八旋翼植保無人機在小麥不同生長周期的作業參數優化

吳巧榮

(西安城市交通技師學院，西安 710100)

0 引言

自1940年首次采用飛機進行肥料施用至今，農用飛機應用發展迅速，其中無人機施藥尤為突出。無人機施藥是一種采用無人機對田間作物進行農藥噴灑的工作，在采用藥劑噴灑作業完成病蟲害防治時，無人機通過裝載超聲波、雷達或其他先進的噴灑系統進行大田作業。進行病蟲害防治時，無人機在飛行過程中，結合自主識別系統可以根據地理地形環境不斷調整飛行高度、姿態躲避障礙物，并且依靠先進的噴灑系統實現精準、均勻噴灑作業，可以提高農藥使用效率，減輕植保帶來的生態環境污染，減少人力消耗，無人機施藥有著成本低、人工勞動強度低、不對地面壓實等優勢，近年來，在我國發展農業機械化、智能化的政策要求下，無人機施藥逐漸成為了植保機械的熱點話題。現階段無人機施藥有效改善了農藥利用率低下、施藥成本高等問題[1]。

目前，無人機施藥作業效果主要以葉面霧滴沉積效果為主要評價指標。葉面霧滴沉積效果能直接說明噴灑的農藥霧滴落在葉面上的量。并且，近年來關于此類研究較多，但是在生產生活中，不同生長周期的作物在同一工作參數中葉面霧滴沉積量大相徑庭[2，3]。

本文從實際生產出發，將農機農藝相結合，探索以八旋翼植保無人機為主要作業設備，在不同生長周期的小麥(返青起身期、齊穗期、盛花期)的最佳農藝參數，并對參數進行優化，以便為后續無人機相關飛行作業參數優化提供一定的理論依據與數據支持[4]。

1 植保無人機的發展

在如美國、加拿大等發達國家中有著較為成熟的農業航空體系，通過研究可知高達65%的化學藥劑農業噴灑由飛機承擔。我國從1951年開始研究航空技術在農業上的應用，時至今日收獲頗豐，但距離國外發達國家仍有較大差距，如施藥裝置性能差、噴射出的霧滴對靶性差、化學試劑泄露危害駕駛員健康等問題。農用無人機能有效避免人與化學試劑直接接觸，并且近年來我國學者通過對農用植保無人機的有效噴幅、霧滴沉積、霧滴飄移等參數進行試驗研究，在對靶性與霧滴沉積效果方面得以大幅度提升，從而有效提高了農藥利用率與噴施效果[5]。

目前，我國部分學者通過對算法與衛星導航技術進行探索研究，提出了關于無人機航線規劃的改進措施，從而增強了整體航線規劃的合理性，減少了由于航線問題導致的工作時間與電量不足的問題。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

本研究采用八旋翼植保無人機(智飛極農ZFJN850植保無人機)，采購于河北智飛農業科技有限公司，具有快拆槳，防水、防塵電機，斷點續噴，斷電、斷藥記憶續噴，通過藥液監測系統顯示藥量等優勢，機臂橫向折疊設計，便于運輸。

斷槳保護、無線遙控啟動、遠程控制采用霧化扇形噴頭，對目標地區進行超低量噴霧施藥，其工作參數如表1所示，實物圖如圖1所示。

圖1 智飛極農ZFJN850植保無人機

表1 噴霧施藥工作參數表

本研究采用20 g·L-1的噻呋酰胺(thiafuramide)懸浮劑和10%高氯氟懸浮劑作為噴施藥劑。

2.2 試驗方法

在無人機運行航線上設置若干霧滴收集點，自飛機開始啟動起飛后40 m開始間隔5 m設置一個霧滴收集點，設置水敏紙，大小為40 mm×80 mm。對不同時期小麥，水平設置水敏紙并且在試驗結束后對試紙進行干燥處理并收集，通過軟件分析出相應數據。

3 結果與分析

3.1 小麥返青起身期

3.1.1 霧滴數量

通過試驗數據可知(表2),通過設計專家軟件分析，可得知飛行高度對霧滴數量與覆蓋率差異顯著(p<0.05)。通過試驗數據可知，當飛行速度恒定時，霧滴數量與覆蓋度隨飛機高度上升而減少，且當飛機高度達到2.5 m時，出現最小值。八旋翼植保無人機飛行高度為1 m時霧滴數量達到最大值149.8滴·cm-2，且飛行高度為0.5～2 m時的霧滴數量差異顯著。當飛機高度為2.5 m時霧滴數量遠小于1～2 m時霧滴數量，為70.0滴·cm-2。霧滴數量隨飛行高度升高而減少，且在1～2 m時呈線性分布，所以在小麥返青起身期時，飛機飛行高度參數應處于1～2 m范圍內。

