王文靜 文竹 彭麗镕

摘要：地球表面的山地面積約占總面積的四分之一而全世界十分之一的人口都是居住在山地地區(qū)的，而且他們大部分都需要依靠山地地區(qū)的資源，在我國(guó)，山地所占的面積大約是國(guó)土總面積的三分之二，我國(guó)有部分省份屬于山區(qū)，所以現(xiàn)在多旋翼無(wú)人機(jī)在山地植保是一種新型技術(shù)。

關(guān)鍵詞：多旋翼無(wú)人機(jī);山地植保;應(yīng)用

我國(guó)山區(qū)與丘陵的面積占全國(guó)國(guó)土面積的65%左右。山地果園矮化密植水平低，病蟲(chóng)害誘導(dǎo)率高，噴施化學(xué)農(nóng)藥仍然是病蟲(chóng)害防治的主要方法。選擇適宜的施藥機(jī)械方式，不僅可以節(jié)省果園生產(chǎn)成本，提高水果品質(zhì)，也有利于果園的綠色可持續(xù)發(fā)展。在勞動(dòng)力不斷減少和人工成本不斷攀升的趨勢(shì)下，果園只有大面積采用機(jī)械化作業(yè)，才能在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中生存。為此，研究適用于山地植保農(nóng)藥噴施作業(yè)的省力化及自動(dòng)化裝備具有廣闊的應(yīng)用前景。

一、多旋翼無(wú)人機(jī)的概述

多旋翼無(wú)人機(jī)是一種具有垂直起降的無(wú)人機(jī)，由于其體積小攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注以及應(yīng)用。在民用方面，主要用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、航拍、數(shù)傳、快遞、農(nóng)業(yè)方面中的施肥噴農(nóng)藥等方面，在軍事方面主要用于反恐、監(jiān)測(cè)、巡邏、地面通信等方面，在特殊地區(qū)（如新疆等高海拔、氣候條件惡劣的地區(qū)），高壓線、大橋、高速路段等的檢測(cè)。相比較于有人控制的旋翼機(jī)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，成本更加低廉，在危險(xiǎn)多發(fā)區(qū)域，對(duì)人的生命起到更加好的保護(hù)，并且無(wú)人機(jī)對(duì)于起飛場(chǎng)所沒(méi)有限制，穿越障礙物的能力更加強(qiáng)，起降次數(shù)更加頻繁，不需要復(fù)雜的維護(hù)。旋翼無(wú)人機(jī)能實(shí)現(xiàn)垂直起降、懸停、盤(pán)旋等任務(wù)，因此受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。

根據(jù)無(wú)人機(jī)的機(jī)翼類型和產(chǎn)生的動(dòng)力方式可以將無(wú)人機(jī)分為固定翼無(wú)人機(jī)和旋翼無(wú)人機(jī)兩類，固定翼無(wú)人機(jī)依靠的是高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)翼與空氣之間形成真空，產(chǎn)生氣壓差，來(lái)抵消自身的重力，因此固定翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)速度以及自身的姿態(tài)有關(guān)，固定翼無(wú)人機(jī)主要用于軍事方面，通常攜帶武器，作為投彈、遠(yuǎn)距離打擊。旋翼無(wú)人機(jī)又可以被分為單旋翼無(wú)人機(jī)、三旋翼、四旋翼無(wú)人機(jī)、六旋翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)，常見(jiàn)的單旋翼無(wú)人機(jī)，體積比較大，單旋翼使得地平效應(yīng)凸顯出來(lái)，對(duì)其控制難度增大，四旋翼無(wú)人機(jī)相比較于單旋翼無(wú)人機(jī)，是通過(guò)四個(gè)槳片兩兩不同的轉(zhuǎn)向不同來(lái)抵消旋轉(zhuǎn)力矩，不需要單獨(dú)加尾翼來(lái)抵消主旋翼產(chǎn)生的扭矩，并且四旋翼無(wú)人機(jī)將動(dòng)力源分配到四個(gè)機(jī)架末端，可以減小地平效應(yīng)帶來(lái)的對(duì)起飛場(chǎng)所的較為嚴(yán)格的要求;和固定翼無(wú)人機(jī)不同的是旋翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力是通過(guò)安裝在“十”字末端的四個(gè)槳片獲得，與機(jī)體的運(yùn)行速度和姿態(tài)沒(méi)有關(guān)系。目前市面上使用的無(wú)人機(jī)一般為四旋翼無(wú)人機(jī)，其提供的動(dòng)力大，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，飛行空間要求不高。固定翼無(wú)人機(jī)由于動(dòng)力與速度有關(guān)，所以固定翼無(wú)人機(jī)沒(méi)法實(shí)現(xiàn)懸停，但是旋翼無(wú)人機(jī)也由于自身的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)凸顯出動(dòng)力源功率低、續(xù)航時(shí)間短、在某些極端環(huán)境下出現(xiàn)較多故障、且負(fù)載小等缺點(diǎn)。

