植保無(wú)人機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)新疆地區(qū)棉花冠層霧滴沉積分布的影響

摘要：

為探究新疆棉區(qū)植保無(wú)人機(jī)在棉花中后期的田間作業(yè)關(guān)鍵操作技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)植保無(wú)人機(jī)不同作業(yè)參數(shù)對(duì)棉花冠層霧滴沉積分布影響的試驗(yàn)。以特定水溶液代替農(nóng)藥，利用四旋翼電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)對(duì)棉花冠層進(jìn)行噴施作業(yè)，通過(guò)水敏試紙進(jìn)行霧滴采集，并使用圖像處理軟件Depositscan分析霧滴沉積數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：試驗(yàn)的霧滴沉積分布趨勢(shì)均相似，噴幅范圍內(nèi)的霧滴沉積大致為正態(tài)分布，受環(huán)境風(fēng)速影響，霧滴向無(wú)人機(jī)右側(cè)飄移并沉積；利用霧滴沉積量變異系數(shù)分析可知，植保無(wú)人機(jī)飛行航線方向的霧滴沉積分布效果比兩翼方向更加穩(wěn)定；結(jié)合霧滴沉積均勻性和顯著性分析可知，該植保無(wú)人機(jī)最佳噴灑效果的作業(yè)參數(shù)組合：飛行速度為4m/s、飛行高度為2.5m、噴灑流量為4.05L/min；飛行速度、飛行高度對(duì)噴幅范圍內(nèi)霧滴沉積均勻性、霧滴沉積量均影響顯著。

關(guān)鍵詞：棉花；植保無(wú)人機(jī)；作業(yè)參數(shù)；霧滴沉積；精準(zhǔn)噴施

中圖分類(lèi)號(hào)：S252

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-5553 （2025） 03-0064-07

收稿日期：2023年9月28日" 修回日期：2023年11月22日*

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)天山英才——科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（2022TSYCLJ0044）;天山創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)——機(jī)器人及智能裝備技術(shù)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2022D14002）

第一作者：唐虎，男，1998年生，四川資陽(yáng)人，碩士研究生；研究方向?yàn)檗r(nóng)牧機(jī)器人及智能裝備工程。E-mail： 2245713465@qq.com

通訊作者：許燕，女，1975年生，烏魯木齊人，博士，教授，博導(dǎo)；研究方向?yàn)檗r(nóng)牧機(jī)器人及智能裝備工程。E-mail： lilixiu_z@163.com

Effects of operational parameters of plant protection UAVs on droplet deposition

distribution in cotton canopy in Xinjiang

Tang Hu1， Xu Yan1， 2， Yang Bingbing1， Zhou Jianping1， 2

（1. School of Mechanical Engineering， Xinjiang University， Urumqi， 830017， China； 2. Xinjiang Uygur Autonomous

Region Agricultural Robot and Intelligent Equipment Engineering Research Center， Urumqi， 830017， China）

Abstract：

To explore the key operational parameters for plant protection UAVs in the middle and late stages of cotton field operations in Xinjiang， this paper designs an experiment to study the effects of different operational parameters of plant protection UAVs on droplet deposition distribution in cotton canopy. In this experiment， a specific aqueous solution is used as a substitute for pesticides， and the quadrotor electric plant protection UAV is employed for spraying operations. The droplets are collected by water-sensitive test paper， and the droplet deposition data are analyzed by the image processing software Depositscan. The results show that the distribution trend of droplet deposition in this experiment is similar， and the droplet deposition within the spray range follows a roughly normal distribution with environmental wind speed causing droplet drift and deposition to the UAV’s right side. Analysis of the coefficient of variation of droplet deposition finds that distribution along the UAV’s flight path is more stable compared with its wings. Combined with the uniformity and significance analysis of droplet deposition， it can be seen that the optimal operational parameters for the UAV are flight speed of 4m/s， a flight height of 2.5m， and a spraying flow rate of 4.05 L/min. Both the flight speed and flight height have a significant effect on the uniformity and amount of droplet deposition within the spray range.

