植保無人機飛防優勢及其注意事項

丁全利，郭鳳艷

(1.通化縣農業綜合行政執法大隊，吉林 通化 134100；2.通化縣快大茂鎮綜合服務中心，吉林 通化 134100)

0 引言

無人機目前主要應用至農業生產(植保飛防與遙感技術)、安防工作(偵查、搜索、追蹤等)、創意航拍、巡檢、導航及測繪等[1-2]。農用植保無人機在農業生產各項作業環節，在播種、植保、病蟲害預防、農作物長勢監測及作物產量預測等方面具有眾多應用優勢，與傳統農業相比，無人機具有精準作業、高效環保、操作簡單、自動化及智能化程度高等特點，可以顯著提升農業生產效率，保障我國糧食安全，加快農業現代化發展[3-5]。

由于植保無人機在我國農業生產中發展時間較短，相關技術及規范體系相對不完善，進而引發了相關植保無人機飛防事故，或者植保無人機飛防效果不佳等現象。因此，分析植保無人機飛防優勢及其注意事項，對于推動農用植保無人機技術的發展具有重要意義。

1 植保無人機的定義及發展優勢

1.1 定義

植保無人機是指用于農林植物等保護作業工序的無人駕駛飛機，主要通過地面工作人員進行遠程遙控對無人機的飛行路線進行規劃，進而完成農林植物的病蟲害防治、葉面肥噴施等作業[6]。

1.2 分類

1.2.1 按不同飛行平臺分

植保無人機按照飛行平臺不同可以分為直升機植保無人機、多旋翼植保無人機[7]。

1)直升機植保無人機。主要是通過調整飛機的主槳實現植保無人機的運動，具有統一且穩定的下壓風場，在空中具有更強的穿透力，但是結構較為復雜，對操作人員的專業技術水平要求較高，當出現故障時，需要較長的維修周期。

2)多旋翼植保無人機。按照旋翼數量又可以分為四旋翼、六旋翼、八旋翼，甚至十八旋翼等。多旋翼植保無人機是目前應用最為廣泛的新型植保無人機，具有操作方便、結構簡單、價格相對較為低廉等優勢，在進行農業操作時，不需要專門的飛機起降場地，起降較為方便。目前市面上，多旋翼植保無人機還引入了路線規劃系統，在進行噴灑作業時，可以避免重噴、漏噴等現象。但是由于飛行平臺較小，導致無人機載重質量及續航時間較低，由于存在多個旋翼，在空中飛行過程中會存在多個互相干擾的風場，植保效果較直升機差。

1.2.2 按動力類型不同分

植保無人機按照動力類型的不同可以分為油動無人機及電動無人機，目前，我國主要以電動植保無人機為主。目前主要分為油動直升機植保無人機、電動直升機植保無人機、電動多旋翼植保無人機。

1)油動直升機植保無人機。具有續航時間長、載重大等優勢，但是在使用過程中存在機器調試困難、壽命相對較短等特點，其發動機使用壽命僅為300 h左右，機器維護成本較為昂貴，操作人員需要經過專業、嚴格的技術培訓才可以進行操作。目前主要以日本雅馬哈為主要生產廠家，在日本使用較為普遍，其使用費用約為1 500元·hm-2，這也是日本水稻價格遠高于市場平均價格的主要原因之一[8]。

2)電動直升機植保無人機。是由于油動直升機植保無人機發動機壽命短、維護成本高而逐漸發展起來的新型直升機植保無人機，目前以鋰電池作為主要動力來源，雖然電機使用壽命在逐漸提高，但是其續航能力及載重質量都逐漸下降，因此，直升機植保在我國市場中的保有量遠低于多旋翼植保無人機的數量。

3)電動多旋翼植保無人機。主要特點為操作簡單，性能可靠，是目前市面上的主流機型之一，操作人員經過十天培訓就可以熟練操作，但是由于鋰電池性能在續航方面較差，因此，需要頻繁更換電池保證機器的作業。

1.3 應用優勢

1.3.1 提高作業效率

農用植保無人機的作業效率是傳統人工作業的60倍以上，且存在自動路線規劃系統，可以避免重復作業或者遺漏。隨著農業集約化、大型化發展，農業耕地逐漸集中，當幾千畝耕地出現病蟲害，無法依靠人力進行快速防治，而使用農業植保無人機可以在最短的時間內解決大面積病蟲害的問題，提高作業效率，對于實現我國糧食高產穩產具有重要意義。

