浅谈农用植保无人机喷洒技术的应用
来源:用户上传
作者:
摘 要 随着我国农业的不断发展进步，人们对农业的经营模式有了更高要求，农用植保无人机喷洒技术越来越受到重视。相较于传统的地面施药来说，无人机喷洒具有独特的优势。因此，介绍农用植保无人机喷洒技术的优势及制约发展的因素，分析无人机的技术研究及未来发展趋势，希望能够对无人机的发展提供一定帮助。
关键词 农用植保无人机;喷洒技术;经营模式
中图分类号：S251 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.11.087
自2014年中央一号文件提出要加强农业航空建设以来，农用植保无人机技术发展迅速。和传统的施药方式相比，无人机喷洒具有众多独特的优势[1]。我国的无人机研究虽然起步较晚，但是发展前景十分广阔。
1 农用植保无人机的优势
1.1 喷洒效果强
传统的人工喷药方式很难保证农药喷洒的均匀性，可能存在重喷或者少喷的情况。而农用植保无人机采用的是低空或者超低空作业，能够通过精准的导航系统调节无人机和农作物的距离，并且通过雾化器确保喷雾的均匀雾化，从而使喷出的药液能够均匀附着在农作物表面，确保喷药的均匀性。
1.2 无人驾驶，安全性更高
传统的喷药方式在实际使用过程中，农药可能会被施药的人员直接吸入身体，对身体健康造成影响。而无人机直接由人员远程遥控无人机，不需要专业的飞行员操作，有效节约了工作量，同时避免了工作人员和农药的近距离接触，有效减少了农药对施药人员带来的身体健康影响[2]。
1.3 喷雾工作效率高
无人机施药工作具有较高的工作效率，是普通喷洒机械的4倍左右，可达到人工喷药的60倍以上，且喷药效率高，能够确保农作物在发生大规模病虫害时迅速做出防治，及时遏制病虫害的进一步发展，保证农作物的经济利益，减少病虫害带来的经济损失。
1.4 适用性强
植保无人机能够适用各种地形类型。无人机垂直起降，不会受到地形因素的影响，对于传统农机具无法进入的地形如山地、水田、沼泽等，都可以使用无人机来解决。同时，无人机的使用不会受到作物长势的限制，不管处于哪个生长阶段的农作物都适用。
1.5 节省成本，保护环境
采用无人机施药可以节省一定的成本，提高药物的使用效率，同时提高水资源的利用率，从而有效减少农药残留对水源及土壤的影响，还能够有效节约水资源。
1.6 对农作物的伤害较小
传统的地面施药器械或者人工施药，在农作物生长后期或多或少会对农作物的生长产生一定影响，而使用无人机喷洒技术不会对农作物进行碾压或者损伤，也不会破坏土壤结构，因此能够有效减少对农作物的伤害，确保其正常生长。
2 我国农用植保无人机发展的制约因素
随着我国对农业航空技术的重视，农用植保无人机的使用范围逐渐扩大，且我国各个地区从事无人机生产的企业数量也在增多，特别在经济发展水平较高的地区，农用植保无人机的企业分布更加密集。我国的植保无人机市场虽然具有广阔的应用前景，但是还存在某些制约因素，限制了其市场发展[3]。
2.1 企业规模小，无人机质量参差不齐
我国农用植保无人机企业的密集型较强，通过分析企业规模后发现，很多无人机生产企业规模较小，且使用不同的生产标准，使得无人机的技术方面存在较大的差异性，对产品的质量造成了较大影响。很多企业并不具备独立开发技术的能力，会影响无人机的生产质量。
2.2 缺乏统一的行业标准
我国在对低空和超低空植保无人机进行研发和制造的過程中，并没有形成统一的执行标准及要求，且相关制度存在缺陷，对市场监管机制不完善、行业标准不统一，尤其是基础设施没有完善，对植保无人机产业的发展带来了一定影响。
2.3 国家扶持政策不健全
植保无人机的售价较高，多在5万元以上，且后期维修、维护费用对农户来讲是一笔较高的成本。目前，国家对无人机的扶持还没有全面展开，全国范围内也仅有几个省份将无人机纳入补贴。所以，对于很多农户来讲，购机热情不高，进一步制约了无人机的推广普及。
2.4 无人机售后服务不到位
由于我国植保无人机的发展起步较晚，很多方面没有形成相应的配套制度和服务。比如，无人机使用过程中缺乏专业的人员操作或者指导，针对农用植保无人机的服务及培训工作不到位，没有形成完善的无人机售后服务体系，造成植保无人机的使用感较差，进一步影响了它的发展推广。
2.5 本身缺点的制约
目前，我国遥控植保无人机主要有燃油动力无人机和电池动力无人机两种类型。无人机本身的缺点也会对其应用发展带来一定影响。燃油动力无人机能够承载较多的农药，航行时间长，作业范围大，缺点是售价较高，燃油可能喷洒到农作物上造成污染，且无人机整体维护较为困难，发动机磨损较大。电动无人机售价相对较低，电机寿命较长，且环保无污染、易操作维修，但航行时间短，需要频繁更换电池，需要配置发电机给电池充电。