Keywords：

cotton; plant protection UAVs; operational parameters; droplet deposition; precision spray

0 引言

棉花是中國(guó)主要經(jīng)濟(jì)作物和紡織工業(yè)重要的原料。新疆棉花常年種植面積為2700khm2，年產(chǎn)量5000kt左右，是中國(guó)最大的產(chǎn)棉區(qū)［1］，新疆棉花的產(chǎn)量直接影響著邊疆的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和棉戶的收入。據(jù)資料，危害新疆棉花正常生長(zhǎng)的病蟲(chóng)害種類(lèi)高達(dá)300多種，造成棉花經(jīng)濟(jì)損失達(dá)10%～15%［2］。棉花病蟲(chóng)害的頻繁發(fā)生，已成為制約我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素。由于我國(guó)新疆地區(qū)的棉花普遍采用矮化密植種植模式，導(dǎo)致棉花生物量較高，為棉花各類(lèi)害蟲(chóng)提供豐富的食源和棲息庇護(hù)地，特別是棉花在花期后枝葉繁茂，不利于常規(guī)機(jī)械作業(yè)，導(dǎo)致棉花的病蟲(chóng)害防治效果費(fèi)工費(fèi)時(shí)［3］。

近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)迅速發(fā)展，植保機(jī)械噴施農(nóng)藥漸漸成為防治病蟲(chóng)害、節(jié)約農(nóng)業(yè)資源的重要手段。近年來(lái)，我國(guó)植保機(jī)械迅速發(fā)展，但與美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家植保機(jī)械技術(shù)相比還處于落后狀態(tài)。植保無(wú)人機(jī)作為一種新型的植保機(jī)械，具有作業(yè)效率高、成本低等特點(diǎn)。并且植保無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下洗風(fēng)場(chǎng)可增強(qiáng)霧滴在作物冠層中的穿透性，提高霧滴沉積效果，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)施藥機(jī)械及人工作業(yè)的不足，成為農(nóng)業(yè)植保作業(yè)的首選方式。

霧滴在目標(biāo)作物上的沉積效果是評(píng)價(jià)植保機(jī)械作業(yè)效果的重要指標(biāo)［4］，同時(shí)霧滴的沉積效果也是科研人員和農(nóng)民最關(guān)心的問(wèn)題。因此，相關(guān)科研人員針對(duì)植保無(wú)人機(jī)的霧滴沉積效果逐漸開(kāi)展相關(guān)研究［5］。陳盛德等［6］通過(guò)改變HY-B-10L型單旋翼植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)參數(shù)，探究3種不同作業(yè)參數(shù)對(duì)水稻冠層的霧滴沉積分布的影響。張京等［7］利用紅外熱像儀檢測(cè)植保無(wú)人機(jī)噴霧作業(yè)前后水稻冠層溫度的變化規(guī)律，探究了飛行高度、飛行速度等參數(shù)對(duì)水稻不同冠層霧滴沉積規(guī)律的影響。胡紅巖等［8， 9］探究了植保無(wú)人機(jī)不同施藥量和噴灑流量的作業(yè)參數(shù)工況下，棉花冠層的霧滴沉積分布規(guī)律。目前，針對(duì)棉花的植保無(wú)人機(jī)霧滴沉積分布規(guī)律雖有研究，但對(duì)我國(guó)最大產(chǎn)棉區(qū)新疆地區(qū)的棉花，鮮有科研人員對(duì)其植保無(wú)人機(jī)噴灑效果進(jìn)行探究。

目前國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)種類(lèi)繁多，按動(dòng)力源分為油動(dòng)、電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)；按旋翼數(shù)量可分為單旋翼、多旋翼植保無(wú)人機(jī)等。由于不同類(lèi)型的植保無(wú)人機(jī)機(jī)身構(gòu)造多種多樣，并且對(duì)作業(yè)參數(shù)的要求也不盡相同，為推廣植保無(wú)人機(jī)作業(yè)，本文通過(guò)田間試驗(yàn)的方法，優(yōu)選出植保無(wú)人機(jī)的最佳作業(yè)參數(shù)。以四旋翼電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)為例，通過(guò)改變作業(yè)參數(shù)進(jìn)行棉花田間噴霧試驗(yàn)，針對(duì)植保無(wú)人機(jī)的不同作業(yè)參數(shù)（飛行高度、飛行速度、噴灑流量），利用三因素三水平正交試驗(yàn)方法［10］，對(duì)農(nóng)藥在棉花冠層的霧滴沉積分布規(guī)律以及均勻性進(jìn)行研究，并提出植保無(wú)人機(jī)對(duì)棉花冠層植保作業(yè)的最佳作業(yè)參數(shù)，進(jìn)一步提高植保無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)噴施作業(yè)水平。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

