包玉花
(溫州科技職業(yè)學(xué)院,浙江 溫州 325006)
農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展命脈,農(nóng)業(yè)航空施藥是保障國(guó)家生態(tài)安全的有效措施,農(nóng)業(yè)航空精準(zhǔn)化在我國(guó)發(fā)展迅速,植保無(wú)人機(jī)具有適應(yīng)能力強(qiáng),作業(yè)效率高,節(jié)省勞動(dòng)力,節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),在農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域擁有非常好的發(fā)展空間,噴頭的霧滴粒徑和對(duì)靶標(biāo)作物的覆蓋率等霧化性能直接影響藥液的噴灑質(zhì)量。
多旋翼無(wú)人機(jī)植保技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多種復(fù)雜農(nóng)作物植保場(chǎng)景中,作業(yè)效率大大提高,但農(nóng)藥的利用率仍有待提高.對(duì)于具有一定縱深的植株,霧滴較難吸附于植物隱蔽部位,致使防蟲防病效果不理想.靜電噴霧技術(shù)利用靜電效應(yīng)使霧滴吸附于植株隱蔽部位,可有效提高霧滴吸附效果,增加霧滴在靶標(biāo)正背面的沉積率,進(jìn)而可提高農(nóng)藥的使用率.因此將無(wú)人機(jī)植保技術(shù)與靜電噴霧技術(shù)相結(jié)合可提高作業(yè)效率和施藥效果.由于在不同噴霧參數(shù)下霧滴沉積效果不同,因此需要研究不同條件下植保無(wú)人機(jī)靜電噴霧霧滴沉積效果,探尋最優(yōu)理論噴霧參數(shù),對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥零增長(zhǎng)具有重要意義。
本文為了研究植保無(wú)人機(jī)不同作業(yè)參數(shù)對(duì)霧滴分布影響,主要采用理論分析,數(shù)值模擬,水敏紙霧滴沉積檢測(cè),試驗(yàn)研究相結(jié)合等研究方法,運(yùn)用高清攝影儀拍攝圖像,編寫霧滴霧化效果的圖像處理程序"Nozzle Droplet Analysis"(噴頭液滴分析),研究了植保無(wú)人機(jī)不同作業(yè)參數(shù)對(duì)霧滴在灌漿期水稻植株上分布的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:為解決水稻生長(zhǎng)中后期車載式植保機(jī)械機(jī)動(dòng)性差、對(duì)棉株的傷害大、費(fèi)藥費(fèi)水的問(wèn)題,組裝了1 臺(tái)多旋翼植保機(jī)。為了研究該多旋翼植保機(jī)在棉田施藥的情況,試驗(yàn)采用水敏紙對(duì)噴霧的沉積量、沉積密度、霧滴中直徑等參數(shù)進(jìn)行采樣和分析,研究分析了多旋翼植保機(jī)在不同飛行高度、不同速度及不同型號(hào)噴嘴工作參數(shù)下對(duì)噴霧的均勻性及沉積量等的影響,通過(guò)交叉試驗(yàn)找出作業(yè)參數(shù)的較優(yōu)組合。結(jié)果表明:飛行速度為 5 m/ s,飛行高度為 2.5 m,噴嘴型號(hào)選取01.5(內(nèi)腔直徑為 1.5 mm),多旋翼植保機(jī)噴霧均勻、工作效率高、施藥效果較好。
該多旋翼植保機(jī)是四旋翼無(wú)人機(jī)。操作控制部分由飛行控制器、GPS定位系統(tǒng)、數(shù)鏈、電子羅盤、超聲波、電調(diào)、無(wú)線遙控系統(tǒng)等組成。多旋翼植保機(jī)噴灑系統(tǒng)主要由藥箱、水泵、水泵控制器、流量計(jì)、扇形噴頭及水管等組成。將藥箱安裝在飛行器的重心處,扇形噴頭安裝在各電機(jī)下方的機(jī)架上(螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生軸向推力,可輸送霧滴快速到達(dá)標(biāo)靶),可以噴灑各類農(nóng)藥,更換不同型號(hào)的霧化部件以滿足不同的作業(yè)要求。該多旋翼植保機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自主飛行、精準(zhǔn)噴灑、智能規(guī)劃作業(yè)航線等功能,以上功能為多旋翼植保機(jī)施藥提供了很好的穩(wěn)定性,保證了后續(xù)試驗(yàn)的可靠性。
