杨昌日 张朝艳

（钦州市钦北区农业机械化服务中心，广西 钦州 535000）

病虫害是造成粮食减产的重要因素之一［1］。我国粮食种植面积大，种植类型较多，病虫害问题常有发生。尽管当前科技水平显著提升，病虫害防治手段逐渐升级，但依旧有陆续暴发性的病虫害问题，对我国粮食安全造成了重大威胁。而将植保无人机施药应用于农业生产中，有助于提高病虫害防治效率和水平，进而提高农业生产效率和效益。由此可见，对植保无人机施药关键技术展开分析至关重要。

1 植保无人机简述

目前，无人机已成为我国植保工作中应用广泛的一种重要机械设备。无人机本身具备的地理信息系统（Geographic Information System，GIS）和全球定位系统（Global Positioning System，GPS），可对病虫害防治作业进行精准定位，同时不会受到过多地理条件的限制，具有灵活性强、省水省药等优势，即成本较低、效率较高。在当前我国农村地区人口老龄化严重，年轻人口外出务工的现实形势下，在植保工作中应用无人机进行作业具有重要意义。

2 植保无人机施药关键技术

2.1 变量施药技术

与传统的施药方法相比，变量施药能根据病虫害实际发生情况和作物疏密信息等信息按需施药，能预防过度使用农药的问题，并能降低施药成本投入、提高整体防治效率。目前，变量施药系统大多基于脉宽调制技术，通过改变占空比来控制隔膜泵转速，从而调节喷施量。该技术的实用性较强。有学者基于脉宽调制技术设计了变量喷施测控系统，可通过软件远程实现对无人机施药状态、施药参数的调整［2］。有学者通过应用地面站，发挥多传感融合功能，对施药参数与情况进行跟踪，确保无人机在飞行流量与速度上满足要求，降低雾滴沉积量，节约成本，提高效率。此外，有学者采用图像处理技术对非作物区进行识别，获得作物处方图，再控制喷头实施精准施药。

2.2 避障技术

我国农田环境较为复杂，增加了无人机施药的实施难度，影响了施药的安全性，所以要提升无人机的自主避障能力。鉴于不同障碍物形态不同、分布不同，应用避障技术时需注意其自主识别功能。例如，基于激光位移传感器技术，为植保无人机提出一种新的避障检测方法。基于激光位移传感器的避障系统能有效地检测出未知环境下障碍物的角度和距离，能对植保作业环境中典型障碍物做出较为准确的类型判别，并实现飞行过程中的动态避障。具有自动避障功能的旋翼无人机系统，通过激光雷达获得障碍物的初步位置数据，经过数据处理模块对障碍物数据进行滤除和数据识别后，将障碍物位置信息发送给飞行控制器，飞行控制器根据避障算法控制无人机自动绕开障碍物。该系统具有控制精度高、安全性能高、稳定可靠等特点，具有一定的应用价值。

2.3 减漂技术

影响雾滴漂移的因素较多，如喷施技术、气象条件等，应通过研发减漂喷头、应用飞防助剂、设置漂移缓冲区等方式减少影响因素的干扰。喷头通过控制雾滴粒径大小来减小漂移，改变喷头类型、尺寸、压力，开发空气诱导型喷头，可降低漂移量。目前应用较多的减漂喷头主要采用射流技术，在喷头内部混合药液、空气后，在雾化作用下形成液滴；或者对喷头内腔直径、V 形槽角和相对切深进行优化，设计出控制漂移的喷头，调整无人机航线，确保能将雾滴使用在靶标区。另外，可通过调整农药添加剂的配方来改变农药理化特性，降低漂移带来的风险。施药区周边设置漂移缓冲区可以保护水渠不受污染，如通过风洞试验来估算漂移缓冲区的设置距离。

查阅文献发现，有学者在研究漂移机理和雾滴沉降的基础上，建立漂移模型，如Teske等建立AGDISP 模型，用户可以输入喷头、药液、飞机类型、天气因素等信息，调用内部数据库的相关数据，对可能产生的漂移进行预测。或者建立雾滴漂移能量模型，根据雾滴运动速度和雾滴粒径有效预测雾滴漂移潜力，当相邻两喷头喷雾扇面适当重叠时可以增加雾滴粒径，从而增加雾滴动能，减小漂移。

2.4 雾滴检测技术

结合雾滴沉积的特性，可准确判断无人机喷洒质量。当前应用较多的方法是雾滴密度判断法和50%有效沉积量判断法，应根据植保无人机喷施雾滴粒径的范围选择合适的方法。其中，雾滴密度判断法在发生雾滴重叠时会产生误差，因此，考虑雾滴沉积分布特点和工作效率需求，建议采用50%有效沉积判定法确定有效喷幅。有学者提倡应用红外热成像技术，获得该区域喷洒后特定环境下的热差数据，进而掌握雾滴分布浓度、范围等参数［3］。相比于水敏纸法，这种方法较为快捷，且全程无接触。另外，基于激光雷达反射原理测量雾滴分布的新方法，与人工测量值相比，测量结果相对误差较小，而且具有扫描周期短、精度高等优点。

3 植保无人机发展趋势

3.1 配置安全稳定的移动操作平台

随着智能化时代的到来，植保无人机具备更多智能化功能，将其与移动端智能化操作相结合，必然是植保无人机应用于农业生产的发展趋势。人们可以通过下载手机APP对无人机进行直接操作，如上升悬停、航线的规划以及使用GPS 进行导航等，这实际是对植保无人机避障技术的完善，可提高其可操作性，并能有效解决植保无人机原有的无法精确感知问题［4］。

3.2 提高载量与航行时长

当前人们所应用的植保无人机普遍存在承载质量小、航行时长短等问题，不能很好地适应逐渐增加的土地流转及农田施药工作需求，随着土地集中化程度的提高，高运载量与高航行植保无人机成为人们的需求目标。所以，未来提高植保无人机载药量和增加飞行时长至关重要，以进一步提高植保无人机的使用功能和效率，助力农业发展［5］。

4 结语

当前越来越多的国际组织和国家已正视农药对农业带来的双刃剑作用，纷纷大力提倡减少农药滥用、推广病虫害综合防治措施。我国更要将长期以来过于关注农产品转移到了解农业生态系统，协调好环境与农田施药之间的关系。另外，我国农作物种类多、种植区域碎片化以及天气环境条件差异明显，因此，需因地制宜地发展和应用植保无人机施药技术，以进一步推动我国农业生产发展。