植保無人機技術原理及其在農業生產中應用特點分析

摘要：隨著我國農業生產技術的提升，植保無人機技術在我國農業生產活動中得到了應用和發展，主要應用于農業生產過程中的藥物噴施等方面。植保無人機是農業航空技術發展和應用的重要體現，在西方發達國家得到了更為廣泛的應用，并且取得的應用效果較好。當前在我國的應用還處于初級推廣時期，加強相關方面的技術應用研究有著十分重要的作用。本文主要分析植保無人機種類、技術原理、在農業生產中的應用特點，并探析應用優化策略。

關鍵詞：植保無人機;技術原理;農業生產;應用分析

我國是糧食種植大國，農業生產是我們國家的重要經濟支撐，農作物生產受到病蟲害的負面影響較大，需要通過開展農藥噴施等方法進行治理。近年來，隨著我國農業經濟結構的不斷調整，農業土地經營和生產不斷向著集約化和規模化方向發展，使得傳統形式的植保工作在效率和質量方面無法滿足當代農業的發展需要。植保無人機技術是隨著科技技術的進步而產生的新型農業技術產物，具有重量輕、體積小、操作靈活和運輸便捷等使用優勢，其在農業生產過程中主要應用于農藥的噴施，可以起到提升作業效率，降低成本支出的作用。隨著我國現代農業行業的不斷發展，加強技術應用方面的研究，對于推動行業經濟實現創新提升起到了重要性作用，同時，當前植保無人機技術在我國還處于初級階段，存在一定的使用限制，因此加強相關技術方面的研究對于提升該項技術的應用效果起到了積極性作用。

一、植保無人機種類分析

植保無人機具有使用效率高、農藥噴灑均勻等應用優勢，對于農業生產工作的開展起到了較大推動作用，特別是當前我國農村地區的勞動力不斷向城鎮地區進行轉移，使得農業生產對于技術的依賴性不斷提升，植保無人機的應用，可以在很大程度上減少人工作業的勞動量和工作難度。植保無人機在品牌、型號和技術特點方面存在一定的差異性。

本文主要從植保無人機飛行特點方面進行種類劃分，分為單旋翼和多旋翼兩大類型。受到機械設計結構等因素的限制性影響，單旋翼類型的植保機以燃油機作為發動機情況較多，但是也有部分電動機形式。多旋翼類型的植保機大多采用電動機。兩種類型的植保機從操作難度方面進行區分，則單旋翼類型無人機操控難度較大，需要專業性人員進行操作;多旋翼類型的無人機因為機型校，因此操作也簡單，并且從技術發展角度和市場需求角度而言多旋翼類型的無人植保機更具發展優勢。多旋翼類型無人植保機，依據其旋翼數量進行分類，有四、六、八、十二等不同數量旋翼機型，可以更好地滿足農業生產需要。多旋翼類型的無人植保機，可攜帶的農藥數量受到自身機型方面的差異性影響，通常在5至20升之間，工作效率較高。

二、植保無人機技術原理分析

（一）植保無人機主要組成結構

在功能組成結構方面，植保無人機主要包含了動力、噴灑、控制、輔助等幾方面的結構。其中動力結構主要包含無刷電機、電調、電源和槳葉。噴灑功能的結構包含噴桿部位、噴頭部位、藥物輸送管路、藥箱、噴藥泵等結構。控制功能部分的結構包含定位接收裝置、陀螺儀、加速度傳感裝置、紅外測距和遙控接收裝置。輔助功能包含起落架、保護罩等配件。植保無人機的運行依靠各結構功能實施配合，可以在指定的速度、高度按照規定路線完成噴灑任務。

（二）植保無人機飛行操控原理

植保無人機實施飛行功能，主要是通過槳葉旋轉來對重力實施克服的，在植保機飛行過程中，利用各電機不同轉速實現前后左右高低方向上的移動等實際功能需求。比如四旋翼類型植保無人機，該機型結構簡單，具有的飛行功能主要包含四個方面：垂直方向的升降、滾轉、俯仰以及偏航。

