植保無人飛機低空低容量噴霧技術(shù)應(yīng)用與展望

袁會珠 薛新宇 閆曉靜 秦維彩 孔肖 周洋洋 王明 高賽超

摘要

近十年來，我國植保無人飛機迅猛發(fā)展，應(yīng)用的農(nóng)作物范圍越來越廣，不僅在水稻、小麥、玉米等主要糧食作物得到了應(yīng)用，在橡膠、檳榔等高大植株的病蟲害防治中更有其獨特優(yōu)勢，已經(jīng)初步形成了我國植保無人飛機低空低容量噴霧的噴頭配置、配套藥劑、飛防助劑、作業(yè)參數(shù)等技術(shù)體系，對于重要農(nóng)作物病蟲害如稻縱卷葉螟、水稻紋枯病、小麥蚜蟲、玉米黏蟲等防治效果均在80%以上，在各地病蟲害防控中發(fā)揮了重要作用。但是，植保無人飛機噴霧作業(yè)過程中，還存在炸機或失控、霧滴飄移藥害、藥液分層結(jié)塊、防治效果不穩(wěn)定等問題。通過匯總分析植保無人飛機在重要病蟲草害防治工作的成功經(jīng)驗和安全事故，本文提出植保無人飛機低容量噴霧技術(shù)將會得到更廣泛的應(yīng)用，植保無人飛機專用藥劑和配套助劑、變量施藥、多傳感器數(shù)據(jù)融合、多機協(xié)同、精準施藥、施藥標準和規(guī)范等都將得到長足的發(fā)展，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞

植保無人飛機; 低容量噴霧; 防治效果; 安全風(fēng)險; 應(yīng)用與展望

中圖分類號：

S 252.3

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2018307

Applications and prospects in the unmanned aerial system for

low-altitude and low-volume spray in crop protection

YUAN Huizhu XUE Xinyu YAN Xiaojing QIN Weicai

KONG Xiao ZHOU Yangyang WANG Ming GAO Saichao1

（1. Institute of Plant Protection， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China;

2. Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization， Ministry of Agriculture and

Rural Affairs， Nanjing 210014， China）

Abstract

Over the past ten years， the unmanned aerial system （UAS） for crop protection has been developing rapidly in China and has been used for more and more crops. It has been applied not only to primary food crops such as rice， wheat， corn and so on， but also to long-stalk plants such as rubber and areca for controlling diseases and insect pests. The low-volume application technology of UAS for crop protection has been initially formed in China such as nozzles setup， pesticide products， spray adjuvants， flight parameters. The control effects on diseases and insect pests， including rice leaf roller， rice sheath blight， wheat aphid and corn armyworm， are more than 80%. The UAS plays an important role in the control of diseases and insect pests in different provinces. However， during the spray application of UAS for crop protection， there are still some problems such as the UAS crash， phytotoxicity by droplet drifting， pesticide solution separation and precipitation， and control efficiency instability. Through summarizing and analyzing the successful experience and safety accidents of UAS for plant protection in the control of important diseases， pests and weeds， this paper proposes that the low-volume spray technology of UAS will be more widely applied and it will make great progress in the unmanned aerial vehicle （UAV） in terms of special agents and auxiliary agents， variable dosage， multisensor data fusion， multiple machine synergy， precise application， pesticide product standard and so on. It will provide technical support for the development of modern agriculture and intelligent agriculture.

Key words

unmanned aerial system （UAS） for crop protection; low-volume spray; control effect; risk; application and prospect

化學(xué)防治能夠快速控制病蟲草害，在可預(yù)見的歷史時期內(nèi)，施用農(nóng)藥仍將是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中防病治蟲的重要技術(shù)措施?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，傳統(tǒng)的人工背負植保機械噴霧作業(yè)效率低、勞動強度大，無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要;現(xiàn)代的植保裝備可以顯著提高農(nóng)藥利用率，減輕農(nóng)民的勞動強度，提高工作效率，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保障。