3 农用无人机喷洒技术的研究进展
3.1 液滴雾化
对于无人机喷洒技术的研究主要集中在两个方面——雾滴沉降规律、防止漏喷和复喷的现象。目前，主要有2种喷头雾滴雾化形式——液化式雾化和离心式雾化。离心式雾化可以减轻喷洒设备的重量，利用发电机供电给喷头电机，使得农药液滴通过离心力甩出形成雾滴。这是无人机最常采用的雾化喷头，可调节喷头的转速改变雾滴的大小。无人机飞行过程中会对周围气流产生影响，从而间接影响农药雾滴的下落，会影响农药的喷洒范围，从而影响到对病虫害的防治效果。为了进一步确保无人机喷洒效果，需要对雾滴的喷洒路径进行更深入的研究[4]。
3.2 运输及沉降过程 农药雾滴在低落和沉降过程中会受到多种因素的影响，因此其运动状态具有不确定性，会出现多种情况。所以，要想研究空气流场中雾滴的运动状态，需要建立数学计算模型。对于运输和沉降的研究，一般是通过在实验室中借助软件来模拟喷雾的过程。通过计算机模型模拟飞行器在航行过程中喷雾的过程，可以反映出雾滴的沉降受风速、雾滴蒸发速度以及空间气流速度等。
3.3 气候条件对喷洒的影响
影响无人机喷洒效果的因素众多，如喷雾时间、不同的地形地势等。此外，无人机机翼旋转产生的气流、喷洒过程中产生的热量以及风速、风向等，也会影响喷洒范围。如何减少药液的飘散和挥发带来的损失是研究的重点。有相关研究表明，当大气温度高于28 ℃时，最好停止喷洒，且雾滴的漂移与风速呈现线性相关。为了控制雾滴的漂移、最大限度地提高农药的使用效率，需要对气候条件进行研究。
4 农用植保无人机的发展趋势分析
4.1 研发安全稳定的移动端操作平台
进入智能化时代，植保无人机产品和移动端智能化操控相结合是重要的研发方向。通过手机APP直接操控无人机，可以对其进行上升悬停、航线规划、GPS导航及虚拟摇杆操作等，并且解决了无人机无法感知及避开障碍物的问题。因此，研发更加稳定、安全且成熟的移动端操作平台，是植保无人机的重要发展方向。
4.2 精准施药技术
提高农药的利用率、减少农药残留和环境污染是无人机的优势所在，而通过研究精准施药技术能够有效放大优势。通过改变变量喷药控制方式来实现精准喷药技术是新的发展方向，开发高效的航空遥感系统是最新的发展趋势。无人机搭载航空遥感技术可以通过空间图像对农作物的生长、营养状况及病虫害进行分析。关于先进传感器的研究，国外已经取得了较大进步，我国对此类技术的研究也相继开展，未来我国的植保无人机精准施药技术会取得更大发展和进步。
4.3 航空植保静电超低容量施药技术
传统的喷雾方式只有25%～50%的药液附着在农作物上，农药利用率低，且对环境带来了污染。使用静电喷雾能够有效增加药液的附着率，减少漂移，同时有效提高药液利用率，减少环境污染。关于航空静电施药技术的研究，国外发展较早且取得了不错的成果，而国内对静电喷雾方面的研究较少。随着技术的不断进步发展，静电喷雾技术会得到更加广泛的应用和发展。
4.4 提高载量和航行时长
植保无人机普遍存在的问题是承载质量较小，且航行时长较短。随着土地流转的增加及土地的集中，高运载量、高航行时长的无人机需求会逐渐增多。提高无人机的载药量，增加飞行时长，能够有效提高无人机效率。此外，高载药量、长航行时间的无人机也会是今后的趋势。
5 结语
通过对国内植保无人机喷洒技术的分析，可以看出国内无人机技术虽然起步较晚，但是在无人机领域的研究取得了长足进步且在持续发展中。随着无人机低空或超低空喷洒技术的不断完善，植保无人机的使用越来越广泛，成为防治病虫害的有效手段。我国的无人机技术还需要进一步发展改进，需要各方面共同努力，如加大研发力度、国家方面提供政策支持等，从而为植保无人机的产业发展奠定稳定道路。总体來说，虽然我国的无人机技术仍然处于起步阶段，但随着国家投入的增加及科技的不断发展，植保无人机会得到更加广泛的应用，促进我国农业的可持续健康发展。
参考文献：
[1] 田士秋.我国农用植保无人机的应用与推广探讨[J].农民致富之友，2018（17）：247.
[2] 娄尚易，薛新宇，顾伟，等.农用植保无人机的研究现状及趋势[J].农机化研究，2017（12）：1-6.
[3] 徐芳.农用植保无人机的应用及市场前景[J].农业装备技术，2016，42（1）：49-51.
[4] 张云硕，史云天，董云哲，等.农用植保无人机喷洒技术的研究[J].农业与技术，2015，35（21）：46-47.
（责任编辑：刘昀）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14954743.htm
