山东理工职业学院 山东 济宁 272067
摘要：植保无人机超低空低量施药技术主要利用雾小雾滴在低孔环境中具有良好的穿透性、高覆盖性和低漂移性，使雾滴均匀地分布在植物的所有部位，包括叶背，它可以减少雾滴的漂移，提高农药的利用率。
关键词：植保无人机；超低空低量施药技术；应用
前言
农作物病虫害不仅会造成农田产量降低，还会危及食品安全，制约我国粮食生产的可持续发展，因此，我国农业植保工作任重道远。目前我国大田农作物植保作业主要依靠地面植保设备，受角度、位置等因素的影响，地面植保设备不能全方位均匀给药，且大多存在漏喷、重喷的情况。农业航空植保作业机械化技术可以弥补地面植保设备的不足，保证农药喷洒均匀、提高农药利用率。目前农业航空植保作业设备包括农用滑翔机、农用直升机等，农用滑翔机需要跑道起落，占地面积大，而且无论是农用滑翔机还是农用直升机都需要有人驾驶，增加了飞机的运行成本和安全隐患。小型农用无人驾驶低空低量施药技术及设备低空作业提高了生产力水平和作业效率。
1植保无人机超低空低量施药技的优势
1.1技术优势
（1）植保无人机不需要固定机场，可以从耕地的边缘、公路上、或者一辆卡车的顶部着陆，节省了航空公司和农林航空植保组织机构整修航站（点）、跑道的经费开支。同时，也可以不用专用机库存放；（2）植保无人机的转弯半径小，可在空中悬停进行掉头，十分灵活；（3）植保无人机的爬升率大，可在空中垂直上下飞行，超低空作业性能好；（4）植保无人机的空飞率低，可在作业区的空地上就地加油、加药，减少了无效作用时间；（5）非常适合复杂地形的小地块作业，即可在相对高度差大的复杂地带和分散零星的小面积上作业，且功效高；（6）使用简便、维护简单，自动化程度高，作业机组人员相对较少，劳动强度低。
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1.2从喷洒效果上看
（1）具有直升机的高效作业
性能和良好喷洒效果；（2）植保无人机速度变化灵活，可以从零直接飞到正常速度，低速条件下作业有较好的雾滴覆盖，特别是旋翼产生的下旋气流，可减少雾粒的飘散，同时由于下旋气流而产生上升气流可使农药雾滴直接沉积到植物叶片的正反面；（3）植保无人机的空中悬停的功能使其具有单株喷洒能力。
1.3从成本和安全性上看
（1）植保无人机的整体使用费用相对较少，虽然购机费用较高，但无需机场建设，与有人机相比性价比较高；（2）植保无人机的安全系数较高，特别是旋翼机，在发动机失效时，利用旋翼的自转性，通过驾驶员正确的操作，其迫降着陆速度可接近于0，另外植保无人机能通过减缓速度快速反应来增加飞行安全性和可预见性。
2国内外低空低量喷雾技术发展概况
随着航空喷雾技术的发展，我国各位学者在低空低量喷洒、低空变量喷药系统等关键喷雾技术的各个环节上展开了相关研究，并取得了很大的突破。针对无人机的低空、低量、均匀性及高功效的喷洒要求，我国的许多学者对无人机的喷头进行了设计、试验与改进。2014年，着重对一种兼顾了液力喷雾和离心喷雾的旋转液力雾化喷头进行了测试。以喷孔直径、喷雾压力、电机转速3种因素进行实验，分析各因素对喷头雾滴粒径、沉积分布、喷幅和功率消耗的影响。结果显示，喷头旋转电机电压对雾滴粒径的影响远高于喷孔直径，压力。电机电压提高，喷幅扩大，雾滴沉积量呈现正态分布。喷雾压力和喷孔直径对功率消耗的影响也很大；2016年，建立单旋翼植保无人机垂直风场模型及仿真模型，为分析无人机风场和喷洒作业中雾滴沉积规律提供了很大帮助。还对农业航空喷头进行了研究实验，获得了较优的喷洒参数，为提高农药利用率做出重要贡献。农业航空低空低容量喷雾技术的发展已进入了瓶颈，为了能够突破瓶颈的限制，相关人士针对不同的发展方向都进行了实验研究。
2.1明确防治不同作物主要病虫害的最佳药剂和最佳施药量