農(nóng)用航空植保最早開始于1911年德國人提出的用飛機噴灑農(nóng)藥控制森林害蟲的計劃。1949年美國開始研制專門用于農(nóng)業(yè)的農(nóng)用飛機，航空噴霧技術(shù)也有了很大的進步，從噴灑量大于30 L/hm2的常規(guī)噴灑，發(fā)展到5～30 L/hm2的低量噴灑，再到小于5 L/hm2的超低量噴灑。1987年，日本最先研制成功農(nóng)用無人直升機，Yamaha公司研制出載藥量20 kg的噴藥無人直升機RMAX-50，經(jīng)過20多年的發(fā)展，據(jù)2015年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，日本已經(jīng)擁有2 799架農(nóng)用無人機，操作人員超過1萬人，植保無人飛機廣泛應(yīng)用于水稻、森林等病蟲害防治，已經(jīng)成為日本最重要的植保技術(shù)措施。

我國航空植保始于20世紀50年代初期至60年代中期，1958年，南昌飛機制造廠生產(chǎn)的運-5投入使用，對我國農(nóng)業(yè)航空的發(fā)展壯大做出了重大貢獻。1963年在小麥病蟲草害的防治上開始采用航空植保作業(yè)。到了20世紀90年代出現(xiàn)了專門為輕型飛機如海燕等配套設(shè)計的農(nóng)藥噴灑設(shè)備，可廣泛用于小麥、棉花等大田農(nóng)作物的病蟲害防治、化學(xué)除草、草原滅蝗、森林害蟲防治以及噴灑植物生長調(diào)節(jié)劑、葉面施肥、棉花落葉劑等。

我國在“863”項目支持下，2008年開始植保無人飛機在農(nóng)業(yè)應(yīng)用的科研工作，研制出我國第一架“Z-3N”型農(nóng)用植保無人飛機，并在江蘇省進行小規(guī)模試驗。十年來，我國植保無人飛機迅猛發(fā)展，安陽全豐、深圳大疆、廣州極飛、北京天途等一大批新型農(nóng)業(yè)航空企業(yè)高歌猛進，植保無人飛機正式進入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。2014年開始，植保無人飛機開始納入國家農(nóng)機補貼試點，服務(wù)作業(yè)量劇增，大量投資開始涌入植保無人飛機市場，已經(jīng)形成生產(chǎn)-銷售-服務(wù)的產(chǎn)業(yè)鏈。2017年，我國植保無人飛機保有量達到13 340架，遠超日本，成為世界第一，植保作業(yè)面積從2013年的不足6.67萬hm2增長到2017年超過467萬hm2次，農(nóng)用無人飛機生產(chǎn)企業(yè)從2010年的不足10家增至2017年的260余家。植保無人飛機產(chǎn)品按照動力類型分為油動、電動、油電混合三種，其中電動的又分為電動六旋翼、電動八旋翼、電動異形等多種類型;按有效載藥液量可分為載荷5、8、10、12、15、16、18、20、25、30、40 L和45 L，其中，70%的無人機載荷在10 L左右。植保無人飛機低容量噴霧防治農(nóng)作物病蟲草害已經(jīng)成為推動統(tǒng)防統(tǒng)治和社會化服務(wù)的重要措施[1]。

1 植保無人飛機噴霧技術(shù)研究回顧

早在2001年，北京一家公司曾引進日本雅馬哈公司生產(chǎn)的RMAX植保無人飛機，筆者當(dāng)時應(yīng)邀觀看了該油動植保無人飛機在北京市昌平區(qū)的飛行噴霧演示，植保無人飛機開始引起國內(nèi)科研部門的關(guān)注。2008年，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所承擔(dān)了國家“863”項目，研制出我國第一架“Z-3N”型農(nóng)用植保無人飛機，開始了我國植保無人飛機在農(nóng)業(yè)應(yīng)用的研究工作。2009年至2012年，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位開始了植保無人飛機在水稻、小麥等作物上病蟲害防治的試驗探索，為我國植保無人飛機發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自2013年開始，我國學(xué)術(shù)期刊開始發(fā)表有關(guān)植保無人飛機的研究論文。

