植保无人机飞防作业应用特点与存在问题分析

陆显斌

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 佳木斯农业机械化研究所，黑龙江 佳木斯 154004)

0 引言

随着我国农村土地经营模式的转变，土地的集约化经营增多，农业生产对不同农机过程的工作效率都提出了更高的要求，植保作业是农作物健康生长的有效保证，有利于提高农作物产量。随着科学技术的不断进步，农业植保已经不仅仅局限于传统的轮式机具作业，先进的植保无人机越来越多的应用到农业生产之中，使农业植保工作以全新的形式得以实施。植保无人机的应用有效缓解了农村地区劳动力不足和生产效率低下的问题，同时节省了农业生产的成本投入，能够在一定程度上提高农业经营者的收入。植保无人机在农业生产应用逐渐增多的同时，其实际操作要求高、售后服务滞后、维修成本高等问题也逐渐显现，因此应进一步优化农用植保无人机的产业体系，以保证航空植保技术得到更合理的发展。

1 农用植保无人机应用现状

农用的植保无人机根据结构和飞行的形式大体分为固定翼植保无人机、单旋翼植保无人机、多旋翼植保无人机。固定翼植保无人机具有较高的飞行速度，能够快速对农田实施大范围植保作业，但其操作难度较大、植保精确度低，现阶段更多应用于农田信息采集和严重病虫害的紧急防治；单旋翼植保无人机采用单一大旋翼配合尾翼的形式，具有飞行稳定、作业效率高、雾化植保质量好的优点，但购置成本高、操作难度大，更适合专业人员植保使用；多旋翼植保无人机近年来使用量增长很快，其机型根据旋翼数量可分为四旋翼、六旋翼、八旋翼、十二旋翼等很多形式，多旋翼植保无人机的市场价格相对较低，通常仅为5万～10万元，且农民经过系统的学习后即可掌握操作要点，适合推广使用，但多旋翼植保无人机受到电池能力限制，目前的续航能力不足，且抗风能力差，在一定程度影响了作业效率。

本文以现阶段比较热门的多旋翼植保无人机为例，说明航空植保机械的作业特点和现阶段的主要问题。多旋翼植保无人机主要结构由动力系统、飞控系统、喷施系统三大部分组成，使用时操作人员在农田附近的平坦空地操作无人机作业即可，无人机的智能化程度较高，能实现自动化作业的要求，多旋翼植保无人机作业流程如图1所示。

图1 多旋翼植保无人机作业流程

2 农用植保无人机的应用特点

2.1 自动化程度高

多旋翼植保无人机采用了先进的数据处理系统，能够通过获取田块区域信息后自动生成飞行航线，操作者在植保过程中只需通过远距离遥控即可实现对植保无人机的控制。在实际作业中，大多数的喷药过程不需人工干预，无人机能够按照预设的路线稳定地完成植保作业，且植保无人机配备了高精度的GPS技术和传感器技术，能在农药量不足或电量不足时自动返航，并记忆之前的断喷位置，在充电或添加农药后自动续航，在原位置实现断点续喷的功能，有效避免漏喷重喷问题的发生。

2.2 农药喷施质量高

多旋翼植保无人机能够根据农作物高度和种植密度调整喷施高度和飞行速度，通过低空、超低空匀速喷施提高整体的覆盖均匀性，由于多旋翼的下旋风作用配合高雾化喷头，有效提高了喷雾的渗透能力，能保证药液到达农作物植株各个位置，有利于作物下部和根部的病虫害防治。

2.3 植保作业效率高

多旋翼植保无人机相对于传统的轮式植保机，不受地形条件的制约，具有更高的作业效率，通常情况下多旋翼植保无人机连续作业的工作效率可达4～8 hm2·h-1，达到普通轮式机械植保效率的2～3倍，更是达到传统人工喷施作业效率的50倍以上。但是现阶段植保无人机技术受限于电池作业能力，无法实现长时间的连续生产作业，在一定程度上影响了植保作业的效率，若电池续航能力得到明显提升，则植保无人机的工作效率将会得到更大的提升。

2.4 资源节约与环保优势

多旋翼植保无人机采用专用的高浓度农药，在作业过程中利用高雾化喷头和变量喷药技术能够在区域范围内用最小的喷药量实现最佳的植保作业效果，有效减少农药和水资源的使用量。同时，由于植保过程大多数农药作用于农作物本体，减少了药物喷施对土壤和周边水资源的污染，也同时控制了农作物农药残留严重的问题，有利于食品安全。此外，由于植保无人机作业采用远程控制，操作人员不直接接触农药喷施区域，减少了操作者中毒和影响健康等问题。

2.5 对作物的损伤较小

植保无人机的飞行植保方式相对于传统的轮式植保机械，不会对农作物产生碾压、擦伤等问题，同时不对耕地的土壤产生压实问题，有利于保护土壤的物理结构，有利于农作物均衡生长和根系的良好发育。

3 植保无人机应用存在的问题

3.1 续航能力不足

现阶段的多旋翼植保无人机尽管机身采用了碳纤维为主的材料，但由于需要承载10～15 kg的药液，受限于电池的续航能力，通常的单次作业时间仅为10～15 min，最长不超过20 min，图2为主流多旋翼植保无人机产品的续航能力比较。由于续航能力不足，无人机作业过程中只能采用频繁更换电池的方式，由于飞机往返和更换电池的过程消耗了较多的时间，导致每小时的实际平均工作时间仅为30～40 min，且在此过程中需要大量的备用电池，电池续航能力不足不仅影响了工作效率，也提高了使用成本。

图2 主要植保无人机产品作业能力分析

3.2 雾滴漂移问题

由于多旋翼植保无人机配备了先进的高雾化喷头，这种喷头喷施的雾滴直径相对更小，在风力微弱的条件下能更好地实现药物附着作用，但在风力相对明显时，雾滴的漂移量则显著增加，雾滴的随风飘移会造成农药喷施的不均匀问题，使大面积耕地作业时出现明显的漏喷和重喷现象，造成病虫草害的防治不彻底，并对周边环境产生不利影响。

3.3 先进机型售价仍偏高

尽管现阶段大多数植保无人机的标准配备可控制在4万～6万元左右，但由于实际生产中需要更多的备用电池导致附属成本显著提高，加之大多数地区的植保无人机并未获得农机购置补贴的支持，使农民的购置压力增大，且植保无人机后续使用与维修的费用也较高，造成了农民后续使用成本的增加。

3.4 实际植保能力仍待提高

从现阶段的植保效果来看，多旋翼植保无人机的变量喷药技术和细节考虑仍存在欠缺，例如在多旋翼转动的同时尽管提升了农药雾滴的穿透能力，同时也造成了玉米和高粱等高茎作物的叶片转动，农作物的弯曲、振动、变型在一定程度会影响农药的附着效果，导致无人机飞离后农作物部分区域没有形成雾滴附着，影响植保的全面性。

4 结语

随着我国农业科技化水平的不断提升，农业植保无人机已经被越来越多的农业生产者认可，植保无人机的进一步发展不仅要建立在功能优化、电池性能优化的基础上，更需要政府部门给予足够的政策支持与帮助，相信通过多方面共同努力，植保无人机的技术能力必将快速得到提高，同时农业生产的病虫害防治工作能力也将显著增强。