施新杭李航 黄赟 赵晋、金华市农业机械研究所 、杭州天客投资咨询有限公司

高海拔地区水稻田的无人机植保应用

施新杭1李航2黄赟1赵晋1
1、金华市农业机械研究所 2、杭州天客投资咨询有限公司

本文应用大疆MG-1农业植保机，对海拔1000米地区的有机水稻进行植保作业。高海拔地区受其地理位置及地形因素影响，水稻田的布局有别于平原地带，以梯田为主，植保过程复杂且难度较大，耗时、耗力、耗人工。经试验表明，使用农业无人机植保作业，不仅成倍提高了植保作业效率，良好的雾化水平也进一步提升了农药利用率，降低了使用量，符合生态、环保理念。

农业植保无人机；1000米海拔水稻；梯田植保；用药量

1 农业植保无人机简介

无人机(Unmanned Aerial Vehicle)，简写“UAV”，全称无人驾驶飞机，是指利用无线电遥控设备，和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机[1]。而农业植保无人机，就是针对农业植保领域特殊的农艺需求，采用算法优化的农作物植保作业智能飞行模式，装载农用药剂进行农作物保护作业的无人机。

深圳大疆于2015年11月27日发布首台农业无人植保机MG-1，专为农业植保设计，集成先进的飞控、可靠的内循环冷却系统、便携的折叠机身和操控简易的定制遥控器；配备八轴动力系统，标准作业载荷为10 kg，作业效率高达2.7～4.0 hm2/h(40～60亩/h）[2]。

图1 大疆MG-1农业植保机

本试验使用MG-1农业植保机，于浙江丽水云和后垟村进行了1000米高海拔地区农业植保作业。平原地区的水稻种植，年喷洒农药次数约5～6次[3]，高山地区由于特有的自然环境、光照及湿度条件，昼夜温差大，每年只需在病虫害高发的夏季进行单次植保作业即可。

2 人工植保

2.1 人工植保喷洒流程

高海拔地区的水稻植保过程，一般是人工背负15kg药箱，使用带高压水枪的浇灌式喷头喷洒。作业时，由于喷药不均匀常通过补喷来实现用药量均匀，然而多次来回喷洒，导致重喷区域实际用药量增加[5]，如图2所示。

图2 人工高压水枪来回喷洒农药药量分布

2.2 人工植保效率及用药情况

对于高山梯田地区，其农田间距相对平原地区更小，不同田块间有一定的高度差，植保作业相较于平原地区难度更大。本文所用的水稻田总面积8000余m2，约12亩，按农户经验，喷洒用药液为1260L，植保作业耗时16小时（未计配药时间）。

表1 人工植保效率及药液浓度

本文植保作业所使用的农药为新配方噻嗪酮及氯虫苯甲酰胺进行配比，噻嗪酮属昆虫生长调节剂类杀虫剂，具有持续性杀幼虫活性，可有效防治水稻上的大叶蝉科、飞虱科等。但噻嗪酮过量使用会造成土壤、水体污染，在作物上形成农药残留[6、7]。本文植保作业使用的药液配比为500g药剂配30L水。而氯虫苯甲酰胺具有其他任何杀虫剂不具备的全新杀虫原理，且该农药属微毒级，对农产品无残留影响。本文植保作业使用的药液配比为2包药剂配30L水，药剂含量为5ml/包。经统计，采用人工喷洒的用药量情况如表2所示。

表2 人工植保用药情况

从表2可以看出：人工喷洒的实际用药量均为推荐值的3倍以上，对于毒性更高的噻嗪酮使用量更是达到5～8倍。

3 无人机植保

图3 大疆精灵4无人机测算实验田面积

为计算MG-1农业植保机作业效率，首先对实验喷洒田进行面积测算。本文使用大疆精灵4无人机进行面积测算，飞到实验田正上方，拍摄实验田正摄图像，如图3所示，将传输回来的图像经过镜头畸变校正处理，采用图像面积分析软件进行计算。

表3 无人机植保作业效率

测得实验田面积为2823m2，约4.23亩。由于梯田层间有高度差，且形状不规则，本试验采用手动控制模式进行喷洒。统计喷洒速度、喷洒高度、作业时间以及使用的药液浓度比，以初始农药浓度比例为1.0，实验田高度从高到底，依次标记为A-1～A-5，喷洒定高3m。

从图表可知，MG-1农业植保机喷洒4.23亩实验田共用时 307s即 5.1min左右，作业效率为：0.83mu/min，人工喷洒效率为0.75mu/h即0.0125mu/h，无人机效率是人工作业的66.4倍。

本次实验利用无人机下旋气流提高农药的雾化效果，使得农药喷洒更均匀。以此为基础在实验中逐步降低农药喷洒浓度，以降低每亩土地的农药使用量。

无人机植保作业，可以代替人工劳作，不止是平原地区，在地形复杂的梯田上仍能够保持较高的作业效率，是人工作业效率的60余倍。

4 展望

本次作业，对1000米高海拔地区水稻梯田进行了无人机植保与人工喷洒效率的对比，由于该地区地形复杂，梯田结构，单块面积较小，人工喷药较多时间耗费在不同田块的奔波，数量级的效率差异充分体现了无人机作业的高效性；并且在已知农药浓度较高的情况下，对喷洒区域进行逐步降低浓度喷洒试验，并测试了不同喷洒速度，以达到适合的农药浓度及单位用药量。由于实验条件限制，没有完成多浓度梯度及飞行参数的正交因素实验，寻找最佳农药喷洒量仍有待试验。我国“十三五”规划中提出“到2020年农药使用量零增长”，无人机作业雾化效果好，喷药均匀，可以有效减少农药用量，为农业生态环境的可持续发展提供进一步的保障。

[1]大疆推出首款农业植保无人机[J].农业机械, 2015(23)：33.

[2]郭凯.农业植保无人机的飞行安全知识[J].当代农机,2016(4)：63-64.

[3]袁玉敏.农业植保无人机高精度定位系统研究与设计——基于GPS和GPRS[J].农机化研究,2016(12)：227-231.

[4]吴小伟,茹煜,周宏平.无人机喷洒技术的研究[J].农机化研究,2010(7)：224-228.

[5]王旭景,刘绍锋.无人植保机的结构原理与推广应用[J].时代农机,2015(6)：10-14.

[6]王昌陵,何雄奎,王潇楠等.无人植保机施药雾滴空间质量平衡测试方法 [J].农业工程学报,2016(11)：54-61.

[7]贾鹏宇,冯江,于立宝等.小型无人机在农情监测中的应用研究[J].农机化研究,2015(4)：261-264.

施新杭，1987年12月出生，研究方向：农业机械装备及农机检验检测技术。