多旋翼作為旋翼無(wú)人機(jī)的一種，不但具有垂直起飛降落、定點(diǎn)懸停、側(cè)飛、倒飛等特點(diǎn)，而且具有非常穩(wěn)定的飛行姿態(tài)，極大程度上降低了對(duì)使用環(huán)境的要求，具有廣泛的應(yīng)用前景。多旋翼無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，出現(xiàn)了較多針對(duì)行業(yè)應(yīng)用的機(jī)體類型，但是性能可靠、穩(wěn)定的多旋翼飛行控制系統(tǒng)卻寥寥無(wú)幾，這在一定程度上限制了多旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍。為擴(kuò)展多旋翼的應(yīng)用范圍，多旋翼飛控統(tǒng)已成為多旋翼無(wú)人機(jī)應(yīng)用研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

近年來(lái)，隨著智能硬件向小型化、低成本、低功耗的方向邁進(jìn)，硬件成本不斷走低，為無(wú)人機(jī)制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

二、多旋翼無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

多旋翼植保無(wú)人機(jī)采用智能操控，操作手通過(guò)地面遙控器及GPS定位對(duì)其實(shí)施控制，操作簡(jiǎn)單，控制精確。還能通過(guò)搭載視頻器件，實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時(shí)傳輸、姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，對(duì)農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便快捷，安全穩(wěn)定。多旋翼植保無(wú)人機(jī)具有作業(yè)高度低，飄移少，可空中懸停，無(wú)需專用起降機(jī)場(chǎng)，旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流對(duì)作物的穿透性，防治效果高，遠(yuǎn)距離遙控操作，噴灑作業(yè)人員避免了暴露于農(nóng)藥的危險(xiǎn)，提高了噴灑作業(yè)安全性等諸多優(yōu)點(diǎn)。多旋翼植保無(wú)人機(jī)采用噴霧噴灑方式至少可以節(jié)約50%的農(nóng)藥使用量，節(jié)約90%的用水量，這將很大程度的降低資源成本。噴灑裝置有自穩(wěn)定功能，確保噴灑始終垂直地面，防治效果全面。多旋翼植保無(wú)人機(jī)環(huán)保，無(wú)廢氣，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保和綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展要求;易保養(yǎng)，使用、維護(hù)成本低;整體尺寸小、重量輕、攜帶方便;提供農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)電源保障。