1.1 植保無人飛機噴霧技術(shù)研究論文的時間和地域分析

植保無人飛機噴霧技術(shù)研究文獻的發(fā)展隨著無人機的發(fā)展開始出現(xiàn)。自2013年始，《植物保護》《植物保護學(xué)報》《作物雜志》等專業(yè)學(xué)術(shù)期刊先后發(fā)表了三篇植保無人飛機成功防治小麥吸漿蟲、稻縱卷葉螟、小麥蚜蟲的研究論文。從2015年起，我國植保無人飛機呈井噴式發(fā)展，相關(guān)研究文獻及報道也逐年遞增。從時間維度上看，筆者統(tǒng)計的相關(guān)文獻中，2013-2015年度平均每年有2～3篇報道，2016年有6篇報道，到2017年則快速增加到33篇（圖1），呈現(xiàn)出相關(guān)研究文獻的跨越式發(fā)展。從地域維度上看，植保無人飛機噴霧技術(shù)研究主要集中在新疆、江蘇、江西、河南、安徽、廣東等省份（圖1），與當(dāng)?shù)氐湫妥魑锏姆植济懿豢煞郑@些研究論文主要依托于當(dāng)?shù)卮笾性盒＜翱蒲性核?/p>

1.2 植保無人飛機噴霧技術(shù)研究文獻涉及作物及病蟲害分布

植保無人飛機噴霧技術(shù)研究主要集中在主糧作物。其中，水稻研究占28.57%，小麥占25.00%，玉米占10.71%，棉花作為我國主要的經(jīng)濟作物，相關(guān)研究也占據(jù)19.64%。其他作物主要包括柑橘、辣椒、甘蔗、油菜等蔬菜、果樹和糖料作物等;從防治對象看，目前研究多集中于水稻、棉花、小麥和玉米相關(guān)病蟲害，涉及其常見典型病蟲害，主要有稻飛虱、水稻紋枯病、稻縱卷葉螟、棉蚜、麥蚜、小麥赤霉病、玉米螟等，另外還用于噴灑棉花脫葉劑和麥田除草等（圖2）。

圖1 植保無人飛機噴霧技術(shù)研究文獻發(fā)表時間和地域分布

Fig.1 Published time and regions distribution of literatures about UAV spray technology

圖2 植保無人飛機噴霧技術(shù)研究文獻涉及的作物和病蟲害分布

Fig.2 Crops and diseases and pests distribution in literatures about UAS spray technology

1.3 植保無人飛機噴霧技術(shù)研究用到的農(nóng)藥劑型分析

無人飛機植保作業(yè)的制劑要求環(huán)境友好、抗蒸發(fā)、抗飄移且對作物安全。目前登記的超低容量液劑僅有12種，田間無人飛機植保作業(yè)仍大量使用傳統(tǒng)劑型。據(jù)統(tǒng)計發(fā)表的植保無人飛機研究論文，懸浮劑（SC）的使用比例最大，占37.74%，乳油（EC）為22.64%，水分散粒劑（WG）和可濕性粉劑（WP）分別占13.21%和11.32%，超低容量液劑（UL）僅占5.66%（圖3），其他劑型如水劑（AS）、微乳劑（ME）、水乳劑（EW）占9.43%。從以上數(shù)據(jù)分析，植保無人飛機噴霧所使用的農(nóng)藥制劑以液態(tài)劑型（SC、EC）為主，固態(tài)劑型（WP和WG）較少。

圖3 植保無人飛機低容量噴霧用到的農(nóng)藥劑型

Fig.3 Pesticide formulations used in UAS low-volume

spray for crop protection

1.4 植保無人飛機噴霧技術(shù)對不同病蟲害的防治效果

前已述及，植保無人飛機的防治對象集中于主糧作物及棉花等作物的典型病蟲害。其中，對水稻病蟲害如稻飛虱、稻縱卷葉螟、紋枯病、稻曲病等的防效在80%～90%，對小麥病蟲害如麥蚜、吸漿蟲、白粉病、赤霉病的防效在55%～85%，對玉米螟的防效在80%左右，對棉蚜的綜合防效可達90%以上，對其他病蟲害如薊馬、葉蟬、煙粉虱、煙蚜等防效同樣可達80%～90%。綜合來看，應(yīng)用無人機噴霧，基本可滿足生產(chǎn)上病蟲害的防治要求，取得較理想的防治效果，具有良好的應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用前景。

