农用无人机植保机械化技术进展

农用无人机植保机械化技术进展

农业无人机育种以无人驾驶穿越机为载体，配置高效、低量药物，实现低、低量农药的喷施。与传统的背负式喷雾器、自走式植保机械相比,喷防效率和效果明显提升,适宜于农场及大面积农作物和高秆作物以及丘陵山区植保喷防。作为未来植保机械化的前沿技术,将会越来越多地运用到现代农业生产中。一、防机与其它织物无人机植保的研究与应用,在美国、日本、韩国等发达国家已得到了快速的发展,已成为植保服务的主力军;在我国目前处于起步阶段,主要机型有单旋翼直升机和多旋翼直升机两种。早在上世纪九十年代末期,我国就从日本引进了农用无人驾驶无人机,但没有普及应用。国内农用无人机研发始于2005年,目前已有10多家企业和科研单位研发生产农用无人机,并呈现快速增长的趋势。生产的无人机分为油动力、电池动力和油电混合动力3种,油动力的又有风冷和水冷两种,载药能力在5kg~20kg之间,价格在6万~20万之间。从生产上来看,产业化还不多,基本处于研发试生产或以销定产阶段;从推广应用来看,由于受鉴定、管理、质量等多方面的限制,基本处于试验、示范阶段,没有进行规模化推广;从农业生产需求来看,需求旺盛,发展前景广阔,市场潜力大,预计2015年国内无人机需求量将达到3000台,2020年不会低于6000台。随着我国农用无人机产业化的推进、技术的成熟、价格的降低,无人机植保机械化技术前景看好。二、无人机防护在农业防护中的应用1.地面喷药防治农用无人机植保低空超低量喷洒效率高,每小时60亩~100亩,是常规人工喷洒的100倍,是地面植保机具防治效果最高的高秆宽喷雾器的8倍。农用无人直升机自动飞控导航作业,最大限度地减少了工作人员接触农药的时间,从而可以保证工作人员的生命安全。2.飞行轨迹自动喷射无人机超低量施药不受地形和高度限制,可在田间地头起飞,只要在其飞行高度和控制信号有效范围内,采用遥控操作或预先设定农田GPS信息确定飞行轨迹自动飞行喷洒作业;且直升机在失去遥控信号的时候能够在原地自动悬停,等待信号的恢复,具有失控保护功能;停止再启动后能按航线自主接力,即断药补药后,从断点开始续喷,从而减少了人工漏喷重喷的现象。3.减少农药对环境的污染,减少农药对土壤和环境的污染无人机超低量喷药作业高度比较低,药液雾化效果好,旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性,可减少飘移,增加药液在单位面积上沉降覆盖密度,喷洒均匀,提高了农药的有效性,防治效果好,用药量少,减少农药对土壤和环境的污染。4.适用于高秆作物及丘陵山区无人机作业,既可喷药,也可喷施叶面肥;既适用于小麦、大豆、水稻等低秆作物,也适用于玉米、棉花、高粱等高秆作物和林果带;同时还适用丘陵山区作业,其适应性强。无需专用航站,近地飞行,可在空中悬停,体积小、重量轻,用面包车就可以实现跨区转移作业,易于推广普及应用。5.劳动力成本高无人机植保效率高,远离作业的恶劣环境,安全可靠,与人工作业相比,劳动强度大大降低,为目前农村劳动力紧张、劳动力成本高的问题提供了可行的解决方法。当病虫害大面积发生时,能及时迅速防治病虫害,尽快控制危害。三、存在的问题1.电池动力作业能力小无人机植保是以无人机为载体,无人机的性能直接影响作业效果。油动力无人机噪音较大,维护保养成本略高,维护程度相对复杂,对操作人员素质要求较高;电池动力农用无人机作业能力小、抗风能力差、续航时间短、电池价格高寿命短、电池折旧成本高,电池充电时间长。再就是售后服务的问题,如果售后服务不及时,也会影响农用无人植保机超低量喷药技术的发展。2.提高作业区域的喷雾沉积性能一是要优化无人机自身性能,使之便于操控。通过航路规划、自动导航实现傻瓜式操作,降低操作难度和复杂性。二是对农药雾滴的沉积飘逸规律也要进一步的加强研究,对于不同旋翼直径的机型需要进一步试验研究,优化作业高度、作业幅宽和作业雾滴直径。三是加大低蒸发超低量药剂的研发力度,进一步消除飘逸效应。农用无人植保飞机采用超低量喷雾,农药的剂型应以油剂为好,其次是乳油、水剂、水乳剂等。目前市场上销售的药剂多为传统喷雾设备设计生产的,不适合无人机植保机械。3.油电混合动力项目目前电动无人机一块电池续航能力为8~10分钟左右,需要准备多组后备电池更换,电池充电时间长,电池成本高,频繁更换且影响植保效率;油动力无人机续航能力为10~30分钟左右,油电混合动力的续航能力超过60分钟。国内无人植保飞机一般载重能力仅为5kg~15kg,油电混合动力的一些机型能达到35斤以上。就目前情况来看,电池动力无人机大幅度提升载重能力比较困难,油动力无人机实现相对简单,但必须改进飞控系统,增加智能模块化和程序化的设置,弥补人员操作技术的不足。四、关于发展的建议1.加强电动无人机研发及推广无人机植保应用是一个系统工程,有关科研单位、无人机生产企业和农药及药械企业要密切配合,通过产学研结合,加大创新研发力度。一是加大无人机研发力度,不断改进提高无人机性能,提升无人机续航能力和载重量,提高防治效率,降低防治成本。二是加强配套技术研究。针对不同低空超低量施药器械,研发与之相匹配的药液,力争在药剂雾化、喷洒技术等方面争取有所突破。三是加强电动无人机电池的研究,开发应用高效无人机动力电池,降低电池的成本,提升电池的容量,确保单次足够的续航能力。油动力无人机主要是在载重量上要有所突破。2.加强对无人机植物群落建设的扶持无人机植保是以无人机做载体的,无人机的操作、维修保养也需要一定技术能力的人员,未来一家一户的发展模式会受到一定的限制,也不符合统防统治的要求,各级政府要加大对无人机植保应用的调研和引导,根据各地实际生产需要,加大政策扶持力度,以种粮大户、家庭农场和农业(机)合作组织为载体,统一规划,建设区域化喷药防治中心或作业队,统一管理,统一作业。3.加强农业航空航天器相关管理部门应早日制定我国农业无人飞机的制造标准、鉴定标准、作业规范,争取尽早将农业航空飞行器纳入农机补贴目录,加大无人机植保机械化技术的宣传,因地制宜,加大示范推广力度,大力推进农作物专业化统防统治工作,促使其在生产中早日推广普及应用。4.标准不统一,缺乏作业规范目前我国无人机的生产还