农用无人机的应用与改进

2022-11-23吴爱茹褚春年

农业工程技术 2022年8期

魏礼，吴爱茹，褚春年

（陕西省西安市农机监理与推广总站，西安 710065)

在农业机械化转型升级发展趋势下，农用无人机的应用范围规模快速扩大。与传统机械化植保方式相比，农用无人机更能达到高效化、自动化、省力化等精准农业机械发展目标，化学药剂和颗粒肥基本均匀喷洒。目前，农用无人机多用于病虫害防治中，其他功能相对较少。秋淋多雨天气，机械进地困难，农用无人机应用于小麦播种作业发挥了重要作用。

一、农用无人机技术现状

1、农用无人机应用优势

农用无人机可承载农药化学制剂，均匀喷洒，与人工操作相比成本大大降低。现阶段，农用无人机的使用规模范围快速扩大，其机械结构性能也全面得到了优化[1]。与传统植保方式相比，应用无人机作业可提升工作效率，节约资源。农用无人机具有自动操控和无人驾驶的特性，能够实现精准喷洒和全面覆盖，损耗比例达到最低[2]。

2、农用无人机的目前发展现状

20 世纪40年代以后，美国针对农业机械化领域开始首次尝试运用旋翼式与固定式两种飞机进行喷洒化学杀虫药剂的操作。与国外现有的成熟技术相比，国内现有农用无人机操作控制实施方案正在逐步转变与优化。有人驾驶操控的农用飞机无法严格确保喷洒药物的最佳精准度；无人机喷药模式下，药液易随气流产生移动，很难保证药液完全融入到指定区域的土壤中[3]。

近年来，无人机开始逐步用于农业生产实践领域[4]。农用无人机具有运行灵活与快捷的优势，符合了节省人力、精准施药的机械化高质量发展目标。种植大户和无人农场，全面推广适用无人机自动化喷药控制作业模式势在必行。

二、农用无人机技术应用要点

1、无人机的组成结构体系

目前，多数种类型号的农用无人机至少需要机载平台、飞机平台、遥控操作感知和作业系统等关键性机械系统基本组成部分[5]。不带有驾驶室的直升机载体可以被设计为单旋翼的飞行载体，机载系统可以达到自动感知飞行方位高度、飞行速度以及飞行空间位置参数的目标。技术人员合理设置作业参数指标，确保达到自动化与智能化的飞行控制调节效果。无人机搭载的自动化遥控操作系统平台模块设有机载装置与地面控制装置，有益于实时控制监测现有的作业流程[6]。

2、无人机作业流程步骤

首先是设计航线以及确定无人机的起飞点，对于总体性的飞行计划进行科学确定。然后是加载操作飞行计划，确保无人机起飞达到特定的高度要求标准，对其实施自动化悬停处理。无人机准确进入预设飞行航线后，全面展开喷洒药剂操作。最后，准确返回预设起飞点，实现了程自动飞行喷药控制操作[7]。

3、无人机的作业参数设置

只有设定合理科学的机械运行参数，才能有效降低农用无人机系统操控实施成本。科学设计无人机装置系统的各项作业参数，重点包含了单位用药总量、喷洒药物高度、飞行速度与喷头流量等。一般，应确保限定在每分钟1 L 左右的机械喷头流量，并对现有的机械喷头流量参数进行必要优化调整。无人机最佳药物喷洒高度在3 m 左右，最高不超出6 m。

4、无人机的实践成本效益

无人机的机械系统运行成本效益有多个影响要素，多数情况下，系统运行综合效率指标决定于机械预设参数以及机械自动操作控制的准确度等。自然气候条件以及作物种类规模等因素也会显著影响机械运行效率。恶劣气候条件下，无人机操作运行速度将会受到严重不利影响，无法确保作业效果。

三、农用无人机的技术研发改进措施

1、合理控制无人机的飞行速度与高度

飞行速度与飞行高度参数都是非常关键的无人机自动控制参数指标，没有得到科学优化，将会造成农用无人机运行使用存在明显偏差[8]，严重时还会造成药液损耗，无法确保精准施药，造成资源浪费和环境污染。农用无人机如果悬停在相对较高的飞行高度，则药液降落时的偏移与蒸发比率会明显增加；飞行高度参数设定过低，植物表面会聚集过多药液。