表1 植保無人飛機噴霧技術(shù)對不同病蟲害的防治效果

Table 1 The control effect using UAV spray technology

2 植保無人飛機飛行參數(shù)對防治效果的影響分析

植保無人飛機區(qū)別于地面植保機具的顯著特征是具有旋翼，旋翼的存在使其比其他農(nóng)用機械具有一定的優(yōu)勢。同時也令無人機在作業(yè)時附帶有一種特殊參數(shù)——旋翼流場。植保無人飛機的旋翼下洗流場（以下簡稱旋翼流場）呈非常復(fù)雜的空間渦系分布，其作業(yè)參數(shù)和沉積規(guī)律與其他施藥機械有很大區(qū)別。以衡量非靶標區(qū)霧滴沉積的關(guān)鍵指標——飄移緩沖區(qū)距離為例，地面植保機械的緩沖區(qū)距離在10 m至 30 m之間[30-31]，固定翼航空噴霧的緩沖區(qū)距離達3 km[32]，而旋翼無人機在15 m至50 m之間[33]，差異顯著。此外，旋翼無人機復(fù)雜的流場分布對其霧滴沉積分布有很大影響，有研究顯示，單旋翼無人機兩側(cè)的霧滴沉積覆蓋率相差超過 20%，霧滴沉積密度的變異系數(shù)超過40%[34]，比較而言，手動和機動噴霧機的霧滴沉積密度變異系數(shù)在10%以下[35]。

近30年來，為提高固定翼航空和地面植保機械的噴霧施藥效果，減少飄移，業(yè)內(nèi)持續(xù)開發(fā)了FSCBG、AGDISP和AgDRIFT等霧滴沉積預(yù)測模型，取得了良好效果和廣泛應(yīng)用[36]。但目前有關(guān)植保旋翼無人機的沉積規(guī)律研究還不多，現(xiàn)有的模型不適用于其沉積預(yù)測，還有待更多的基礎(chǔ)性研究[37]。