三、多旋翼在山地植保中的探究

植保無(wú)人機(jī)是一種山地植保作業(yè)的無(wú)人駕駛飛機(jī)，中國(guó)已經(jīng)成為全球植保無(wú)人機(jī)量最大的國(guó)家，對(duì)于植保飛防行業(yè)而言，還有大量以山地為種植區(qū)域的經(jīng)濟(jì)作物作業(yè)場(chǎng)景有待開(kāi)發(fā)，大量分散的耕地作業(yè)場(chǎng)景的作業(yè)效率與經(jīng)濟(jì)性有待優(yōu)化。無(wú)人機(jī)打藥在大田作物如水稻、小麥、玉米上的防控是非常良好的，但是在果樹(shù)上成功的案例還是相當(dāng)少的。一般的果樹(shù)多種植于山地、丘陵、地形會(huì)限制無(wú)人機(jī)的飛行，一般的無(wú)人機(jī)噴藥有可能打不到葉片背面和樹(shù)冠內(nèi)堂，這就給了害蟲(chóng)一個(gè)逃避的空間。不能完成大面積作業(yè)也是個(gè)問(wèn)題，高空施藥的濃度較地面用藥的高，空氣漂移帶來(lái)的污染問(wèn)題必須考慮，所以現(xiàn)在有很多的果園都是建在水源地附近的。在我國(guó)的南方，山地丘陵是一種比較常見(jiàn)的地形，而在這些地區(qū)，如果種植水稻、小麥等農(nóng)作物顯然不科學(xué)。

為了充分利用這些土地，人們往往在這些地區(qū)種上橙子、橘子、楊桃等果樹(shù)，不僅充分利用了土地，還能給自己帶來(lái)一筆不菲的收入，但是，山地丘陵不同于平原地區(qū)，不方便灌溉、施肥及噴藥。特別是在病蟲(chóng)害集中發(fā)生的時(shí)節(jié)，果農(nóng)更是恨不得自己有三頭六臂，能把農(nóng)藥一次性噴下去，好控制病蟲(chóng)害情況。此時(shí)，利用一臺(tái)多旋翼植保無(wú)人機(jī)來(lái)噴灑農(nóng)藥就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題了，不僅不受海拔限制的影響，在高海拔地區(qū)也是沒(méi)問(wèn)題的，而且機(jī)身振動(dòng)小，可以搭載機(jī)密的儀器，噴灑農(nóng)藥更加的精準(zhǔn)。

多旋翼無(wú)人機(jī)在山地植保領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在工作的過(guò)程中，無(wú)人機(jī)多個(gè)旋翼產(chǎn)生的下洗氣流風(fēng)場(chǎng)可以增加噴灑藥性的滲透性，提高噴灑的效果，減少農(nóng)藥消耗。然而，現(xiàn)有的多旋翼植保無(wú)人機(jī)也存在一些不足，主要表現(xiàn)在下洗氣流風(fēng)場(chǎng)對(duì)藥液噴灑流場(chǎng)的影響是非均勻的、非恒定的、不可控的。所以多旋翼無(wú)人機(jī)可實(shí)現(xiàn)山地植保的節(jié)水灌溉，在果樹(shù)的生長(zhǎng)過(guò)程中，需要隨時(shí)了解土壤的濕度變化情況，利用無(wú)人機(jī)就可以自動(dòng)化農(nóng)藥定量噴灑，減少農(nóng)藥對(duì)土壤環(huán)境的污染破壞，更能節(jié)約水量和農(nóng)藥，利用無(wú)人機(jī)噴灑藥物還可增加農(nóng)藥對(duì)果樹(shù)的穿透性，更好的保證果樹(shù)的生長(zhǎng)環(huán)境。

四、結(jié)語(yǔ)

不久的將來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多旋翼無(wú)人機(jī)的工作效率，多旋翼無(wú)人機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)使它在未來(lái)市場(chǎng)前景被看好，但是也面領(lǐng)著許多的問(wèn)題，在電力巡航、物流運(yùn)輸、植保等領(lǐng)域電動(dòng)無(wú)人機(jī)的載重及續(xù)航時(shí)間成為制約發(fā)展的原因，此時(shí)，燃油動(dòng)力多旋翼無(wú)人機(jī)憑借其大載重與長(zhǎng)航時(shí)的優(yōu)點(diǎn)為市場(chǎng)帶來(lái)曙光。

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作者簡(jiǎn)介：

王文靜，女，（1993—），貴州貴陽(yáng)人，一直從事農(nóng)業(yè)科技信息服務(wù)工作。

基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目：18軸100公斤級(jí)智能植保無(wú)人機(jī)研發(fā)，合同編號(hào)：黔科合支撐[2018]2370號(hào)。