魏 禮，吳愛茹，褚春年

（陜西省西安市農(nóng)機監(jiān)理與推廣總站，西安 710065)

在農(nóng)業(yè)機械化轉型升級發(fā)展趨勢下，農(nóng)用無人機的應用范圍規(guī)模快速擴大。與傳統(tǒng)機械化植保方式相比，農(nóng)用無人機更能達到高效化、自動化、省力化等精準農(nóng)業(yè)機械發(fā)展目標，化學藥劑和顆粒肥基本均勻噴灑。目前，農(nóng)用無人機多用于病蟲害防治中，其他功能相對較少。秋淋多雨天氣，機械進地困難，農(nóng)用無人機應用于小麥播種作業(yè)發(fā)揮了重要作用。

一、農(nóng)用無人機技術現(xiàn)狀

1、農(nóng)用無人機應用優(yōu)勢

農(nóng)用無人機可承載農(nóng)藥化學制劑，均勻噴灑，與人工操作相比成本大大降低?，F(xiàn)階段，農(nóng)用無人機的使用規(guī)模范圍快速擴大，其機械結構性能也全面得到了優(yōu)化[1]。與傳統(tǒng)植保方式相比，應用無人機作業(yè)可提升工作效率，節(jié)約資源。農(nóng)用無人機具有自動操控和無人駕駛的特性，能夠實現(xiàn)精準噴灑和全面覆蓋，損耗比例達到最低[2]。

2、農(nóng)用無人機的目前發(fā)展現(xiàn)狀

20 世紀40年代以后，美國針對農(nóng)業(yè)機械化領域開始首次嘗試運用旋翼式與固定式兩種飛機進行噴灑化學殺蟲藥劑的操作。與國外現(xiàn)有的成熟技術相比，國內(nèi)現(xiàn)有農(nóng)用無人機操作控制實施方案正在逐步轉變與優(yōu)化。有人駕駛操控的農(nóng)用飛機無法嚴格確保噴灑藥物的最佳精準度；無人機噴藥模式下，藥液易隨氣流產(chǎn)生移動，很難保證藥液完全融入到指定區(qū)域的土壤中[3]。

近年來，無人機開始逐步用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐領域[4]。農(nóng)用無人機具有運行靈活與快捷的優(yōu)勢，符合了節(jié)省人力、精準施藥的機械化高質量發(fā)展目標。種植大戶和無人農(nóng)場，全面推廣適用無人機自動化噴藥控制作業(yè)模式勢在必行。

二、農(nóng)用無人機技術應用要點

1、無人機的組成結構體系

目前，多數(shù)種類型號的農(nóng)用無人機至少需要機載平臺、飛機平臺、遙控操作感知和作業(yè)系統(tǒng)等關鍵性機械系統(tǒng)基本組成部分[5]。不帶有駕駛室的直升機載體可以被設計為單旋翼的飛行載體，機載系統(tǒng)可以達到自動感知飛行方位高度、飛行速度以及飛行空間位置參數(shù)的目標。技術人員合理設置作業(yè)參數(shù)指標，確保達到自動化與智能化的飛行控制調(diào)節(jié)效果。無人機搭載的自動化遙控操作系統(tǒng)平臺模塊設有機載裝置與地面控制裝置，有益于實時控制監(jiān)測現(xiàn)有的作業(yè)流程[6]。

2、無人機作業(yè)流程步驟

首先是設計航線以及確定無人機的起飛點，對于總體性的飛行計劃進行科學確定。然后是加載操作飛行計劃，確保無人機起飛達到特定的高度要求標準，對其實施自動化懸停處理。無人機準確進入預設飛行航線后，全面展開噴灑藥劑操作。最后，準確返回預設起飛點，實現(xiàn)了程自動飛行噴藥控制操作[7]。

3、無人機的作業(yè)參數(shù)設置

只有設定合理科學的機械運行參數(shù)，才能有效降低農(nóng)用無人機系統(tǒng)操控實施成本?？茖W設計無人機裝置系統(tǒng)的各項作業(yè)參數(shù)，重點包含了單位用藥總量、噴灑藥物高度、飛行速度與噴頭流量等。一般，應確保限定在每分鐘1 L 左右的機械噴頭流量，并對現(xiàn)有的機械噴頭流量參數(shù)進行必要優(yōu)化調(diào)整。無人機最佳藥物噴灑高度在3 m 左右，最高不超出6 m。

4、無人機的實踐成本效益

無人機的機械系統(tǒng)運行成本效益有多個影響要素，多數(shù)情況下，系統(tǒng)運行綜合效率指標決定于機械預設參數(shù)以及機械自動操作控制的準確度等。自然氣候條件以及作物種類規(guī)模等因素也會顯著影響機械運行效率。惡劣氣候條件下，無人機操作運行速度將會受到嚴重不利影響，無法確保作業(yè)效果。

三、農(nóng)用無人機的技術研發(fā)改進措施

1、合理控制無人機的飛行速度與高度

飛行速度與飛行高度參數(shù)都是非常關鍵的無人機自動控制參數(shù)指標，沒有得到科學優(yōu)化，將會造成農(nóng)用無人機運行使用存在明顯偏差[8]，嚴重時還會造成藥液損耗，無法確保精準施藥，造成資源浪費和環(huán)境污染。農(nóng)用無人機如果懸停在相對較高的飛行高度，則藥液降落時的偏移與蒸發(fā)比率會明顯增加；飛行高度參數(shù)設定過低，植物表面會聚集過多藥液。

2、準確設計施用農(nóng)藥的總量與規(guī)格

化學藥劑的種類、用量、風向等氣候因素都會顯著影響無人機的藥物噴灑效果。技術人員應科學界定各種類型藥物的規(guī)格數(shù)量指標，防止過度施藥產(chǎn)生不利后果。需因地制宜，合理優(yōu)化現(xiàn)有農(nóng)用無人機噴藥參數(shù)指標，提升無人機的噴藥效率。

3、確保噴藥分布均勻以及液體粒徑體積適當

農(nóng)藥噴灑過程中的浪費損耗總量直接取決于噴藥分布的均勻性，應合理設計現(xiàn)有的噴藥分布均勻度參數(shù)。全面考慮當?shù)仫L向因素、藥液品種因素以及作物需求吸收等因素，確保藥液比例與噴灑降落中的粒徑體積大小適當，嚴格控制與限定藥液分布濃度。

4、優(yōu)化設計飛行路徑

農(nóng)用無人機的預設飛行路徑直接關系著運行軌跡，應在特定的藥物噴灑幅度范圍內(nèi)，簡化飛行路徑，有助于無人機在指定噴藥時間中達到更快的噴藥操作速度。目前現(xiàn)有的遙感平臺輔助技術方法有助于實現(xiàn)精準化的無人機飛行路徑軌跡設計，通過運用自主導航法、遙感檢測法與北斗定位法，發(fā)送實時性的自動操控指令數(shù)據(jù)。

四、結語

農(nóng)用無人機在農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，應用關鍵是準確設定無人機的操作流程、機械運行參數(shù)、體系結構組成等，包含合理控制無人機的飛行速度與高度、準確設計施用農(nóng)藥的總量與規(guī)格、確保噴藥分布均勻以及液體粒徑體積適宜，進而達到組合、高效、智能的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展目標。