霧滴沉積特性（均勻性和穿透性）一直是施藥技術(shù)研究領(lǐng)域的重要課題。國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果表明，農(nóng)藥霧滴的沉積特性受施藥技術(shù)及裝備、作物、環(huán)境等共同影響，具體影響因素主要包括：氣象條件、葉面積指數(shù)、靶標作物冠層結(jié)構(gòu)、霧滴群的特性（釋放高度、釋放速度、施藥液量、霧滴粒徑譜）等[38-45]。Diepenbrock等指出植株葉片大小、葉傾角、披垂度及空間的排列形式等多方面性狀，對作物冠層結(jié)構(gòu)內(nèi)的組成數(shù)量和分布質(zhì)量產(chǎn)生影響，進而影響霧滴的穿透沉積[46]。宋堅利等研究發(fā)現(xiàn)改變霧滴的初速度會增加藥液在水平靶標和垂直靶標上的沉積量[47]。在植保無人飛機噴灑中，研究較多的是不同機型飛行高度、飛行速度等因素對霧滴沉積和飄移的影響程度。邱白晶等在大田條件下，采用正交試驗方法研究無人直升機不同飛行高度和飛行速度下的霧滴沉積分布規(guī)律，并建立了沉積濃度、沉積均勻性與飛行速度、飛行高度及兩因素間交互作用的關(guān)系模型，該模型可以為噴霧作業(yè)參數(shù)優(yōu)化提供參考[48]。陳盛德等在大田環(huán)境下，研究了單旋翼電動無人機噴施霧滴在水稻冠層沉積分布規(guī)律，結(jié)果顯示，飛行高度和飛行速度對靶區(qū)內(nèi)采集點上霧滴平均沉積量影響均顯著，對霧滴沉積均勻性影響并不顯著[49]。王昌陵等在大田環(huán)境下，研究了單旋翼油動無人機和多旋翼電動無人機在相同作業(yè)高度和作業(yè)速度下對霧滴在不同方向上的沉積分布比例，指出無人機下旋氣流是影響霧滴沉積分布的重要因素[50]。王玲等利用風(fēng)洞的可控多風(fēng)速環(huán)境，研究了航空噴嘴PWM占空比、噴孔直徑、電動離心噴頭轉(zhuǎn)速等變量對霧滴沉積規(guī)律的影響，指出風(fēng)速是影響霧滴沉積效果的最顯著因素，其次是霧滴粒徑[51]。何玲等研究了噴液量和助劑對植保無人飛機噴霧霧滴在水稻冠層沉積分布的影響，結(jié)果表明，添加助劑可以顯著改變藥液的理化性質(zhì)，能有效地提高藥液在水稻冠層的鋪展，避免藥液的流失，同時表明噴液量并不是越大越好，施藥量為13.5 L/hm2 且添加1.0%噴霧助劑時得到的農(nóng)藥利用率最高[52]。目前，植保無人飛機用于田間病蟲害防治的新聞報道很多，已從原來的演示示范向真正的田間噴灑轉(zhuǎn)變。噴灑參數(shù)與防治效果之間的相關(guān)性報道已逐漸增多，在已有的研究中，高圓圓等研究了小型植保無人飛機噴灑霧滴沉積分布規(guī)律以及對小麥吸漿蟲的防治效果，試驗結(jié)果表明，植保無人飛機噴藥對于吸漿蟲具有較為顯著的效果[16]。薛新宇等以N-3型植保無人飛機為作業(yè)平臺，開展了不同作業(yè)參數(shù)下稻飛虱和稻縱卷葉螟田間藥效試驗研究，指出與人工背負式施藥作業(yè)相比，植保無人飛機作業(yè)效率可提高60倍、藥液有效成分可減少20%～30%[9]。Qin等在大田環(huán)境下，針對水稻抽穗期稻飛虱初次應(yīng)用了HyB-15L型農(nóng)用無人直升機進行低空噴灑農(nóng)藥，在不同作業(yè)高度和不同作業(yè)速度條件下，對霧滴在水稻不同冠層的沉積分布狀況和防治效果進行了研究和分析，并以地面常規(guī)機具擔(dān)架式噴霧機的防治效果為對照，得出在一定范圍內(nèi)（高度0.8～1.5 m，速度3～5 m/s），隨著噴灑高度和噴灑速度的增加，水稻下層的霧滴覆蓋率也隨之增加，多噴幅搭接時霧滴分布均勻性增加，重噴和漏噴現(xiàn)象明顯減少;另外，噴灑高度對霧滴沉積分布的均勻性有較大的影響，噴灑速度對霧滴覆蓋率有較大的影響，尤其是對水稻下層的覆蓋率;最后指出，在對稻飛虱防治試驗中，植保無人飛機噴灑防治稻飛虱的殺蟲效果優(yōu)于常擔(dān)架式噴霧機施藥效果，特別是在作業(yè)高度為1.5 m、作業(yè)速度為5 m/s時，效果更為明顯，并且施藥5 d、10 d后仍能保持較高防治效果，說明低容量、高濃度噴灑方式能提高藥劑的持效期[5]。

3 植保無人飛機噴霧技術(shù)存在的問題分析

植保無人飛機是一把“雙刃劍”，隨著植保無人飛機施藥配套裝備與技術(shù)的發(fā)展，植保無人飛機在農(nóng)作物病蟲害防治中高效、節(jié)水和節(jié)約勞動力的優(yōu)勢越發(fā)凸顯。然而在無人機進行植保作業(yè)過程中還是存在一些問題，歸納為：

1） 植保無人飛機產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。一是部分植保無人飛機產(chǎn)品無標牌、無標識、無機殼，制造粗糙;二是飛行技術(shù)參數(shù)標準隨意性大，跟實際使用時差距大;三是飛行姿態(tài)不穩(wěn)、作業(yè)精度不夠，滿載飛行仍有炸機、失控現(xiàn)象;四是噴灑裝置不合理，出現(xiàn)液泵吸不上藥、噴霧斷斷續(xù)續(xù)，作業(yè)過程中藥液泄漏，重噴、漏噴現(xiàn)象嚴重。

2） 藥劑選擇無標準，安全風(fēng)險高。植保無人飛機低空低容量噴霧，是一種高濃度藥液噴霧方式，相比地面常規(guī)噴霧，安全風(fēng)險高。植保無人飛機作業(yè)藥劑應(yīng)選擇低毒或微毒農(nóng)藥，同時要兼顧其環(huán)境毒性。如水稻田或者近水源的農(nóng)田要特別注意藥劑對水生生物的毒性。2018年5月，廣西柳州多個縣區(qū)遭遇大規(guī)模桑蠶不吐絲事故，雖然事故原因尚無定論，但還是提醒我們在航空噴霧作業(yè)技術(shù)中，需要考慮當(dāng)?shù)鼐唧w生產(chǎn)環(huán)境，例如在植保無人飛機飛防作業(yè)周邊有養(yǎng)殖桑蠶、蜜蜂、或者水產(chǎn)等環(huán)境下，一定要選擇對環(huán)境生物安全的藥劑。

