孔令亮 陸金晶

0 引言

農(nóng)業(yè)航空技術(shù)是國家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用比重不斷加大。隨著農(nóng)業(yè)規(guī)?；⒁?guī)范化的發(fā)展，無人機植保的效果、效率和效益顯著提升。截至2017年底，全國植保無人機保有量達1.4萬架，防控作業(yè)面積突破6 666.67 khm2，作業(yè)需求潛力較大。植保無人機主要是通過地面遙控或GPS飛控來實現(xiàn)藥劑噴灑作業(yè)。1999年，中國林業(yè)科學(xué)研究院在“海燕650B”型無人機上融合了超低容量噴灑裝置和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，并在廣西省武鳴林區(qū)進行病蟲害的防治試驗研究[1]。無錫漢和航空技術(shù)有限公司2010年成功研制出國內(nèi)第一架植保無人機。近十年來，我國低空低量作業(yè)植保無人機發(fā)展迅速，但與美、日、德等航空植保發(fā)達的國家相比，在農(nóng)用飛機擁有量、年飛防面積和使用技術(shù)方面仍存在巨大的差距。2017年農(nóng)業(yè)部、財政部和民航局聯(lián)合印發(fā)通知，決定在浙江等6個省市開展植保無人機補助試點。2018年6月1日，我國第一個農(nóng)業(yè)無人機行業(yè)標準《植保無人飛機質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》開始實施。無人機植?？梢詫崿F(xiàn)人、機、技、劑的有機結(jié)合，為發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)提供了重要的裝備和技術(shù)支撐。

1 植保無人機作業(yè)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)植保機械相比，植保無人機作業(yè)具有顯著優(yōu)勢。

1.1 高效安全

作業(yè)速度快，工作效率高，在大規(guī)模、突發(fā)性病蟲害的防治中作用顯著；噴灑均勻，霧化好；可實現(xiàn)斷點續(xù)噴，漏噴重噴少；遠距離操作，作業(yè)人員免于農(nóng)藥傷害，噴灑作業(yè)安全性高。

1.2 節(jié)約水藥

可實現(xiàn)農(nóng)藥自動定量、精準控制、超低量噴灑作業(yè)，減少農(nóng)田環(huán)境污染。

1.3 防治效果好

植保無人機具有作業(yè)高度低、飄移少、可空中懸停等特點。噴灑農(nóng)藥時，旋翼產(chǎn)生的向下氣流可以掀開植物葉面，有助于增加霧流對農(nóng)作物的穿透性，使藥液噴灑到植物根部，起到更好的防治效果。

1.4 適應(yīng)性強

空中作業(yè)不受地形因素、種植方式、作物高稈、矮稈及生長周期的限制。攜帶光譜遙感影像設(shè)備，通過遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對農(nóng)林植被病蟲害的監(jiān)測和預(yù)警，在制止林木偷伐、無人森林的防災(zāi)預(yù)警等方面可發(fā)揮巨大作用。

2 植保無人機發(fā)展存在的問題

隨著補貼政策的實施和行業(yè)標準的制訂，植保無人機越來越受到廣大用戶的青睞，保有量急劇增長，但在使用過程中，還存在一些問題。

2.1 價格較高，操控難度大

植保無人機作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的新型產(chǎn)品，兼具農(nóng)業(yè)機械功能和無人駕駛航空器特征，具有顯著的作業(yè)優(yōu)勢。但價格居高不下，影響了農(nóng)業(yè)大戶購買使用植保無人機的積極性。同時，植保無人機技術(shù)結(jié)構(gòu)和飛控系統(tǒng)復(fù)雜，安全性要求高，操控難度大，對飛控手的要求較高。

2.2 配套服務(wù)滯后

近年來，我國植保無人機的應(yīng)用越來越廣泛，但相關(guān)配套服務(wù)相對滯后。部分植保無人機使用過程中遇到產(chǎn)品部件損毀等問題，得不到及時維修或者是維修時間過長，成本較高，影響了用戶使用。

