在柑橘葉面的同時(shí)，避免藥劑在葉面上的過度聚集，減少對(duì)柑橘樹的傷害。霧滴粒徑過大，霧滴的穿透力較弱，可能無法有效穿透柑橘樹冠層的葉片，使得藥液無法達(dá)到靶標(biāo)，從而影響噴藥效果。而如果霧滴粒徑過小，則容易在柑橘葉面上形成大量的藥劑聚集，導(dǎo)致藥劑附著不均勻，影響噴藥效果。

3.1.4 噴灑行距

噴灑行距為4.0 m可以保證藥劑噴灑到整個(gè)作物區(qū)域，提高噴藥的均勻性，同時(shí)也可以避免藥劑的浪費(fèi)。

3.2 討論

此研究針對(duì)云南省玉溪市丘陵山區(qū)的地理特點(diǎn)，開展了柑橘無人機(jī)噴藥試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳盡分析。研究的目標(biāo)在于尋找合理的飛行參數(shù)組合，以提高噴藥效果、減少藥物浪費(fèi)并保護(hù)環(huán)境。技術(shù)人員根據(jù)研究結(jié)果，可以進(jìn)一步優(yōu)化無人機(jī)噴藥技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。此外，這些成果也將對(duì)我國(guó)丘陵山區(qū)無人機(jī)噴藥技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用，助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和智能化。

此研究以柑橘類果樹為試驗(yàn)對(duì)象，通過對(duì)飛行參數(shù)的深入優(yōu)化分析，成功實(shí)現(xiàn)了噴藥效果和工作效率的雙重提升。在飛行高度、飛行速度等關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整方面，進(jìn)行了深入探討，旨在為實(shí)際噴藥作業(yè)提供更科學(xué)、更具針對(duì)性的指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，還挖掘了潛在的飛行參數(shù)調(diào)整策略，為實(shí)現(xiàn)更高效的噴藥效果和更好的經(jīng)濟(jì)性奠定了基礎(chǔ)。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（32160420）；云南省重大科技專項(xiàng)（202202AE09002103）；云南省農(nóng)林聯(lián)合專項(xiàng)（202301BD070001-172）；2023年中央農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金。

作者簡(jiǎn)介：李華鳳（1978—），女，本科，助理獸醫(yī)師，研究方向：動(dòng)物疫病預(yù)防與控制。