利用农业航空低空低容量喷雾技术防治稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟、纹枯病等病虫害，研究药剂喷雾雾滴大小及雾滴密度与防治效果的关系，明确防治不同作物主要病虫害的最佳药剂和最佳施药量。2014年，杨帅等对4种不同无人机进行低空喷雾作业，寻找雾滴在作物冠层的沉积分布规律，并进行了防治效果的研究。实验显示，无人机喷幅在一定范围内，随高度增加而增加，确定最佳防治效果所需的飞行高度。不同无人机喷雾技术在冠层各位置的沉积密度均匀性不尽相同；
2.2研究用于农业航空低空低量喷雾中增加附着率和防漂移助剂
在研究药剂雾滴直径与作物叶面附着率之间的关系及雾滴蒸发萎缩规律的基础上，研发用于农业航空低空低容量喷雾中增加附着率和防飘移助剂。2016年，针对植保无人机低量喷洒作业中，液力喷头的大粒径及离心喷头的复杂结构和高成本，提出了一种超低容量旋流喷头结构，并进行了试验分析。在水田环境中，利用植保无人机进行超低空低量喷雾实验，测试漂移量与沉积量。数据显示，非靶标区域雾滴漂移量占总喷洒量的12.9%,水稻下部叶片沉积量达到上部叶片的92.8%。证明了低空低量显著的喷洒沉积效果；利用一套自主开发压力式喷雾系统，研究了助剂对喷雾液滴雾化特性的影响，实验证明系统压力的上升，添加助剂能够减小雾滴粒径变化，从而更准确的进行低量喷雾作业实验，为低空低量喷雾技术发展提供了很大的帮助。
2.3研制无人旋翼植保机专用的智能控制方法与装置
针对目前农业无人旋翼施药机喷雾过程中因喷雾不均匀而发生作物药害、药效不理想和环境污染问题，研制无人旋翼施药机用的智能控制方法及装置，从而达到无人旋翼机随速度变化而改变施药液量，从而提高病虫害防治效果，减少农业航空施药过程中作物药害和环境污染。修改入口的压力差调节活塞在壳体内的位置，改变空间的尺寸，调节喷头流量的目的，实现了低量精量喷雾。设计了一种针对全自主飞行无人机的低容量喷雾系统，测试了4种不同喷嘴的喷雾效果。
2.4构造农业航空低空低量喷雾作业参数专家决策系统
对作业参数专家系统总体框架进行设计，建立相应的知识库及数据库系统；系统需要能够根据远程用户手机终端提供的作物图像，判断作物的叶面积指数、生长期、病虫害发病情况，利用精准施药知识特点及决策树算法对无人机药液量，喷头的选择、飞行高度和速度给出决策支持。2017年，对多旋翼无人机旋翼下方风场进行风场分布测量，结合航空喷雾技术，通过调整相关的不同参数进行喷洒实验，研究了风场对雾滴沉积分布的影响,揭示多旋翼无人机航空喷雾技术中雾滴沉积原理。
2.5构建低空低量喷雾现场配药系统、复核监督决策系统
构建低空低容量喷雾现场配药系统复核监督决策系统，完成作业现场配药、称量、记录远监控控系统，从而最大限度减少喷雾作业配药过程中药剂错配，漏配现象，为航空低空低容量喷雾安全性及病虫害防治效果提供保障。
结束语
综上所述，考虑到植保无人机施药的复杂性和农用植保无人机行业的快速发展，深入研究植保无人机低空低量施药技术的迫切性不容忽视，更好的认知新兴的植保无人机施药技术会有助于优化植保无人机设计，促进农药的高效、安全使用，为中国乃至亚洲各国农用植保无人机市场的健康、繁荣与有序发展作出贡献。
参考文献
[1]娄尚易,薛新宇,顾伟,等.农用植保无人机的研究现状及趋势[J].农机化研究,2017.
[2]温源,薛新宇,邱白晶,等.中国植保无人机发展技术路线及行业趋势探析[J].中国植保导刊,2014.
论文作者:冯建雨
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
标签：无人机论文; 雾滴论文; 作业论文; 低空论文; 喷头论文; 航空论文; 技术论文; 《防护工程》2018年第33期论文;