2.3 載荷小，續(xù)航能力待提高

植保無人機按動力分為油動型和電動型兩類。電動植保無人機載荷小，載重量為5～20 kg，航程較短，拆裝電池、換藥頻次高，使用效率較低；油動無人機因配置結(jié)構(gòu)不同，使用成本較高。

2.4 行業(yè)標準不完善

《植保無人飛機質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》從人員安全、公共安全和機具安全三個方面，規(guī)范了植保無人機的質(zhì)量要求，但飛防藥劑與植保無人機噴施作業(yè)技術(shù)標準還處于空白狀態(tài)。植保無人機采用的是超低容量噴霧，傳統(tǒng)藥劑達不到飛防作業(yè)要求。生產(chǎn)企業(yè)通過噴施作業(yè)不斷地實驗、對比，形成了各自的作業(yè)標準。由于機具種類繁多，飛防藥劑的性能不一，尚未形成統(tǒng)一的噴灑作業(yè)標準。

3 植保無人機關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展

3.1 超低空飛行的自調(diào)整

為了達到理想的噴施效果，植保無人機在進行噴藥、施肥、澆灌過程中，要求在距作物3～4 m的高度噴灑藥液。無人機超低空飛行時，由于距離地面較近，旋翼產(chǎn)生的氣流會直接作用在作物上，當(dāng)旋翼產(chǎn)生的氣流過強時，會造成農(nóng)作物倒伏，既影響作物生長，又降低噴灑效果。由于農(nóng)田的實際地形高低不平，為消除超低空環(huán)境下的強地效影響以及降低紊亂氣流的影響，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)無人機在超低空的高度自適應(yīng)調(diào)整。

3.2 定位邊際航跡自適應(yīng)控制

受人為、自然環(huán)境等因素影響，植保無人機應(yīng)能夠根據(jù)需施藥的地塊、環(huán)境進行自動識別邊際，根據(jù)邊際的設(shè)定，完成航跡的規(guī)劃，做到不重噴、不漏噴。

3.3 防飄移、霧化沉降技術(shù)

為避免或減輕農(nóng)藥對非靶標區(qū)域的影響和環(huán)境污染，低空噴霧作業(yè)關(guān)鍵要解決的難題是提高藥液的霧化水平，減少霧滴的漂移，提高霧滴在作物中的穿透性和在葉面的沉積率，從而提高農(nóng)藥的利用率。由于無人機飛行時氣流速度、狀態(tài)及外界大氣對霧滴的運動軌跡有影響，應(yīng)研究無人機噴灑時霧滴的最佳粒徑和噴灑狀態(tài)。霧滴過大或過小都不利于病蟲害的防治，只有當(dāng)霧滴粒徑與霧滴數(shù)目達到最優(yōu)組合時，才會產(chǎn)生最好的防治效果。

3.4 圖像采集分析與施藥變量控制技術(shù)

植保無人機可以搭載成像傳輸設(shè)備，定期監(jiān)測田間作物的病蟲情、墑情、苗情，通過遙感、圖像處理等技術(shù)實時采集，準確分析農(nóng)田中的作物長勢、病蟲草害等農(nóng)情信息，判斷是否發(fā)生病蟲害以及發(fā)生病蟲害的輕重程度，及時調(diào)整藥量的噴灑。對有病蟲草害的田塊實施精準噴灑，改全田均勻噴藥為因地制宜按需噴藥、精準施藥，提高農(nóng)藥有效利用率。

4 結(jié)語

鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施加速了我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程，采用無人機飛防能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。農(nóng)用無人機不僅用于植保與播種，還用于林業(yè)監(jiān)測、森林防火、農(nóng)林病蟲害監(jiān)測、作物授粉、農(nóng)業(yè)勘察、防止秸稈焚燒等領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，為農(nóng)用無人機的發(fā)展提供了廣闊空間。隨著農(nóng)村的土地流轉(zhuǎn)和規(guī)?；?jīng)營不斷深入，高效高質(zhì)的農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展為大田管理提供了保障。新一代信息技術(shù)如大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用，使智慧農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)變成現(xiàn)實，為農(nóng)業(yè)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展提供了有效途徑。