植保無(wú)人機(jī)飛防作業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)與存在問(wèn)題分析

陸顯斌

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 佳木斯農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，黑龍江 佳木斯 154004)

0 引言

隨著我國(guó)農(nóng)村土地經(jīng)營(yíng)模式的轉(zhuǎn)變，土地的集約化經(jīng)營(yíng)增多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)不同農(nóng)機(jī)過(guò)程的工作效率都提出了更高的要求，植保作業(yè)是農(nóng)作物健康生長(zhǎng)的有效保證，有利于提高農(nóng)作物產(chǎn)量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，農(nóng)業(yè)植保已經(jīng)不僅僅局限于傳統(tǒng)的輪式機(jī)具作業(yè)，先進(jìn)的植保無(wú)人機(jī)越來(lái)越多的應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，使農(nóng)業(yè)植保工作以全新的形式得以實(shí)施。植保無(wú)人機(jī)的應(yīng)用有效緩解了農(nóng)村地區(qū)勞動(dòng)力不足和生產(chǎn)效率低下的問(wèn)題，同時(shí)節(jié)省了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本投入，能夠在一定程度上提高農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者的收入。植保無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用逐漸增多的同時(shí)，其實(shí)際操作要求高、售后服務(wù)滯后、維修成本高等問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)，因此應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)的產(chǎn)業(yè)體系，以保證航空植保技術(shù)得到更合理的發(fā)展。

1 農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

農(nóng)用的植保無(wú)人機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)和飛行的形式大體分為固定翼植保無(wú)人機(jī)、單旋翼植保無(wú)人機(jī)、多旋翼植保無(wú)人機(jī)。固定翼植保無(wú)人機(jī)具有較高的飛行速度，能夠快速對(duì)農(nóng)田實(shí)施大范圍植保作業(yè)，但其操作難度較大、植保精確度低，現(xiàn)階段更多應(yīng)用于農(nóng)田信息采集和嚴(yán)重病蟲(chóng)害的緊急防治；單旋翼植保無(wú)人機(jī)采用單一大旋翼配合尾翼的形式，具有飛行穩(wěn)定、作業(yè)效率高、霧化植保質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，但購(gòu)置成本高、操作難度大，更適合專業(yè)人員植保使用；多旋翼植保無(wú)人機(jī)近年來(lái)使用量增長(zhǎng)很快，其機(jī)型根據(jù)旋翼數(shù)量可分為四旋翼、六旋翼、八旋翼、十二旋翼等很多形式，多旋翼植保無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)較低，通常僅為5萬(wàn)～10萬(wàn)元，且農(nóng)民經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)后即可掌握操作要點(diǎn)，適合推廣使用，但多旋翼植保無(wú)人機(jī)受到電池能力限制，目前的續(xù)航能力不足，且抗風(fēng)能力差，在一定程度影響了作業(yè)效率。

本文以現(xiàn)階段比較熱門(mén)的多旋翼植保無(wú)人機(jī)為例，說(shuō)明航空植保機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)和現(xiàn)階段的主要問(wèn)題。多旋翼植保無(wú)人機(jī)主要結(jié)構(gòu)由動(dòng)力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、噴施系統(tǒng)三大部分組成，使用時(shí)操作人員在農(nóng)田附近的平坦空地操作無(wú)人機(jī)作業(yè)即可，無(wú)人機(jī)的智能化程度較高，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)的要求，多旋翼植保無(wú)人機(jī)作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 多旋翼植保無(wú)人機(jī)作業(yè)流程

2 農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 自動(dòng)化程度高

多旋翼植保無(wú)人機(jī)采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠通過(guò)獲取田塊區(qū)域信息后自動(dòng)生成飛行航線，操作者在植保過(guò)程中只需通過(guò)遠(yuǎn)距離遙控即可實(shí)現(xiàn)對(duì)植保無(wú)人機(jī)的控制。在實(shí)際作業(yè)中，大多數(shù)的噴藥過(guò)程不需人工干預(yù)，無(wú)人機(jī)能夠按照預(yù)設(shè)的路線穩(wěn)定地完成植保作業(yè)，且植保無(wú)人機(jī)配備了高精度的GPS技術(shù)和傳感器技術(shù)，能在農(nóng)藥量不足或電量不足時(shí)自動(dòng)返航，并記憶之前的斷噴位置，在充電或添加農(nóng)藥后自動(dòng)續(xù)航，在原位置實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)噴的功能，有效避免漏噴重噴問(wèn)題的發(fā)生。

2.2 農(nóng)藥噴施質(zhì)量高

多旋翼植保無(wú)人機(jī)能夠根據(jù)農(nóng)作物高度和種植密度調(diào)整噴施高度和飛行速度，通過(guò)低空、超低空勻速噴施提高整體的覆蓋均勻性，由于多旋翼的下旋風(fēng)作用配合高霧化噴頭，有效提高了噴霧的滲透能力，能保證藥液到達(dá)農(nóng)作物植株各個(gè)位置，有利于作物下部和根部的病蟲(chóng)害防治。