試驗(yàn)器材包括植保無(wú)人機(jī)、風(fēng)速儀、數(shù)字溫濕度表和水敏試紙等。噴霧作業(yè)采用極目EA-30X型四旋翼電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)，噴霧現(xiàn)場(chǎng)以及棉花冠層中的水敏試紙布置如圖1所示，植保無(wú)人機(jī)的主要性能指標(biāo)如表1所示。極目EA-30X型四旋翼電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)采用兩個(gè)雙峰彌霧噴頭CCMS-L20000，10L/min大流量水泵，利用無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下洗風(fēng)場(chǎng)可加速促使霧滴進(jìn)入目標(biāo)作物冠層內(nèi)部，覆蓋目標(biāo)作物葉片的正反兩面，可提高霧滴穿透性以及農(nóng)藥利用率。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地位于新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州昌吉市新戶村（87.041°E、44.127°N），試驗(yàn)地為棉花田，地勢(shì)平坦，棉花行距為0.6m，棉花長(zhǎng)勢(shì)均勻一致。田間試驗(yàn)時(shí)，以特定水溶液（0.5%的棉花專(zhuān)用葉面肥）代替農(nóng)藥模擬正常施藥。試驗(yàn)時(shí)間為2023年8月18日，棉花生長(zhǎng)期為花鈴期，葉片茂密，棉花平均株高為90cm。試驗(yàn)期間，環(huán)境平均溫度為28℃，濕度為37%，平均風(fēng)速為1.4m/s。

1.2.1 采樣點(diǎn)布置與作業(yè)航向

無(wú)人機(jī)沿棉花種植行向植保作業(yè)。如圖2所示，試驗(yàn)區(qū)域布置3條采樣帶，采樣帶間距為6m，采樣帶的采樣點(diǎn)布置在棉花頂端處，一共布置7個(gè)采樣點(diǎn)。其采樣點(diǎn)均對(duì)稱(chēng)于無(wú)人機(jī)航向布置，采樣點(diǎn)間距1m。其中以無(wú)人機(jī)飛行航向最左側(cè)的棉花作為第1個(gè)采樣點(diǎn)，依次編號(hào)為1號(hào)～7號(hào)，以第4株棉花為航向中心，使用回形針將尺寸為3.5cm×5.5cm的水敏試紙固定在棉花葉片上，用于收集霧滴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，箭頭方向?yàn)闊o(wú)人機(jī)實(shí)際作業(yè)方向。

1.2.2 作業(yè)參數(shù)

如表2、表3所示，為研究四旋翼電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)不同作業(yè)參數(shù)的霧滴沉積分布規(guī)律，試驗(yàn)選取飛行速度、飛行高度、噴灑流量3個(gè)因素，進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)，共9個(gè)試驗(yàn)處理。

1.3 數(shù)據(jù)采集與處理

每次試驗(yàn)結(jié)束，待水敏試紙表面的霧滴干燥后，將水敏試紙收集于密封袋內(nèi)密封并編號(hào)，帶回室內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。將收集的水敏試紙逐一使用掃描儀掃描，利用圖像處理軟件DepositScan對(duì)掃描所得的圖像進(jìn)行分析，得到不同作業(yè)參數(shù)下霧滴的密度、沉積量等參數(shù)［11］，再采用SPSS軟件進(jìn)行不同因素相關(guān)性分析。

為表征試驗(yàn)中各采樣點(diǎn)之間霧滴沉積均勻性，利用變異系數(shù)（CV）來(lái)衡量試驗(yàn)中各采樣點(diǎn)之間的霧滴沉積均勻性［12］。其中變異系數(shù)越大，則表示該組處理不同采樣點(diǎn)的均勻性越差；變異系數(shù)越小，則表示該組處理不同采樣點(diǎn)的均勻性越好。變異系數(shù)計(jì)算如式（1）所示。

