楊昌日 張朝艷

（欽州市欽北區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化服務(wù)中心，廣西 欽州 535000）

病蟲(chóng)害是造成糧食減產(chǎn)的重要因素之一［1］。我國(guó)糧食種植面積大，種植類型較多，病蟲(chóng)害問(wèn)題常有發(fā)生。盡管當(dāng)前科技水平顯著提升，病蟲(chóng)害防治手段逐漸升級(jí)，但依舊有陸續(xù)暴發(fā)性的病蟲(chóng)害問(wèn)題，對(duì)我國(guó)糧食安全造成了重大威脅。而將植保無(wú)人機(jī)施藥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，有助于提高病蟲(chóng)害防治效率和水平，進(jìn)而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和效益。由此可見(jiàn)，對(duì)植保無(wú)人機(jī)施藥關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)分析至關(guān)重要。

1 植保無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)述

目前，無(wú)人機(jī)已成為我國(guó)植保工作中應(yīng)用廣泛的一種重要機(jī)械設(shè)備。無(wú)人機(jī)本身具備的地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS），可對(duì)病蟲(chóng)害防治作業(yè)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，同時(shí)不會(huì)受到過(guò)多地理?xiàng)l件的限制，具有靈活性強(qiáng)、省水省藥等優(yōu)勢(shì)，即成本較低、效率較高。在當(dāng)前我國(guó)農(nóng)村地區(qū)人口老齡化嚴(yán)重，年輕人口外出務(wù)工的現(xiàn)實(shí)形勢(shì)下，在植保工作中應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行作業(yè)具有重要意義。

2 植保無(wú)人機(jī)施藥關(guān)鍵技術(shù)

2.1 變量施藥技術(shù)

與傳統(tǒng)的施藥方法相比，變量施藥能根據(jù)病蟲(chóng)害實(shí)際發(fā)生情況和作物疏密信息等信息按需施藥，能預(yù)防過(guò)度使用農(nóng)藥的問(wèn)題，并能降低施藥成本投入、提高整體防治效率。目前，變量施藥系統(tǒng)大多基于脈寬調(diào)制技術(shù)，通過(guò)改變占空比來(lái)控制隔膜泵轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)噴施量。該技術(shù)的實(shí)用性較強(qiáng)。有學(xué)者基于脈寬調(diào)制技術(shù)設(shè)計(jì)了變量噴施測(cè)控系統(tǒng)，可通過(guò)軟件遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)施藥狀態(tài)、施藥參數(shù)的調(diào)整［2］。有學(xué)者通過(guò)應(yīng)用地面站，發(fā)揮多傳感融合功能，對(duì)施藥參數(shù)與情況進(jìn)行跟蹤，確保無(wú)人機(jī)在飛行流量與速度上滿足要求，降低霧滴沉積量，節(jié)約成本，提高效率。此外，有學(xué)者采用圖像處理技術(shù)對(duì)非作物區(qū)進(jìn)行識(shí)別，獲得作物處方圖，再控制噴頭實(shí)施精準(zhǔn)施藥。

2.2 避障技術(shù)

我國(guó)農(nóng)田環(huán)境較為復(fù)雜，增加了無(wú)人機(jī)施藥的實(shí)施難度，影響了施藥的安全性，所以要提升無(wú)人機(jī)的自主避障能力。鑒于不同障礙物形態(tài)不同、分布不同，應(yīng)用避障技術(shù)時(shí)需注意其自主識(shí)別功能。例如，基于激光位移傳感器技術(shù)，為植保無(wú)人機(jī)提出一種新的避障檢測(cè)方法。基于激光位移傳感器的避障系統(tǒng)能有效地檢測(cè)出未知環(huán)境下障礙物的角度和距離，能對(duì)植保作業(yè)環(huán)境中典型障礙物做出較為準(zhǔn)確的類型判別，并實(shí)現(xiàn)飛行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)避障。具有自動(dòng)避障功能的旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)激光雷達(dá)獲得障礙物的初步位置數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)障礙物數(shù)據(jù)進(jìn)行濾除和數(shù)據(jù)識(shí)別后，將障礙物位置信息發(fā)送給飛行控制器，飛行控制器根據(jù)避障算法控制無(wú)人機(jī)自動(dòng)繞開(kāi)障礙物。該系統(tǒng)具有控制精度高、安全性能高、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

2.3 減漂技術(shù)