3） 農(nóng)藥劑型選擇不當(dāng)，造成噴頭堵塞、藥劑結(jié)塊或者不同劑型藥劑混合過程出現(xiàn)破乳結(jié)塊從而影響防治效果。植保無人飛機作業(yè)時，農(nóng)戶習(xí)慣于幾種農(nóng)藥制劑混用，實現(xiàn)“一噴多防”的目的，但是，目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥制劑，多是針對地面植保機械常規(guī)噴霧而研制的，其稀釋倍數(shù)多在幾百倍、甚至幾千倍，在這樣低濃度稀釋體系下，幾種農(nóng)藥制劑混用后，藥液表現(xiàn)穩(wěn)定;但是，植保無人飛機低容量噴霧技術(shù)的農(nóng)藥制劑的稀釋倍數(shù)很低，幾種制劑混用稀釋后，容易出現(xiàn)分層、結(jié)塊等問題。

4） 農(nóng)藥霧滴飄移嚴重，藥害風(fēng)險大。植保無人飛機噴霧是一種低容量噴霧技術(shù)，與地面常規(guī)噴霧相比，霧滴更細，再加上無人機噴霧作業(yè)噴頭距離作物冠層高度大，霧滴飄移風(fēng)險明顯增加。2016年，湖南省益陽市某農(nóng)戶用植保無人飛機對所承包地塊做滅生性除草處理，一周后，周邊地塊的蓮藕、水稻均出現(xiàn)藥害，引起一場訴訟官司。

5） 噴霧均勻性差，影響防治效果。據(jù)測定，植保無人飛機噴霧作業(yè)時，農(nóng)藥霧滴在作物冠層沉積的縱向（飛行方向）變異系數(shù)高達80%，橫向變異系數(shù)高達70%，與地面噴桿噴霧技術(shù)有明顯差距，這就導(dǎo)致其對病蟲草害防治效果不穩(wěn)定，雖然大部分用戶已經(jīng)認可了植保無人飛機噴霧的防治效果，但由于操作人員和天氣原因，有少數(shù)用戶對植保無人飛機噴霧的防治效果仍持懷疑態(tài)度。

6） 飛行速度、高度和噴幅等飛行參數(shù)選擇不當(dāng)造成防治效果降低。多個試驗研究表明，植保無人飛機飛行速度太快、或者飛行高度過高等都會影響防治效果，因此，飛手培訓(xùn)、作業(yè)標準和規(guī)范研究、作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控等對于保證植保無人飛機低空低容量噴霧技術(shù)發(fā)展均非常重要。

4 植保無人飛機低容量噴霧技術(shù)的發(fā)展趨勢

植保無人飛機以其高效、智能、防效好等優(yōu)勢越來越受到各方面的關(guān)注，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2018年6月28日再次表明：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部將會同有關(guān)部門，進一步加大財政支持力度，強化技術(shù)研發(fā)，加快人才培養(yǎng)，為我國農(nóng)業(yè)航空植保事業(yè)發(fā)展提供科技支撐，大規(guī)模推進農(nóng)業(yè)航空植保統(tǒng)防統(tǒng)治服務(wù)作業(yè)。在政策引導(dǎo)、市場推動下，可以預(yù)期，我國植保無人飛機噴霧技術(shù)將會得到更廣泛的應(yīng)用。隨著智慧農(nóng)業(yè)的興起，植保無人飛機低空低容量噴霧技術(shù)將實現(xiàn)如下突破：

