王文静 文竹 彭丽镕

摘要：地球表面的山地面积约占总面积的四分之一而全世界十分之一的人口都是居住在山地地区的，而且他们大部分都需要依靠山地地区的资源，在我国，山地所占的面积大约是国土总面积的三分之二，我国有部分省份属于山区，所以现在多旋翼无人机在山地植保是一种新型技术。

关键词：多旋翼无人机;山地植保;应用

我国山区与丘陵的面积占全国国土面积的65%左右。山地果园矮化密植水平低，病虫害诱导率高，喷施化学农药仍然是病虫害防治的主要方法。选择适宜的施药机械方式，不仅可以节省果园生产成本，提高水果品质，也有利于果园的绿色可持续发展。在劳动力不断减少和人工成本不断攀升的趋势下，果园只有大面积采用机械化作业，才能在未来的竞争中生存。为此，研究适用于山地植保农药喷施作业的省力化及自动化装备具有广阔的应用前景。

一、多旋翼无人机的概述

多旋翼无人机是一种具有垂直起降的无人机，由于其体积小携带方便等优点已经受到越来越广泛的关注以及应用。在民用方面，主要用于抢险救灾、航拍、数传、快递、农业方面中的施肥喷农药等方面，在军事方面主要用于反恐、监测、巡逻、地面通信等方面，在特殊地区（如新疆等高海拔、气候条件恶劣的地区），高压线、大桥、高速路段等的检测。相比较于有人控制的旋翼机，无人机系统的设计更加简单，成本更加低廉，在危险多发区域，对人的生命起到更加好的保护，并且无人机对于起飞场所没有限制，穿越障碍物的能力更加强，起降次数更加频繁，不需要复杂的维护。旋翼无人机能实现垂直起降、悬停、盘旋等任务，因此受到越来越广泛的关注。

根据无人机的机翼类型和产生的动力方式可以将无人机分为固定翼无人机和旋翼无人机两类，固定翼无人机依靠的是高速运动的机翼与空气之间形成真空，产生气压差，来抵消自身的重力，因此固定翼无人机的动力和运动速度以及自身的姿态有关，固定翼无人机主要用于军事方面，通常携带武器，作为投弹、远距离打击。旋翼无人机又可以被分为单旋翼无人机、三旋翼、四旋翼无人机、六旋翼无人机和多旋翼无人机，常见的单旋翼无人机，体积比较大，单旋翼使得地平效应凸显出来，对其控制难度增大，四旋翼无人机相比较于单旋翼无人机，是通过四个桨片两两不同的转向不同来抵消旋转力矩，不需要单独加尾翼来抵消主旋翼产生的扭矩，并且四旋翼无人机将动力源分配到四个机架末端，可以减小地平效应带来的对起飞场所的较为严格的要求;和固定翼无人机不同的是旋翼无人机的动力是通过安装在“十”字末端的四个桨片获得，与机体的运行速度和姿态没有关系。目前市面上使用的无人机一般为四旋翼无人机，其提供的动力大，机械结构简单，维护方便，飞行空间要求不高。固定翼无人机由于动力与速度有关，所以固定翼无人机没法实现悬停，但是旋翼无人机也由于自身的设计结构凸显出动力源功率低、续航时间短、在某些极端环境下出现较多故障、且负载小等缺点。

多旋翼作为旋翼无人机的一种，不但具有垂直起飞降落、定点悬停、侧飞、倒飞等特点，而且具有非常稳定的飞行姿态，极大程度上降低了对使用环境的要求，具有广泛的应用前景。多旋翼无人机经过近几年的发展，出现了较多针对行业应用的机体类型，但是性能可靠、稳定的多旋翼飞行控制系统却寥寥无几，这在一定程度上限制了多旋翼无人机的应用范围。为扩展多旋翼的应用范围，多旋翼飞控统已成为多旋翼无人机应用研究的重点和难点。