CV=SX-×100%

（1）

S=∑ni=1（Xi-X-）2n-1

（2）

式中： S——同組試驗(yàn)采集樣本標(biāo)準(zhǔn)差；

X-——

各組試驗(yàn)采集濃度平均值，μL/cm2；

Xi——

各采集點(diǎn)沉積濃度，μL/cm2；

n——各組試驗(yàn)采集點(diǎn)個(gè)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 霧滴沉積分布特性

按照正交試驗(yàn)方案對(duì)每組試驗(yàn)的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行處理。為減少田間試驗(yàn)誤差，試驗(yàn)中所有采樣點(diǎn)的霧滴沉積量以及霧滴覆蓋率均采用3條采樣帶的均值表示，并通過(guò)SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，圖3為9組試驗(yàn)的霧滴沉積分布圖。圖3中橫坐標(biāo)表示采樣帶中等距布置的１號(hào)～７號(hào)采樣點(diǎn)的位置，左邊縱坐標(biāo)表示3條采樣帶上同一采樣點(diǎn)霧滴沉積量的平均值，右邊縱坐標(biāo)表示3條采樣帶上同一采樣點(diǎn)霧滴覆蓋率的平均值。

從圖3可以看出，植保無(wú)人機(jī)噴幅范圍內(nèi)霧滴沉積量以及霧滴覆蓋率的數(shù)據(jù)分布趨勢(shì)相似，兩數(shù)據(jù)均大致呈現(xiàn)正態(tài)分布。通過(guò)對(duì)比9組試驗(yàn)可知，試驗(yàn)處理A1B2C2的飛行速度最低，飛行高度與噴灑流量均為中等水平，但霧滴沉積量以及霧滴覆蓋率在采樣點(diǎn)4（航向中心）的位置呈斷崖式聚集，通過(guò)參考陳盛德［13］研究旋翼下洗風(fēng)場(chǎng)對(duì)霧滴沉積的影響可知，無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下洗風(fēng)場(chǎng)對(duì)霧滴有極強(qiáng)的驅(qū)使性，促使霧滴快速直接到達(dá)目標(biāo)作物，減少霧滴的飄移，從而使霧滴在采樣點(diǎn)4的位置出現(xiàn)斷崖式聚集。對(duì)比試驗(yàn)處理A1B2C2、A2B2C3、A3B2C1可知，在飛行高度相同時(shí)，噴幅范圍內(nèi)采樣點(diǎn)的霧滴沉積量呈現(xiàn)因飛行速度增加而減少以及左右分散的趨勢(shì)，比較曹勝男等［14］研究作業(yè)參數(shù)對(duì)霧滴沉積特性的影響關(guān)系可知，當(dāng)植保無(wú)人機(jī)的飛行速度逐漸增加時(shí)，噴幅區(qū)域內(nèi)的噴灑流量會(huì)隨之減少；對(duì)比胡聰旭［15］研究前飛來(lái)流對(duì)植保無(wú)人機(jī)下洗流場(chǎng)影響可知，霧滴沉積量呈現(xiàn)左右分散的原因是植保無(wú)人機(jī)飛行高度不變時(shí)，隨飛行速度增加，植保無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下洗流場(chǎng)傾斜角度增大，使霧滴受到垂直方向的力持續(xù)減小，導(dǎo)致霧滴沉積量呈現(xiàn)左右分散的現(xiàn)象。根據(jù)楊風(fēng)波［16］對(duì)植保無(wú)人機(jī)下洗氣流對(duì)霧滴運(yùn)動(dòng)影響的仿真與試驗(yàn)研究可知，霧滴的沉積分布應(yīng)呈現(xiàn)左右對(duì)稱(chēng)的規(guī)律，但9組試驗(yàn)處理均出現(xiàn)一定偏差，其中試驗(yàn)處理A2B1C2的3號(hào)采樣點(diǎn)霧滴沉積量均值為0.147μL/cm2，明顯低于5號(hào)采樣點(diǎn)的0.404μL/cm2；試驗(yàn)處理A3B3C2的3號(hào)采樣點(diǎn)霧滴沉積量均值為0.037μL/cm2，明顯低于5號(hào)采樣點(diǎn)的0.223μL/cm2。由環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)可知，在進(jìn)行田間試驗(yàn)處理A2B1C2、A3B3C2時(shí)，外界存在1.8m/s的環(huán)境風(fēng)速，從而導(dǎo)致霧滴出現(xiàn)嚴(yán)重飄移現(xiàn)象［17］，揭示外界風(fēng)場(chǎng)對(duì)霧滴沉積分布有較大影響。

