威鷹無人機植保與人工植保的對比試驗

朱為德，袁俊云，楊青，尹傳紅

（1.臨沂市森林濕地保護中心，山東 臨沂 276000；2.山東飛思智能科技有限公司，山東臨沂 276000）

據統計，中國目前使用的植保機械以手動和小型機（電）動噴霧機為主，其中手動施藥藥械、背負式機動藥械分別占國內植保機械保有量的93.07%和5.53%，拖拉機懸掛式植保機械約占0.57%，植保作業投入的勞力多、勞動強度大，施藥人員中毒事件時有發生。目前，國內農藥用量越來越大，作業成本高，浪費嚴重，資源有效利用率低下，苗木產量和質量難以得到保障，同時帶來嚴重的水土資源污染、生態系統失衡、林產品品質下降等問題，無法適應現代林業發展的需要。

臨沂市病蟲害爆發季節大部分勞動力以留守的中老年人為主，造成噴藥質量不高，重噴、漏噴現象普遍，長期背負式作業，農藥也會傷害身體，造成作業人員中毒甚至死亡，防治效率低下。鑒于此，研制出適宜林業作業環境的新型植保無人機——威鷹3W-WYV6-07 型V6 旋翼植保機。該植保機的離心式噴頭，采用上下兩部分卡扣式設計，便于維修更換，噴頭上安裝設計訂制的無刷電機，可使藥液霧化直徑達到50～200 um，超過國家執行霧化標準。其軟體藥箱在噴灑過程中利用藥泵吸取藥液所產生的壓力，藥箱會隨著藥液的減少而縮小，始終處于一種飽和狀態，從而實現飛行過程中沒有浪涌的出現，增加飛機的飛行穩定性。

為了對比無人機植保和半機械化人工植保的效果，于2016年7月24日在臨沂市蘭山區李官鎮寨外林場進行了兩種植保方式的對比試驗，對比機具分別為威鷹3W-WYV6-07型V6旋翼植保機和背負式汽油噴霧器。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選在速生白蠟苗圃，屬于暖溫帶季風區大陸性氣候，四季分明，雨量充沛，氣候溫和，全年平均氣溫14.1 ℃，極端最高氣溫36.5 ℃、最低氣溫-11.1 ℃，年平均日照時數2 314 h、降水量849 mm，全年無霜期200 d以上。苗圃地面積2.67 hm2，土壤質地砂壤，pH值7.5，苗木栽植株行距為1 m×1.5 m，平均苗高3 m，冠幅1 m×1.2 m，苗齡2 a，郁閉度0.8。為黃刺蛾（Cnidocampa flavescensWalker）發生區，幼蟲1～2齡，平均蟲口密度48頭/株，蟲株率98%。

1.2 試驗材料

試驗藥劑1為通化綠地農藥化學有限公司生產的25%滅幼脲3 號懸浮劑，是一種昆蟲幾丁質合成酶抑制劑，在環境中降解速度快，對哺乳動物安全，規格為200 ml/瓶，市場價格8.0元/瓶；藥劑2為濟南綠賽化工有限公司生產的有機硅，主要成分為100%精純農用有機硅原液，可提高藥液的附著力，減緩藥液漂移問題，增加藥液的鋪展面積，提高無人機作業效果與效率，規格為100 ml/瓶，市場價格10元/瓶。

噴藥器械1為威鷹3W-WYV6-07型V6旋翼植保機，藥箱容量7L；器械2為杭州驟浩科技有限公司生產的KXF-708 背負式汽油噴霧器，藥箱容量20 L，射程5 M。

1.3 試驗設計

試驗分背負式汽油噴霧器人工組(以下簡稱“人工組”)及無人機組，分別在劃定的圃地進行植保作業，人工組和無人機組各1.33 hm2，試驗圃地土地平整，無障礙物，滿足無人機作業條件。當天天氣多云，風力1 級，氣溫27～35 ℃，噴藥后24 h 內無降水。設定1份農藥量是指0.07 hm2苗圃地的農藥用量，農藥費用按市場價格計算。