1.3.2 作業效果良好

植保無人機在進行農業作業時，可以將藥物快速噴灑，并且下行氣流可以促進霧滴更好地附著在植株葉片及根莖部，提高作業效果。

1.3.3 操作簡單

據統計，每年由于人工噴藥導致的農藥中毒人數約為10萬人左右，其中還存在一定比例的死亡人數，傳統病蟲害防治方式主要依靠人力背負進行噴灑藥物，人體處于有毒液體環境中，一旦不注意防護便會出現人員中毒現象。植保無人機操作簡單。起降方便，且對操作人員的培訓周期短，對人員專業知識要求不高，利用植保無人機進行防治工作，可以保持人員遠離作業區域，保證工作人員的身體健康，還可以減少農藥殘留造成的土壤、水流環境污染等問題。

2 植保無人機的基本結構及系統組成

由于目前植保無人機主要以多旋翼植保無人機為主，因此，針對多旋翼植保無人機的基本結構及組成進行系統闡述與介紹。因此，在下文出現“植保無人機”，默認為“電動多旋翼植保無人機”。多旋翼植保無人機主要由飛行系統、動力系統、鏈路系統、機身部件等構成。

2.1 飛行系統

飛行系統主要是通過內部高級算法對無人機的飛行姿態、航線規劃等進行數據處理與分析，進而通過控制單元實現無人機的平穩飛行。飛行系統主要包括控制單元、IMU(慣性測量單元)、GNSS指南針、執行模塊、PMU(電池管理系統)等構成，如圖1所示[9]。

圖1 多旋翼植保無人機飛行系統的組成

2.2 動力系統

多旋翼植保無人機的動力系統主要包括電池系統、充電裝置、電子調速器、無刷電機、螺旋槳等構成。電池是整體儲電系統，為植保無人機的工作提供動力，充電器主要是為電池進行充電，電子調速器屬于能量轉化裝置，將電能轉化為機械能保證多旋翼無人機作業；螺旋槳是最終產生升降力的部分，主要結構及組成如圖2所示。

圖2 多旋翼植保無人機動力系統組成及作用示意圖

2.3 鏈路系統

鏈路系統是多旋翼植保無人機的信息傳輸系統，是無人機與地面操作人員之間溝通的“橋梁”，地面部分屬于信號“發射器”，空中部分被稱為信號“接收器”，目前還支持視頻語音等信息傳輸功能，一般為3條通信鏈路，如圖3所示。

圖3 多旋翼植保無人機通信鏈路

2.4 機身部件

多旋翼植保無人機機身部件又稱為“機架”，主要是對相關設備起到支撐功能，主要包括機臂、電機座、主機身及腳架等組成。

3 植保無人機飛防操作規范及注意事項

3.1 植保無人機飛防管理要求

植保無人機飛防要求如表1所示。

表1 植保無人機飛防管理要求

3.2 植保無人機飛防注意事項

影響植保無人機飛防及作業效率的主要因素包括氣候因素、電磁信號因素、地面因素等。在氣候因素中，風力是影響植保無人機飛防作業的主要因素，在進行飛防作業前，應明確無人機自身抗風等級，并且保證無人機可以適應飛行環境，在風速較大時，應盡量避免無人機飛至下風向，會導致無人機返回困難或者電量耗盡等問題。大氣溫度會影響電池的放電性能，從而影響無人機的飛行狀態。

應避免在較強磁性的區域飛行，如大量鐵柵欄、停車場或帶有地下鋼筋的建筑區域飛行，如果距離過近，較強的磁場會對植保無人機的磁羅盤產生干擾，同時，應注意與地面建筑物的高度。

由于飛防藥劑的稀釋比例較小，所以不能選用劇毒或者高度農藥，否則會導致中毒現象，常見的農藥，如甲拌磷、對硫磷、久效磷等不可做為飛防藥劑。

4 結論

農用植保無人機在農業生產各項作業環節，在播種、植保、病蟲害預防、農作物長勢監測及作物產量預測等方面具有眾多應用優勢，與傳統農業相比，無人機具有精準作業、高效環保、操作簡單、自動化及智能化程度高等特點，可以顯著提升農業生產效率，保障我國糧食安全，加快農業現代化發展。