4.1 配套專用藥劑

植保無人飛機只是一種農(nóng)藥噴灑工具，必須有配套的藥劑才可能有效防控農(nóng)作物病蟲草害。日本、韓國針對植保無人飛機低容量噴霧的特點，研制了適合的專用藥劑，并且需要經(jīng)過藥效評價試驗，獲得登記許可后，才能進入大田應(yīng)用。目前，我國植保無人飛機低容量噴霧所使用的農(nóng)藥均為地面常規(guī)噴霧研制生產(chǎn)，不完全適合植保無人飛機低容量噴霧技術(shù)要求。借鑒國外經(jīng)驗，我國應(yīng)該逐步建立植保無人飛機施藥專用藥劑和制劑的選擇準則及專用助劑的評價方法，選擇低毒或微毒農(nóng)藥，同時要兼顧其環(huán)境毒性，以便做出正確選擇（如水稻田或者近水源的農(nóng)田要特別注意藥劑對水生生物的毒性）;同時，研發(fā)配伍性好、分散度高、耐蒸發(fā)的農(nóng)藥制劑或噴霧助劑，提高農(nóng)藥制劑配制藥液的穩(wěn)定性，有效減少植保無人飛機噴霧作業(yè)中霧滴飄移和霧滴萎縮，提高農(nóng)藥劑量傳遞效率。

4.2 變量噴施技術(shù)

變量噴施技術(shù)是實現(xiàn)精確航空施藥的核心，現(xiàn)有的商業(yè)變量噴施技術(shù)（variable-rate technology，VRT）系統(tǒng)因成本高、操作困難，導(dǎo)致應(yīng)用范圍有限。需要一個經(jīng)濟的、面向用戶的、并且可以處理空間分布信息的系統(tǒng)，僅在有病蟲害的區(qū)域根據(jù)病蟲害的嚴重程度噴施適量的農(nóng)藥量，實現(xiàn)農(nóng)藥的高效噴施以及將對環(huán)境的損害最小化。

4.3 多傳感器數(shù)據(jù)融合

農(nóng)業(yè)航空精準噴施系統(tǒng)成功的一個關(guān)鍵步驟在于創(chuàng)建用于航空施藥的精準處方圖。處方圖需要利用地理信息技術(shù)（GIS），融合多傳感器、多光譜、多時相、甚至多分辨率的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建。不同數(shù)據(jù)類型之間的融合是難點，實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的融合需要以新的方法為基礎(chǔ)，并通過地理信息技術(shù)（GIS）全面集成到農(nóng)業(yè)航空精準噴施系統(tǒng)中。

4.4 多機協(xié)同技術(shù)

多機協(xié)同作業(yè)是以單架飛機作業(yè)為基礎(chǔ)，組成包含多機的智能網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每架飛機都需要能夠針對任務(wù)進行整體協(xié)調(diào)，以便有效地覆蓋一個大的區(qū)域同時在協(xié)作的過程中進行信息交互。隨著互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的進步，多機協(xié)同作業(yè)將在很大程度上節(jié)省勞動力成本和提高精準農(nóng)業(yè)航空作業(yè)效率。

4.5 精準施藥技術(shù)

研發(fā)無人機靜電噴嘴、霧滴粒徑和噴灑量可調(diào)的噴嘴等;完善植保無人飛機低空低量施藥技術(shù)體系，并集成開發(fā)商品化的關(guān)鍵系統(tǒng)、部件;通過多學(xué)科的交叉，研究和熟化高精度導(dǎo)航定位技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、多機協(xié)同技術(shù)、自動避障技術(shù)、仿地飛行控制技術(shù)等，為航空精準施藥提供必要的輔助技術(shù)支撐。同時，開發(fā)新型的傳感器、測試裝置，研究新型檢測方法等，以實現(xiàn)航空施藥質(zhì)量和效果快速有效檢測和評價為目標，實現(xiàn)航空施藥作業(yè)前指導(dǎo)、作業(yè)中監(jiān)測、作業(yè)后評估，保證安全施藥。

4.6 植保無人飛機施藥標準與安全監(jiān)管體系

根據(jù)我國現(xiàn)有植保無人飛機目前行業(yè)發(fā)展的技術(shù)水平以及發(fā)展趨勢，盡快制定包括針對植保無人飛機本體的安全技術(shù)要求、針對施藥環(huán)節(jié)的操作規(guī)范、針對植保無人飛機使用的監(jiān)管方法，構(gòu)建完善的標準與安全監(jiān)管體系。

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（責(zé)任編輯： 田 喆）