影響霧滴漂移的因素較多，如噴施技術(shù)、氣象條件等，應(yīng)通過(guò)研發(fā)減漂噴頭、應(yīng)用飛防助劑、設(shè)置漂移緩沖區(qū)等方式減少影響因素的干擾。噴頭通過(guò)控制霧滴粒徑大小來(lái)減小漂移，改變噴頭類型、尺寸、壓力，開(kāi)發(fā)空氣誘導(dǎo)型噴頭，可降低漂移量。目前應(yīng)用較多的減漂噴頭主要采用射流技術(shù)，在噴頭內(nèi)部混合藥液、空氣后，在霧化作用下形成液滴；或者對(duì)噴頭內(nèi)腔直徑、V 形槽角和相對(duì)切深進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出控制漂移的噴頭，調(diào)整無(wú)人機(jī)航線，確保能將霧滴使用在靶標(biāo)區(qū)。另外，可通過(guò)調(diào)整農(nóng)藥添加劑的配方來(lái)改變農(nóng)藥理化特性，降低漂移帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。施藥區(qū)周邊設(shè)置漂移緩沖區(qū)可以保護(hù)水渠不受污染，如通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)估算漂移緩沖區(qū)的設(shè)置距離。

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，有學(xué)者在研究漂移機(jī)理和霧滴沉降的基礎(chǔ)上，建立漂移模型，如Teske等建立AGDISP 模型，用戶可以輸入噴頭、藥液、飛機(jī)類型、天氣因素等信息，調(diào)用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)可能產(chǎn)生的漂移進(jìn)行預(yù)測(cè)?；蛘呓㈧F滴漂移能量模型，根據(jù)霧滴運(yùn)動(dòng)速度和霧滴粒徑有效預(yù)測(cè)霧滴漂移潛力，當(dāng)相鄰兩噴頭噴霧扇面適當(dāng)重疊時(shí)可以增加霧滴粒徑，從而增加霧滴動(dòng)能，減小漂移。

2.4 霧滴檢測(cè)技術(shù)

結(jié)合霧滴沉積的特性，可準(zhǔn)確判斷無(wú)人機(jī)噴灑質(zhì)量。當(dāng)前應(yīng)用較多的方法是霧滴密度判斷法和50%有效沉積量判斷法，應(yīng)根據(jù)植保無(wú)人機(jī)噴施霧滴粒徑的范圍選擇合適的方法。其中，霧滴密度判斷法在發(fā)生霧滴重疊時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，因此，考慮霧滴沉積分布特點(diǎn)和工作效率需求，建議采用50%有效沉積判定法確定有效噴幅。有學(xué)者提倡應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)，獲得該區(qū)域噴灑后特定環(huán)境下的熱差數(shù)據(jù)，進(jìn)而掌握霧滴分布濃度、范圍等參數(shù)［3］。相比于水敏紙法，這種方法較為快捷，且全程無(wú)接觸。另外，基于激光雷達(dá)反射原理測(cè)量霧滴分布的新方法，與人工測(cè)量值相比，測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差較小，而且具有掃描周期短、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

3 植保無(wú)人機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 配置安全穩(wěn)定的移動(dòng)操作平臺(tái)

隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，植保無(wú)人機(jī)具備更多智能化功能，將其與移動(dòng)端智能化操作相結(jié)合，必然是植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。人們可以通過(guò)下載手機(jī)APP對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行直接操作，如上升懸停、航線的規(guī)劃以及使用GPS 進(jìn)行導(dǎo)航等，這實(shí)際是對(duì)植保無(wú)人機(jī)避障技術(shù)的完善，可提高其可操作性，并能有效解決植保無(wú)人機(jī)原有的無(wú)法精確感知問(wèn)題［4］。

3.2 提高載量與航行時(shí)長(zhǎng)

當(dāng)前人們所應(yīng)用的植保無(wú)人機(jī)普遍存在承載質(zhì)量小、航行時(shí)長(zhǎng)短等問(wèn)題，不能很好地適應(yīng)逐漸增加的土地流轉(zhuǎn)及農(nóng)田施藥工作需求，隨著土地集中化程度的提高，高運(yùn)載量與高航行植保無(wú)人機(jī)成為人們的需求目標(biāo)。所以，未來(lái)提高植保無(wú)人機(jī)載藥量和增加飛行時(shí)長(zhǎng)至關(guān)重要，以進(jìn)一步提高植保無(wú)人機(jī)的使用功能和效率，助力農(nóng)業(yè)發(fā)展［5］。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前越來(lái)越多的國(guó)際組織和國(guó)家已正視農(nóng)藥對(duì)農(nóng)業(yè)帶來(lái)的雙刃劍作用，紛紛大力提倡減少農(nóng)藥濫用、推廣病蟲(chóng)害綜合防治措施。我國(guó)更要將長(zhǎng)期以來(lái)過(guò)于關(guān)注農(nóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到了解農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，協(xié)調(diào)好環(huán)境與農(nóng)田施藥之間的關(guān)系。另外，我國(guó)農(nóng)作物種類多、種植區(qū)域碎片化以及天氣環(huán)境條件差異明顯，因此，需因地制宜地發(fā)展和應(yīng)用植保無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)，以進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。