2.2 霧滴沉積均勻性與顯著性分析

為更全面地分析霧滴沉積分布的均勻性，從整體區(qū)域、植保無(wú)人機(jī)兩翼方向以及植保無(wú)人機(jī)飛行航線方向試驗(yàn)分析3個(gè)方面進(jìn)行。如表４所示，整體區(qū)域變異系數(shù)的計(jì)算取每次試驗(yàn)所有采樣點(diǎn)的集合；在植保無(wú)人機(jī)兩翼方向，以每次試驗(yàn)的行采樣點(diǎn)霧滴沉積量的均值作為一個(gè)集合，且以采樣點(diǎn)的行數(shù)作為數(shù)據(jù)量；在植保無(wú)人機(jī)航線方向，以每次試驗(yàn)的列采樣點(diǎn)霧滴沉積量的均值作為一個(gè)集合，且以采樣點(diǎn)的列數(shù)作為數(shù)據(jù)量［18］。

利用變異系數(shù)大小衡量棉花冠層霧滴沉積分布的均勻性［19］，由表4可知，田間試驗(yàn)中，整體區(qū)域的霧滴沉積量變異系數(shù)平均值為119.9%，最大值為189.6%，植保無(wú)人機(jī)飛行航線方向的霧滴沉積分布效果比兩翼方向更加穩(wěn)定。試驗(yàn)處理3～7組，整體區(qū)域、飛行航線方向、兩翼方向的變異系數(shù)平均值分別為94.9%、7.9%、97.9%，比試驗(yàn)1、2、8、9組低151.2%、14.8%、154.2%。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因：試驗(yàn)1、2組中的植保無(wú)人機(jī)飛行高度、速度較低造成的，試驗(yàn)中植保無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下洗風(fēng)場(chǎng)與棉株之間產(chǎn)生較強(qiáng)的紊流風(fēng)場(chǎng)，導(dǎo)致霧滴不能均勻沉積在棉花冠層；試驗(yàn)8可能是由于飛行速度較快、噴灑流量較低，導(dǎo)致產(chǎn)生的下洗氣流較弱以及霧滴量少，造成霧滴沉積量較少與不均勻；試驗(yàn)9組中，環(huán)境風(fēng)速較大，粒徑較小的霧滴隨風(fēng)飄移出采樣區(qū)，導(dǎo)致霧滴沉積量減少與分布不均勻。根據(jù)霧滴沉積量的變異系數(shù)綜合分析可得，試驗(yàn)5組、試驗(yàn)7組霧滴沉積量的分布相對(duì)其他組較為均勻，為最佳試驗(yàn)組。

由圖4和表5可知，9組試驗(yàn)處理的霧滴沉積密度分布情況。圖4中每組試驗(yàn)均按照以上正交試驗(yàn)方案對(duì)每組試驗(yàn)的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行處理，各個(gè)采樣點(diǎn)用實(shí)際測(cè)得的霧滴沉積密度均值表示，并通過(guò)SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，表5中霧滴沉積密度用每條采樣帶霧滴沉積密度的平均值表示，并用3條采樣帶的平均變異系數(shù)（CV）表示霧滴沉積均勻性?！掇r(nóng)業(yè)航空噴灑作業(yè)質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)》規(guī)定：無(wú)人機(jī)超低容量的植保噴灑作業(yè)時(shí)，目標(biāo)作物的霧滴沉積密度達(dá)到15個(gè)/cm2就可認(rèn)定為有效噴幅［20］。從圖4可以看出，飛行速度為4m/s、飛行高度為2.5m、噴灑流量為4.05L/min時(shí)所有采樣點(diǎn)均達(dá)到有效噴幅標(biāo)準(zhǔn)。并且由表5可知，第5組試驗(yàn)時(shí)，3條采樣帶上的霧滴沉積密度分別為60.84個(gè)/cm2、61.53個(gè)/cm2、59.48個(gè)/cm2，且變異系數(shù)為10.09%，優(yōu)于其他試驗(yàn)組，因此試驗(yàn)5組為本次試驗(yàn)最佳試驗(yàn)組。