（三）植保無人機精準定位原理

定位技術是植保無人機重要功能之一，表現形式主要有兩種：一是，利用接收端實施定位功能。通過植保無人機的接收端可以和三個以上的衛星建立位置方面的關系，進而可以對植保無人機實施空間定位。衛星定位技術的應用是較傳統技術方式，精準度和手機、汽車導航等十分相似，以米作為最精準級別。使得植保無人機精量定位、定點懸停等功能較難實現。二是，GPS差分技術的應用。該技術的定位功能是以傳統三維衛星實施的定位技術作為基礎，通過和地面的基站設備實施聯系，開展位置信息方面的精確校正。植保無人機使用的GPS差分技術，通常以單基準站的差分和多基準站局域區域的差分技術作為主要技術應用。該技術的應用可以觀測四顆衛星，在對基站實施三維定位，進而可以保障基站為主具有固定性和精準位置坐標特點。通過植保無人機周圍的基站實施定位，再和植保無人機本身進行定位，對兩者實施對比，然后消除兩者共同誤差，降低了衛星軌道、大氣因素等方面的負面影響，可以使植保無人機的定位實現厘米級別的精準度。

三、植保無人機在農業生產中的應用特點分析

（一）應用優勢分析

植保無人機使用中的優勢主要體現在：一是，對于藥物噴灑的質量高。在實際作業過程中植保無人機使用的是高霧化形式的噴頭和低噴施量相結合的作業方法，利用提前設置好的噴施速度、高度，確保農藥噴灑量可以符合植保需要的前提下，盡可能地減少殘留現象對于人們健康方面的影響。利用植保無人機的槳葉在轉動過程中形成的旋風效果，使農藥可以更好的噴灑在農作物的根部，進而提升農藥噴灑效果和質量。二是，提高農藥的噴灑效率。植保無人機實際作業過程中受到地形方面的限制性較小，并且無人機的體積小，利于攜帶，使用時利用農用車輛、私家汽車等均可以將其運送至農業田中。植保無人機在實施農藥噴灑速度方面和人工作業和輪式機具相比有著明顯優勢，在很大程度上提升了作業效率，降低了工作量。三是，操作人員自身安全系數高。農作物實施農藥噴灑過程中，傳功的作業方式下，會對作業人員造成較大的健康傷害。而植保無人機應用過程中，操控人員只需要對其進行相應的工作范圍設置以及確定起止位置即可。植保無人機會實施自動作業，操控人員只需要在較遠的安全區域內開展查看、位置調整、調整植保無人機工作實際狀態等工作就行，防止了傳統農藥噴灑過程中作業人員直接和農藥進行接觸所具有的危害性。四是，植保無人機對于農田的適應性良好。使用植保無人機實施農藥噴施，其機型體積小，無論是面積較大的農田，還是較小農田地塊，均可使用，并且在作業過程中可以依據最初設定的飛行路線開展工作，減少了傳統作業過程中存在的重復噴灑或者遺漏等方面的問題。

（二）技術不足分析

植保無人機在我國當前農業生產中的應用，存在的技術不足現象，主要體現在以下幾方面：一是，性能方面存在一定缺陷。植保無人機自身的荷載量、續航時間等對于實施植保作業的效率起到了較為直接的影響。當前我國行業內的植保無人機最長續航時間在20分鐘左右，最大的荷載量在20千克左右，最小荷載量僅為5千克，這就使得植保無人機在對較大面積農田實施農藥噴施作業時受到了較為明顯的效率限制。使得植保無人機性能下降，實用性以及操控性能降低，在我國當前農業生產不斷向集約化、規模化發展的趨勢下，在開展大范圍植保作業過程中會發生頻繁更換續航電池和裝載農藥的現象，進而嚴重影響作業效率。二是，植保無人機的施藥設備和技術相對落后。植保無人機所具有的施藥技術屬于實施航空植保作業的核心內容，對于解決我國農業的播種、航測、施肥等工作起到關鍵性作用。但是我國農業產業具有地形十分復雜、不同地域農作物種類不同，使得植保無人機在噴施裝置、技術以及飛行狀態方面的要求不同。當前植保無人機在我國農業領域的應用還處于初期推廣和探索階段，因此存在一定的配套設施不足、缺乏高校施藥技術等方面的問題。除此之外，技術應用質量和精度方面同樣存在一定的缺陷，和西方發達國家相比較而言存在較大差距。三是，缺乏專用藥劑方面的研究。植保無人機受到自身結構和材質方面的約束，對于農藥的類型有著較高要求，對于雜志多、溶解性不良、腐蝕性較強的農藥是不能在植保無人機中進行使用的。但是，當前我國行業內關于開展植保無人機實施農藥噴灑作業所使用的農藥藥劑研究的公司數量不多，使得可以和植保無人機實施配套使用的專業性病蟲害農藥種類較少，并且對于使用標準缺乏行業內統一規定，存在一定的不規范性，導致實際作業過程中專業性藥劑和可混性相關標準方面存在一定的混合比例不標準，藥量以及藥效無法得到有效保障等現狀問題，同時還會對農田作物和周邊環境造成一定的污染和負面影響。