2.3 植保作業(yè)效率高

多旋翼植保無(wú)人機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的輪式植保機(jī)，不受地形條件的制約，具有更高的作業(yè)效率，通常情況下多旋翼植保無(wú)人機(jī)連續(xù)作業(yè)的工作效率可達(dá)4～8 hm2·h-1，達(dá)到普通輪式機(jī)械植保效率的2～3倍，更是達(dá)到傳統(tǒng)人工噴施作業(yè)效率的50倍以上。但是現(xiàn)階段植保無(wú)人機(jī)技術(shù)受限于電池作業(yè)能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，在一定程度上影響了植保作業(yè)的效率，若電池續(xù)航能力得到明顯提升，則植保無(wú)人機(jī)的工作效率將會(huì)得到更大的提升。

2.4 資源節(jié)約與環(huán)保優(yōu)勢(shì)

多旋翼植保無(wú)人機(jī)采用專用的高濃度農(nóng)藥，在作業(yè)過(guò)程中利用高霧化噴頭和變量噴藥技術(shù)能夠在區(qū)域范圍內(nèi)用最小的噴藥量實(shí)現(xiàn)最佳的植保作業(yè)效果，有效減少農(nóng)藥和水資源的使用量。同時(shí)，由于植保過(guò)程大多數(shù)農(nóng)藥作用于農(nóng)作物本體，減少了藥物噴施對(duì)土壤和周邊水資源的污染，也同時(shí)控制了農(nóng)作物農(nóng)藥殘留嚴(yán)重的問(wèn)題，有利于食品安全。此外，由于植保無(wú)人機(jī)作業(yè)采用遠(yuǎn)程控制，操作人員不直接接觸農(nóng)藥噴施區(qū)域，減少了操作者中毒和影響健康等問(wèn)題。

2.5 對(duì)作物的損傷較小

植保無(wú)人機(jī)的飛行植保方式相對(duì)于傳統(tǒng)的輪式植保機(jī)械，不會(huì)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生碾壓、擦傷等問(wèn)題，同時(shí)不對(duì)耕地的土壤產(chǎn)生壓實(shí)問(wèn)題，有利于保護(hù)土壤的物理結(jié)構(gòu)，有利于農(nóng)作物均衡生長(zhǎng)和根系的良好發(fā)育。

3 植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用存在的問(wèn)題

3.1 續(xù)航能力不足

現(xiàn)階段的多旋翼植保無(wú)人機(jī)盡管機(jī)身采用了碳纖維為主的材料，但由于需要承載10～15 kg的藥液，受限于電池的續(xù)航能力，通常的單次作業(yè)時(shí)間僅為10～15 min，最長(zhǎng)不超過(guò)20 min，圖2為主流多旋翼植保無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的續(xù)航能力比較。由于續(xù)航能力不足，無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程中只能采用頻繁更換電池的方式，由于飛機(jī)往返和更換電池的過(guò)程消耗了較多的時(shí)間，導(dǎo)致每小時(shí)的實(shí)際平均工作時(shí)間僅為30～40 min，且在此過(guò)程中需要大量的備用電池，電池續(xù)航能力不足不僅影響了工作效率，也提高了使用成本。

圖2 主要植保無(wú)人機(jī)產(chǎn)品作業(yè)能力分析

3.2 霧滴漂移問(wèn)題

由于多旋翼植保無(wú)人機(jī)配備了先進(jìn)的高霧化噴頭，這種噴頭噴施的霧滴直徑相對(duì)更小，在風(fēng)力微弱的條件下能更好地實(shí)現(xiàn)藥物附著作用，但在風(fēng)力相對(duì)明顯時(shí)，霧滴的漂移量則顯著增加，霧滴的隨風(fēng)飄移會(huì)造成農(nóng)藥噴施的不均勻問(wèn)題，使大面積耕地作業(yè)時(shí)出現(xiàn)明顯的漏噴和重噴現(xiàn)象，造成病蟲(chóng)草害的防治不徹底，并對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

3.3 先進(jìn)機(jī)型售價(jià)仍偏高

盡管現(xiàn)階段大多數(shù)植保無(wú)人機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備可控制在4萬(wàn)～6萬(wàn)元左右，但由于實(shí)際生產(chǎn)中需要更多的備用電池導(dǎo)致附屬成本顯著提高，加之大多數(shù)地區(qū)的植保無(wú)人機(jī)并未獲得農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼的支持，使農(nóng)民的購(gòu)置壓力增大，且植保無(wú)人機(jī)后續(xù)使用與維修的費(fèi)用也較高，造成了農(nóng)民后續(xù)使用成本的增加。

3.4 實(shí)際植保能力仍待提高

從現(xiàn)階段的植保效果來(lái)看，多旋翼植保無(wú)人機(jī)的變量噴藥技術(shù)和細(xì)節(jié)考慮仍存在欠缺，例如在多旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)盡管提升了農(nóng)藥?kù)F滴的穿透能力，同時(shí)也造成了玉米和高粱等高莖作物的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，農(nóng)作物的彎曲、振動(dòng)、變型在一定程度會(huì)影響農(nóng)藥的附著效果，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛離后農(nóng)作物部分區(qū)域沒(méi)有形成霧滴附著，影響植保的全面性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)科技化水平的不斷提升，農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)已經(jīng)被越來(lái)越多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者認(rèn)可，植保無(wú)人機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展不僅要建立在功能優(yōu)化、電池性能優(yōu)化的基礎(chǔ)上，更需要政府部門(mén)給予足夠的政策支持與幫助，相信通過(guò)多方面共同努力，植保無(wú)人機(jī)的技術(shù)能力必將快速得到提高，同時(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的病蟲(chóng)害防治工作能力也將顯著增強(qiáng)。