药肥一体化无人机的应用现状及优化措施*

童舒越 ， 戴盼影 ， 肖乃稼 ， 位小记

（嘉兴职业技术学院，浙江 嘉兴 314036）

无人机技术助力农作物管理，不仅省时省力，节约材料成本，而且喷洒更均匀，效率更高效果更好。药肥一体化无人机采用了播撒器和喷洒器结合的装置来实现药肥一体化，在农业生产中的应用给农业生产者带来了很大便捷，对农作物进行均匀的喷洒、播种、施肥，可提高农作物的产量，减轻农民的工作负担，提高耕种效率，有效防止农民因喷洒农药而导致的中毒问题，无人机药肥一体化技术在农业生产中的应用越来越普及。

1 药肥一体化无人机的工作原理

药肥一体化无人机作业面广，可以集施肥、播种、喷洒于一体。药肥一体化无人机由无人机机体、喷洒系统及播撒系统组成。其中，机体由飞行平台（包括机架、起落架、机身、机壳等）、动力系统（包括电池、电机、电调、螺旋桨等）、控制系统（包括遥控器、接收机、飞控等）组成[1]。

喷洒系统由电磁阀、喷杆、喷头等组成，如图1所示。喷洒器采用超低容量喷雾技术，以一定的压力通过药液管输送到喷杆。喷杆上固定有喷头，喷头将药液雾化喷出，提高了药物的附着力，减少药物流失，形成有效喷洒。使用药肥一体化无人机喷洒农药，效率更高，操作起来不难，可对喷洒区域进行准确判断和精准投放[2]，农药残留少，更绿色，更安全。

图1 喷洒系统

撒播系统由播撒箱、播撒涵道、播撒盘等组成，如图2 所示。种子经过初步筛选去除杂物后放入播撒箱中。播撒箱内的种子被滚轴定量器均匀地分拨到播撒涵道里，再进入高速气流喷射通道[3]。通过涵道扇产生的高速气流将种子沿着播撒盘抛出，作业更加均匀，无死角，效果更好，效益更高，播撒效果较为理想。

图2 播撒系统

2 药肥一体化无人机的应用优势

2.1 作业优势

药肥一体化无人机具有自主规划航线功能，使无人机一键操作实现弓字形自主作业，简单方便，极易操控，减轻飞手操纵负担；机器采用三层油封防护，可水洗、抗腐蚀，对无人机机体有极大的保护作用；采用RTK 厘米级定位，做到作业精准衔接。

药肥一体化无人机可进行大面积统防统治作业，可以对农作物进行精准喷洒，病虫草害防治效果好[4]，还可以减少约30%的农药使用量，节约80%的用水量，绿色环保，保证了农产品质量安全。药肥一体化无人机还可以精准变量播种、施肥，使作业更有效、更均匀，整体作业效果更好。药肥一体化无人机和传统农作方式相比有更大的优势，药肥一体化无人机与传统方式的区别如表1 所示。

表1 药肥一体化无人机与传统方式的区别

2.2 提高农药喷洒的安全性

我国每年因农药中毒的人数高达10万人，致死率约20%[5]。若采用药肥一体化无人机播种、施肥、喷洒农药，可避免人与农药深度接触，从源头解决因喷洒农药造成的中毒问题，保护作业人员的身体健康。

2.3 工作效率高

1）课题组通过对现有的农业工作方式调查，发现人工喷洒普遍效率为12 亩/天～20 亩/天，播种和施肥均为6 亩/天。目前，市场上的药肥一体化无人机即大疆T30无人机喷洒作业量为240亩/小时，施肥流量高达40 千克/分钟～50 千克/分钟，播种流量为8 千克/分钟[6]。为了解该无人机在实际应用中的工作效率，课题组通过对河南省信阳市潢川县来龙乡进行访问调查，得知该地1 亩农田平均需要播种7.5 千克种子、40千克肥料。