人工組：人工組由3 人、4 臺背負式汽油噴霧器組成，2 人噴藥，1 人配藥，配施藥輪流進行。1 份農藥量兌水至40 l左右，一般情況下，單次每桶農藥用量為0.5份。

無人機組：無人機組一般由1 臺無人機、1 名操作手和1 名觀察員組成。作業時，首先估算好作業面積，統一配好藥液，然后灌入無人機藥桶，1 份農藥量兌水至500 ml 左右，根據統計數據，每架次農藥用量為10份。

農藥成本計算方法：1份農藥用量為25%的滅幼脲懸浮劑40 ml，100%精純農用有機硅原液1.2 ml，成本合計1.72 元。無人機組及人工組單次作業農藥成本見表1。

表1 單次作業農藥成本

施藥成本計算方法：作業面積均為1.33 hm2，待施藥結束后，計算作業時間。人工組作業開始后勻速步行，施藥不重不漏，勞動力工資按2元/hm2計算。無人機組作業開始后無人機飛行速度控制在3～5 m/s，作業高度距離苗木頂梢1～2 m，采用衛星定位導航，自動規劃航線，自主按航線飛行并自主接力，作業服務費按市場價1.33元/hm2計算。

1.4 防治效果調查

分別在人工組和無人機組施藥的苗圃地，隨機選取3 塊5 m×6 m 的處理區并做標記，每個處理區苗木數量20株。防治前統計樣株的蟲口數，防治后每2d檢查各處理區樣株蟲口變化情況，計算蟲口減退率（死亡率）。

2 結果與分析

2.1 作業效率

無人機組2人，飛行2架次，作業面積1.33 hm2，用時0.33 h，人均2 hm2/h；人工組3 人，作業面積1.33 hm2，用時5 h，人均0.08 hm2/h。無人機組人均工作效率是人工組的22.6倍。詳見表2。

表2 無人機組、人工組作業效率

2.2 作業成本

人工組作業面積1.33 hm2，用藥20份，農藥成本34.4元，施藥成本600元，總成本634.4元，單位成本475.8元/hm2。

無人機組作業面積1.33 hm2，飛行2 架次，用藥20 份，農藥成本34.4 元，施藥成本400 元，總成本434.4元，單位成本325.8元/hm2。

數據分析結果，無人機組單位總成本325.8元/hm2，比人工組475.8 元/ hm2節約成本150 元/ hm2，節省31.5%。詳見表3。

表3 植保作業成本

2.3 作業效果

從寨外林場苗圃的防治結果來看，兩種作業方式的蟲口減退率均呈現遞增的趨勢，人工組藥后1 d、3 d、7 d、11 d、15 d 的蟲口減退率分別為25.4 %、59.3 %、75.8 %、78.2 %、79.6 %，無人機組藥后1 d、3 d、7 d、11 d、15 d 的蟲口減退率分別為32.5 %、65.2 %、86.4 %、90.7 %、92.3 %。兩種做作業方式均在第15 d 蟲口減退率達到最高值，無人機組比人工組提高16 %。詳見表4。

表4 防治效果對比

從表4 可以看出，人工組3 個重復的蟲口減退率差別較大，無人機組3 個重復的蟲口減退率差別不明顯，分析原因可能是，無人機噴灑均勻，穿透力強，對于葉面的正反面均可以噴灑到，減少了漏噴的可能。同時，無人機在樹冠頂部作業，對于地面機械無法觸及的樹梢等較高部位可有效地進行噴灑，這也是無人機組防治效果好的原因之一。

3 結論

無人機組人均工作效率是人工組的22.6 倍，單位面積總成本節省31.5 %，具有噴灑均勻、高度霧化、環保節約和安全高效等優點；無人機組噴藥15 d的防治效果較人工組提高16%。在試驗中發現，只要保證操作者的視野，無人機可以對高度7 m 的苗木進行噴灑作業，解決了人工噴灑農藥無法完成的高度。無人機植保將是替代傳統半機械化作業的重要模式之一。