該多旋翼植保機(jī)單次作業(yè)時(shí)間為 10~15 min,可作業(yè)高度 1~30 m,最大飛行速度 6 m/s,藥箱容積10 L,施藥不受地形和作物高低的限制。試驗(yàn)還需準(zhǔn)備水、水桶、水敏紙、霧滴分析軟件、掃描儀、橡膠手套、密封袋、溫度計(jì)、風(fēng)速測(cè)量?jī)x等。
本試驗(yàn)在溫州瑪納斯縣水稻田進(jìn)行,水稻在生育期。試驗(yàn)地塊為 21 m×100 m(約0.21hm)2的區(qū)域。試驗(yàn)時(shí),需要定時(shí)測(cè)量和記錄該試驗(yàn)期間的溫度、風(fēng)速和相對(duì)濕度。
環(huán)境溫度 33 ℃,相對(duì)濕度 30%,環(huán)境風(fēng)速 0.8~1.4 m/s,噴嘴流量 1.25 L/min,噴霧壓力 1.0 MPa。
多旋翼植保機(jī)施藥試驗(yàn)方案與結(jié)果分析
為探究該多旋翼植保機(jī)在不同飛行速度、高度和不同型號(hào)的噴嘴作業(yè)對(duì)霧滴沉積密度、霧滴直徑和覆蓋率的影響,本試驗(yàn)采用綜合平衡法,選出較優(yōu)組合,試驗(yàn)方案與結(jié)果分析。因素主次順序?yàn)椋篈 B C,選定較優(yōu)組合為:A2B2C2。當(dāng)然,還要進(jìn)一步做校核試驗(yàn),以確定最優(yōu)組合。
使用綜合加權(quán)評(píng)分法進(jìn)一步校核試驗(yàn),經(jīng)計(jì)算得出綜合加權(quán)評(píng)分值,最后按單指標(biāo)分析出總的結(jié)果。
霧滴沉積密度是衡量農(nóng)藥藥效發(fā)揮好壞的指標(biāo),使用水敏紙來(lái)檢測(cè)該多旋翼植保機(jī)在水稻植株各層的霧滴沉積密度如表 1。
表1 多旋翼植保機(jī)施藥?kù)F滴在水稻各采樣點(diǎn)的沉積密度(單位:滴·cm-2)
由表 1 可以看出:上層正面和中層正面沉積密度較大,其余采樣點(diǎn)沉積密度都較小。這說(shuō)明該多旋翼植保機(jī)低量施藥作業(yè)時(shí),螺旋槳的下旋風(fēng)在水稻中層以下對(duì)霧滴的穿透性急劇減小。農(nóng)藥藥效的發(fā)揮在下層的效果要小于上層和中層。
施藥時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速、濕度和溫度會(huì)影響霧滴的沉積量和漂移。為了分析 01.5 噴嘴噴霧霧滴分布的均勻性,本文使用霧滴沉積量分布變異系數(shù)CV 來(lái)衡量該多旋翼植保機(jī)噴霧的均勻性。
探究多旋翼植保機(jī)定速或定高作業(yè)各對(duì)霧滴沉積密度和霧滴直徑的影響時(shí),選用水敏紙采集霧滴,霧滴在水敏紙上會(huì)有很小的擴(kuò)散造成系統(tǒng)誤差,但水敏紙能夠近似反映出霧滴分布情況,提供理論依據(jù)。每組試驗(yàn)取上層正面 6 個(gè)采樣點(diǎn)。
通過(guò)田間試驗(yàn)得出該多旋翼植保機(jī)施藥?kù)F滴分布的數(shù)據(jù)表明:該植保機(jī)噴霧較均勻,作業(yè)效率高,施藥效果較好。為研究該多旋翼植保機(jī)在不同作業(yè)參數(shù)下的霧滴分布情況,根據(jù)各組試驗(yàn)采樣數(shù)據(jù),分析水稻各冠層的霧滴沉積分布。借助綜合平衡法與綜合加權(quán)評(píng)分法分析得出作業(yè)參數(shù)設(shè)置為飛行速度 5 m/s、飛行高度 2.5m、噴嘴型號(hào)選取 01.5 時(shí),該多旋翼植保機(jī)施藥效果最好,噴灑較均勻,農(nóng)藥在水稻植株上層和中層的沉積量相對(duì)較多,有效利用率較高,防治效果較好,但是下層的農(nóng)藥利用率使用較低。借助控制飛行速度方法分析霧滴分布情況可知:當(dāng)作業(yè)高度升高時(shí),下旋風(fēng)不能完全穿透水稻葉片,因此霧滴在到達(dá)標(biāo)靶之前,自然風(fēng)速、風(fēng)向和溫度都會(huì)較大程度的影響霧滴的分布情況,造成霧滴飄移、沉積量下降;而飛行高度降低時(shí),大部分霧滴會(huì)隨著下旋風(fēng)穿透水稻冠層沉積到地面,標(biāo)靶上的霧滴沉積量就會(huì)下降,造成農(nóng)藥的浪費(fèi)和污染環(huán)境。上述結(jié)論表明,本文所做分析對(duì)多旋翼植保機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展具有一定程度的指導(dǎo)意義。