表2 小麥返青起身期八旋翼植保無人機在不同飛行高度參數下藥液沉積效果

3.1.2 覆蓋率

由結果可知，當八旋翼植保無人機飛行速度恒定的情況下，霧滴覆蓋率隨飛行高度升高而降低，且在飛行高度為1 m時得到最大值6.32%，當飛行高度高于2 m時，霧滴數量急速下降至1.05%。且覆蓋率在1～1.5 m時數據呈不顯著分布。

3.1.3 小結

由小麥返青起身期八旋翼植保無人機在不同飛行高度工作時的霧滴數量與覆蓋率數據可知，當飛行速度恒定時，飛機飛行高度處于1～2 m范圍內施藥效果最佳。

3.2 小麥齊穗期

3.2.1 霧滴數量

通過試驗數據可知(表3),通過設計專家軟件分析，可得知飛行高度對霧滴數量與覆蓋率差異顯著(p<0.05)。通過試驗數據可知，當飛行速度恒定時，霧滴數量與覆蓋度隨飛機高度的升高逐漸增大，且當飛機高度達到2 m時，出現最小值。八旋翼植保無人機飛行高度為1 m時霧滴數量為最大值，為150.2滴·cm-2，且飛行高度為1～2 m時的霧滴數量差異不顯著。當飛機高度為2 m時霧滴數量遠小于其他高度霧滴數量，為45.9滴·cm-2。霧滴數量隨飛行高度升高而減少，且在1～2 m時呈線性分布，所以在小麥齊穗期時，飛機飛行高度參數應處于1～1.5 m范圍內。

表3 小麥返青起身期八旋翼植保無人機在不同飛行高度參數下藥液沉積效果

3.2.2 覆蓋率

由結果可知，當八旋翼植保無人機飛行速度恒定的情況下霧滴覆蓋率隨飛機高度升高而降低，且在飛機高度為1 m時得到最大值4.19%，當飛機高度高于2 m時，由結果可知霧滴數量急速下降至1.09%。且覆蓋率在1～1.5 m時數據呈不顯著分布。

3.2.3 小結

由小麥齊穗期八旋翼植保無人機在不同飛行高度工作時的霧滴數量與覆蓋率數據可知，當飛行速度恒定時，飛機飛行高度參數處于1～1.5 m范圍內施藥效果最佳。

3.3 小麥盛花期

3.3.1 霧滴數量

通過試驗數據可知(表4),通過設計專家軟件分析，可得知飛行高度對霧滴數量與覆蓋率差異顯著(p<0.05)。通過試驗數據可知，當飛行速度恒定時，霧滴數量與覆蓋率隨飛機高度上升而減少，且當飛機高度達到2.5 m時，出現最小值。八旋翼植保無人機飛行高度為1 m時霧滴數量達最大值，為138.96滴·cm-2，且飛行高度為1～2 m時的霧滴數量差異顯著。當飛機高度為2.5 m時霧滴數量遠小于1～2 m時霧滴數量，為60.10滴·cm-2。霧滴數量隨飛行高度升高而減少，且在1～2 m時呈線性分布，所以在小麥盛花期時，飛機飛行高度參數應處于1～2 m范圍內。

表4 小麥返青起身期八旋翼植保無人機在不同飛行高度參數下藥液沉積效果

3.3.2 覆蓋率

由結果可知，當八旋翼植保無人機飛行速度恒定的情況下霧滴覆蓋率隨飛機高度升高而降低，且在飛機高度為1 m時得到最大值3.69%，當飛機高度高于2 m時，由結果可知霧滴數量急速下降至1.00%。且覆蓋率在1～1.5 m時數據呈不顯著分布。

3.3.3 小結

由小麥盛花期八旋翼植保無人機在不同飛行高度工作時的霧滴數量與覆蓋率數據可知，當飛行速度恒定時，飛機飛行高度參數處于1～2 m范圍內施藥效果最佳。

4 結論

本研究結果表明在飛行高度為1～2 m時三種不同生長周期的小麥的霧滴數量、霧滴覆蓋率均有不錯的效果，較高的工作高度會減少霧滴附著效果，究其原因可能是高度會導致噴射的霧滴的蒸發效率與漂移概率增加。