近年来，随着智能硬件向小型化、低成本、低功耗的方向迈进，硬件成本不断走低，为无人机制造业的发展创造了良好的环境。

二、多旋翼无人机的优势

多旋翼植保无人机采用智能操控，操作手通过地面遥控器及GPS定位对其实施控制，操作简单，控制精确。还能通过搭载视频器件，实现图像实时传输、姿态实时监控功能，对农业病虫害等进行实时监控，方便快捷，安全稳定。多旋翼植保无人机具有作业高度低，飘移少，可空中悬停，无需专用起降机场，旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，防治效果高，远距离遥控操作，喷洒作业人员避免了暴露于农药的危险，提高了喷洒作业安全性等诸多优点。多旋翼植保无人机采用喷雾喷洒方式至少可以节约50%的农药使用量，节约90%的用水量，这将很大程度的降低资源成本。喷洒装置有自稳定功能，确保喷洒始终垂直地面，防治效果全面。多旋翼植保无人机环保，无废气，符合国家节能环保和绿色有机农业发展要求;易保养，使用、维护成本低;整体尺寸小、重量轻、携带方便;提供农业无人机电源保障。

三、多旋翼在山地植保中的探究

植保无人机是一种山地植保作业的无人驾驶飞机，中国已经成为全球植保无人机量最大的国家，对于植保飞防行业而言，还有大量以山地为种植区域的经济作物作业场景有待开发，大量分散的耕地作业场景的作业效率与经济性有待优化。无人机打药在大田作物如水稻、小麦、玉米上的防控是非常良好的，但是在果树上成功的案例还是相当少的。一般的果树多种植于山地、丘陵、地形会限制无人机的飞行，一般的无人机喷药有可能打不到叶片背面和树冠内堂，这就给了害虫一个逃避的空间。不能完成大面积作业也是个问题，高空施药的浓度较地面用药的高，空气漂移带来的污染问题必须考虑，所以现在有很多的果园都是建在水源地附近的。在我国的南方，山地丘陵是一种比较常见的地形，而在这些地区，如果种植水稻、小麦等农作物显然不科学。

為了充分利用这些土地，人们往往在这些地区种上橙子、橘子、杨桃等果树，不仅充分利用了土地，还能给自己带来一笔不菲的收入，但是，山地丘陵不同于平原地区，不方便灌溉、施肥及喷药。特别是在病虫害集中发生的时节，果农更是恨不得自己有三头六臂，能把农药一次性喷下去，好控制病虫害情况。此时，利用一台多旋翼植保无人机来喷洒农药就能很好地解决这个问题了，不仅不受海拔限制的影响，在高海拔地区也是没问题的，而且机身振动小，可以搭载机密的仪器，喷洒农药更加的精准。

多旋翼无人机在山地植保领域已经得到广泛的应用，在工作的过程中，无人机多个旋翼产生的下洗气流风场可以增加喷洒药性的渗透性，提高喷洒的效果，减少农药消耗。然而，现有的多旋翼植保无人机也存在一些不足，主要表现在下洗气流风场对药液喷洒流场的影响是非均匀的、非恒定的、不可控的。所以多旋翼无人机可实现山地植保的节水灌溉，在果树的生长过程中，需要随时了解土壤的湿度变化情况，利用无人机就可以自动化农药定量喷洒，减少农药对土壤环境的污染破坏，更能节约水量和农药，利用无人机喷洒药物还可增加农药对果树的穿透性，更好的保证果树的生长环境。

四、结语

不久的将来，随着无人机技术的发展，多旋翼无人机的工作效率，多旋翼无人机的诸多优点使它在未来市场前景被看好，但是也面领着许多的问题，在电力巡航、物流运输、植保等领域电动无人机的载重及续航时间成为制约发展的原因，此时，燃油动力多旋翼无人机凭借其大载重与长航时的优点为市场带来曙光。

参考文献：

[1]   宋淑然，李琨，孙道宗等.山地果园植保技术与装备研究进展[J].现代农业装备，2019，10（5）：2-9.

[2]   陈再励，李丽丽，钟震宇.面向丘陵山地果树植株的植保无人机轨迹跟踪控制器设计[J].自动化与信息工程，2018，39（3）：1-6.

[3]   张悦，宋月鹏，韩云等.丘陵山区果园植保机械研究现状及发展趋势[J].中国农机化学报，2020，41（5）：47-52.

作者简介：

王文静，女，（1993—），贵州贵阳人，一直从事农业科技信息服务工作。

基金项目：贵州省科技计划项目：18轴100公斤级智能植保无人机研发，合同编号：黔科合支撑[2018]2370号。