使用SPSS軟件對(duì)圖3以及表5的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，從而得到植保無(wú)人機(jī)不同作業(yè)參數(shù)對(duì)霧滴沉積效果的影響顯著性水平，試驗(yàn)分析結(jié)果如表6所示。

由表6可知，植保無(wú)人機(jī)的飛行速度（P=0.017lt;0.05）、飛行高度（P=0.001lt;0.05）、噴灑流量（P=0.001lt;0.05）均對(duì)有效噴幅范圍內(nèi)的霧滴沉積量有顯著影響;其中飛行速度（P=0.003lt;0.05）、飛行高度（P=0.002lt;0.05）對(duì)霧滴沉積均勻性的影響顯著，但噴灑流量（P=0.092gt;0.05）對(duì)有效噴幅范圍內(nèi)霧滴沉積分布均勻性的影響不顯著。

2.3 霧滴粒徑分布

圖5為極目EA-30X型植保無(wú)人機(jī)田間試驗(yàn)中不同采樣點(diǎn)霧滴的平均粒徑分布情況。其中霧滴體積中值直徑（VMD）為110～180μm，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知［21］，霧滴粒徑（DV）符合低容量航空噴灑條件下的最佳霧滴粒徑尺寸（101～200μm）;霧滴粒徑的分布近似于正態(tài)分布，大粒徑霧滴大都位于植保無(wú)人機(jī)飛行航線中心位置。該現(xiàn)象的主要原因是較小粒徑的霧滴比大粒徑霧滴更容易受到環(huán)境風(fēng)速的影響，從而向無(wú)人機(jī)航向兩側(cè)飄移。從圖5可知，不同采樣點(diǎn)的相同霧滴體積直徑變化較小，體現(xiàn)出彌霧噴頭對(duì)霧滴粒徑大小的可控優(yōu)勢(shì)。

3 討論

影響植保無(wú)人機(jī)噴灑效果的因素較多，其中飛行參數(shù)、環(huán)境因素、作業(yè)對(duì)象等是影響霧滴沉積分布規(guī)律的主要因素。通過(guò)改變植保無(wú)人機(jī)作業(yè)參數(shù)，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)方案，探究植保無(wú)人機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)棉花冠層霧滴沉積分布的影響。

試驗(yàn)對(duì)象為新疆地區(qū)的中后期棉花，田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)植保無(wú)人機(jī)飛行高度、飛行速度對(duì)棉花冠層的霧滴沉積分布均勻性和沉積量有顯著影響。飛行高度一定時(shí)，隨著植保無(wú)人機(jī)飛行速度增加，有效噴幅范圍內(nèi)的霧滴沉積量會(huì)逐漸減少；飛行高度較低時(shí)，植保無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下洗風(fēng)場(chǎng)過(guò)大，霧滴集中沉積在無(wú)人機(jī)正下方，從而導(dǎo)致植保無(wú)人機(jī)有效噴幅變窄。石鑫等［22］研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)風(fēng)速度和飛行高度對(duì)霧滴飄移影響顯著，其中側(cè)風(fēng)速度是影響霧滴飄移以及造成霧滴沉積分布不均勻的主要因素。試驗(yàn)處理A2B1C2、A3B3C2時(shí)，由于環(huán)境風(fēng)速的影響，導(dǎo)致小粒徑霧滴向無(wú)人機(jī)右側(cè)發(fā)生飄移并沉積，試驗(yàn)結(jié)果與上述側(cè)風(fēng)速度會(huì)影響霧滴飄移以及造成霧滴沉積分布不均勻的結(jié)論基本一致。