四、植保無人機在農業生產中的應用優化策略探析

（一）加強國家有關部門的管理力度

結合我國現代農業生產特點和需求，國家有關部門和政府機關應加強和加大植保無人機技術的研究與應用。可以通過總結先進國家實施經驗，加大相關的政策引導，對于開展植保無人機研制的公司和企業提供一定的優惠政策，激發企業積極性。并加強植保無人機研制企業、農業經營者、農藥產品研發企業三者之間的合作工作，通過國家有關部門進行組織，利用召開專題會議的形式，將當前行業發展缺陷以及需求等進行較為全面的信息溝通，提升研制效果和效率，進而使植保無人機技術的應用從設備、操控、藥劑等方面得到全面提升，通過改善相關應用數據的蔬菜等，來降低負面影響，提升植保無人機實際工作效率和質量。技術的研發和應用才是突破行業發展瓶頸的重要措施和途徑，建議國家以及政府有關部門加大管理力度和關注程度。

（二）加強植保無人機性能方面的研制

一是，加強大容量續航電池的應用。植保無人機在續航方面使用的是蓄電池，因此蓄電池的最大工作時間是保障植保無人機工作效率的基礎條件。在實際應用過程中可以通過增加植保無人機蓄電池融合以及性能的方式，來提升植保無人機的應用效果和性能。二是，優化植保無人機設計方案。通過加強結構設計方案的優化，提升植保無人機使用過程中對于障礙物的躲閃能力，提升其自我保護能力以及自主飛行方面的性能。也就是加強植保無人機人工智能化方面的研究，來保障其使用性能的提升。三是，加大農業生產部門的指導管理工作。我國現代農業發展過程中，不斷向集約化和規范化方向發展，植保無人機的應用管理問題必然向著規范化方向發展。因此加大農業生產管理部門的管理力度，可以使其利用政府功能和植保無人機研制企業實施更加深入合作，實現技術資源、資金資源的互助，進而加快植保無人機技術的研發和創新發展，改善當前行業內存在的藥液噴灑精度不準等問題。

（三）加強專業人員的培訓

植保無人機的使用需要專業的操控人員進行技術管控，開展日常的保養以及設備維護和維修等多種工作。隨著我國現代農業的發展，植保無人機的應用成為行業發展的重要趨勢，勢必會帶來更多專業型人才的需求，加強現有人才專業性方面的培訓，提升技術人要的操控能力、故障處理能力以及日常保養維護能力等，均可有效保障植保無人機的高效運用。同時還需要加強專業型人才隊伍的建設和創新人才的發展。加強操控人員對于植保無人機理論方面的知識以及實踐技能方面的水平，并在農業經營者群體中選拔具有較強理解能力和較高操作能力人員，使其進入專業人才隊伍中，可以有效解決因操作人員技術不達標而造成的影響植保無人機作業效果和效率的現象發生。

（四）加強植保無人機使用管理制度建設

現代農業的發展依靠的是制度化和規范化管理工作的開展，植保無人機技術的應用同樣需要嚴格的制度規范來有效管控行業發展過程中存在的市場混亂、標準不一等問題，進而可以起到提升植保無人機設計和應用質量的重要性作用。加強相關監督管理工作的參與，來有效解決行業發展過程中存在的責任不清、履職不明等現象。有了健全的行業規定、制度管理和嚴格的監督制度做保障，可以更好地推動植保無人機在我國農業行業的推廣和高效應用。

五、結語

通過本文內容可以看到植保無人機技術在我國農業行業中的應用仍處于初期推廣階段，在技術研究和應用方面存在一定的缺陷與不足。本文主要從植保無人機主要組成結構、飛行操控原理、精準定位原理幾方面進行了植保無人機種類的分析，并從植保無人機在農業生產中的應用優勢和技術不足兩方面開展了植保無人機應用特點方面的分析。在進行植保無人機在農業生產中的應用優化策略探析，主要是從加強國家有關部門的管理力度、提升植保無人機性能研發、加強專業人員的培訓以及健全和落實植保無人機使用管理制度等途徑進行了較為詳細的研究。隨著我國農業的發展以及科技技術的進步，植保無人機技術在農業行業中的應用是必然發展趨勢，因此加強相關應用特點的分析十分重要。

作者簡介：孔祥蕊（1990— ），女，漢族，天津人，本科，助教，研究方向：無人機應用技術。