2）数据计算：施肥每分钟工作量＝施肥流量/每亩地所需施肥量；播种每分钟工作量＝播种箱容量/每亩地所需播种量。

3）结果显示：大疆T30 无人机在该地平均每天工作5 小时，喷洒作业量为1 200 亩/天，施肥效率为60 亩/小时～75 亩/小时，播种效率约为64 亩/小时，播种施肥流量高达300 亩/天。在人工喷洒效率为12亩/天～20 亩/天，播种和施肥均为6 亩/天的情况下，药肥一体化无人机喷洒效率为人工喷洒的60～100倍，播种、施肥效率约为人工种植的50 倍。

3 药肥一体化无人机存在的问题

3.1 续航时间短

目前，市面上无人机大多使用锂电池，锂电池续航时间基本都在10 分钟～20 分钟，电池续航时间短，导致药肥一体化无人机需要较多备用电池，不能完成长时间飞行任务，飞行效率低。

3.2 无人机成本过高

无人机好用，但使用、保养成本高，搁置不用容易坏，尤其是电池损耗快。如表2所示，通过对无人机的控制系统和动力系统的成本进行调查，发现相关组件价格较高。同时，每年的维护费用较高，操作失误容易导致坠机，增加了无人机在农业作业中的使用成本[7]。

表2 无人机主要组件价格

3.3 专业飞行人员匮乏

随着无人机的普及，无人机飞手也应运而生，但是专业的无人机飞手并不多，特别是专业的药肥一体化无人机飞手。专业飞行人员匮乏导致作业人员无法实现精准喷洒、播种、施肥，难以发挥药肥一体化无人机优质的作业效果。

3.4 管理体系不完善

药肥一体化无人机作业结束后时常会出现零件缺少、部件损坏等问题，地方却没有设置相对应的无人机维修网点，导致药肥一体化无人机后续工作不能安全有效地进行。

4 药肥一体化无人机发展建议

4.1 提高无人机续航时间

课题组通过对不同动力类型的无人机进行调查，发现可以通过改变动力电池的类型来提高无人机的续航时间。现有药肥一体化无人机大多数用的都是锂电池，锂电池续航时间短，可以采用油电混合、氢电池、太阳能电池等动力类型来提高无人机的续航时间。不同动力无人机对比如表3 所示。

表3 不同动力无人机比较

4.2 加大政策扶持力度

政府相关部门可加大推广宣传力度，联合企业对药肥一体化无人机进行推广[10]，让农民充分了解药肥一体化无人机的工作原理及作业优势，认识到药肥一体化无人机是智慧农业发展的趋势。因此，政府需要加大补贴扶持力度，减轻药肥一体化无人机的购机成本。课题组坚信，在政府补贴政策的大力支持下，无人机一定能够助力我国智慧农业的发展。

4.3 培养新型飞行人员

随着科学技术的发展，药肥一体化无人机将在农业生产中发挥着重要作用。培养新型飞行人员逐渐成为无人机发展的重中之重，相关企业和院校要加大培养新型飞行人员的力度。药肥一体化无人机对飞行人员的操控要求比较高，不仅需要熟练地操纵无人机，而且需要充分认识相关农作物的播种方式、施药方式、施肥方式等。因此，需要相关企业或院校加强对飞行人员在无人机技术和农机、农艺的融合等方面的培训力度。

4.4 完善无人机管理体系

农村土地“统一耕种”将会成为新发展趋势，药肥一体化无人机将会在农业上应用更广泛。采取“合作社+农民运作”模式实现对农田的种植和管理，可以有效地完成农业种植工作。建立药肥一体化无人机统一防治管理，可以保障农作物的种植效率，使农业作业规划更方便，作业效率更高。当然，有关生产和销售企业需要完善无人机维修网点，维修网点可以快速解决药肥一体化无人机出现的故障问题，确保飞行作业顺利进行，飞行无忧。因此，相关政府管理部门应该积极发挥引领作用，成立相应的监管部门[11]，鼓励无人机专业合作社参与进来，促进无人机管理体系的完善。

5 结语

综上所述，药肥一体化无人机对于实现农业现代化、智能化至关重要[12-14]。药肥一体化无人机能够形成一个完整的种植体系，高效地完成农业喷洒、播种、施肥工作，极大地提高种植效率，展现优质的作业效果。药肥一体化无人机的应用不仅能够有效推进现代农业的发展，而且必将助力乡村振兴战略的实施。