首先，在進(jìn)行田間試驗(yàn)時(shí)，為防止植保無(wú)人機(jī)以試驗(yàn)設(shè)計(jì)的作業(yè)參數(shù)噴施農(nóng)藥對(duì)棉花生長(zhǎng)產(chǎn)生危害，以特定水溶液（0.5%的棉花專(zhuān)用葉面肥）代替農(nóng)藥模擬正常施藥。但植保無(wú)人機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)，噴灑的農(nóng)藥種類(lèi)繁多，不同農(nóng)藥的表面張力、與目標(biāo)作物的接觸角等物理性質(zhì)不盡相同。因此，后續(xù)研究還應(yīng)考慮不同種類(lèi)農(nóng)藥對(duì)霧滴沉積效果的影響。其次，在探究植保無(wú)人機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)棉花冠層霧滴沉積分布規(guī)律的影響時(shí)，分析植保無(wú)人機(jī)下洗風(fēng)場(chǎng)和環(huán)境風(fēng)速對(duì)霧滴沉積分布的影響。由于植保無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)，產(chǎn)生的霧滴粒徑普遍較小，從噴頭到達(dá)目標(biāo)作物的過(guò)程中，極易受到環(huán)境風(fēng)速的影響發(fā)生飄移，導(dǎo)致農(nóng)藥的利用率低并對(duì)環(huán)境造成污染。因此，可適當(dāng)在植保藥液中加入一定的噴霧助劑，提高霧滴防飄能力。最后，試驗(yàn)結(jié)果可為植保無(wú)人機(jī)在新疆地區(qū)中后期棉花田間噴灑作業(yè)參數(shù)的選擇提供參考，但在實(shí)際田間作業(yè)時(shí)，除了考慮合適的作業(yè)參數(shù)，還應(yīng)考慮目標(biāo)作物、施藥種類(lèi)、氣象因素等因素對(duì)霧滴沉積分布的影響，提高植保無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)噴施作業(yè)水平。

4 結(jié)論

以植保無(wú)人機(jī)為作業(yè)平臺(tái)，以新疆地區(qū)中后期的棉花為試驗(yàn)對(duì)象，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，利用Depositscan軟件分析霧滴沉積數(shù)據(jù)，通過(guò)霧滴沉積密度、沉積量等指標(biāo)評(píng)價(jià)植保無(wú)人機(jī)作業(yè)質(zhì)量，并使用變異系數(shù)探究影響霧滴沉積效果的顯著因素。

1） 從霧滴沉積分布特性分析可知，噴幅范圍內(nèi)的棉花冠層霧滴沉積大致呈正態(tài)分布；植保無(wú)人機(jī)飛行高度較低時(shí)，旋翼產(chǎn)生的下洗風(fēng)場(chǎng)會(huì)促使霧滴集中沉積在無(wú)人機(jī)正下方，導(dǎo)致植保無(wú)人機(jī)有效噴幅變窄。植保無(wú)人機(jī)的飛行速度為4m/s、飛行高度為2.5m、噴灑流量為4.05L/min時(shí)，3條采樣帶上的霧沉積密度分別為60.84個(gè)/cm2、61.53個(gè)/cm2、59.48個(gè)/cm2，且變異系數(shù)為10.09%，整體區(qū)域、飛行航線方向、兩翼方向的霧滴沉積量變異系數(shù)均值分別為51.8%、7.4%、51.7%，均優(yōu)于其他試驗(yàn)組，綜合評(píng)價(jià)得出試驗(yàn)處理A2B2C3為最佳試驗(yàn)組。

2） 飛行速度、飛行高度對(duì)噴幅范圍內(nèi)霧滴沉積均勻性、霧滴沉積量均有顯著影響，而噴灑流量?jī)H對(duì)霧滴沉積量有顯著影響。并且植保無(wú)人機(jī)飛行高度不應(yīng)太低，飛行高度太低會(huì)極大影響霧滴沉積均勻性。

3） 由于環(huán)境風(fēng)速的影響，霧滴在沉積的過(guò)程中發(fā)生飄移以及霧滴沉積分布不均勻，從而影響植保作業(yè)效果。因此，可適當(dāng)?shù)卦谥脖Ｋ幰褐屑尤胍欢ǖ膰婌F助劑，提高霧滴防飄能力。

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