植保無人機(jī)在農(nóng)作物植保工作中的應(yīng)用

摘要：植保無人機(jī)的應(yīng)用能夠最大化解決農(nóng)作物病蟲害的問題，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平變得更高。隨著高質(zhì)量現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備需求日益增多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)用植保無人機(jī)進(jìn)行航空規(guī)劃和噴藥作業(yè)，為植物病蟲害的防治起到了極其重要的作用。因此，利用植保無人機(jī)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行精準(zhǔn)協(xié)同規(guī)劃和噴藥作業(yè)，能夠做到按需施藥，減少和規(guī)避農(nóng)作物的病蟲害問題從而大幅提升農(nóng)作物產(chǎn)量。關(guān)鍵詞：植保無人機(jī)技術(shù)；農(nóng)業(yè)；植保在農(nóng)作物植保管理過程中，植保無人機(jī)能夠較好地用于病蟲害防治，通過自動(dòng)控制相關(guān)技術(shù)完成無人機(jī)定位，精準(zhǔn)協(xié)同開展農(nóng)藥噴灑等作業(yè)，讓農(nóng)藥的用量和植保的用量需求達(dá)到“如出一轍”的效果，使得植保無人機(jī)有更大的舞臺(tái)和空間發(fā)揮價(jià)值。1基于路徑規(guī)劃的植保無人機(jī)協(xié)同精準(zhǔn)作業(yè)分析1.1

做好植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保過程中的全覆蓋路徑規(guī)劃在綜合考慮無人機(jī)作業(yè)時(shí)的掉頭次數(shù)和多余覆蓋率的前提下，實(shí)現(xiàn)植保無人機(jī)的整個(gè)作業(yè)行線全覆蓋。同時(shí)，由于水平面內(nèi)的單一作業(yè)區(qū)域會(huì)有很多個(gè)植保無人機(jī)，因此要將每一個(gè)的作業(yè)區(qū)域劃分清楚，將待作業(yè)區(qū)域劃分為一定大小的矩形子區(qū)域，通過航拍無人機(jī)逐個(gè)采集各子區(qū)域的農(nóng)作物圖像信息，判定采集圖像的病蟲害等級(jí)，并自動(dòng)生成農(nóng)田處方圖，最大程度地縮短植保無人機(jī)的整個(gè)植保作業(yè)過程，使各個(gè)無人機(jī)的作業(yè)任務(wù)量相對(duì)平均。由于植保無人機(jī)載藥量和電池電量的限制，在農(nóng)田實(shí)際作業(yè)過程中的單次植保作業(yè)需要多架次的植保無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)，要求植保無人機(jī)在作業(yè)結(jié)束后返航至補(bǔ)給點(diǎn)進(jìn)行藥劑裝填及電池更換等補(bǔ)給作業(yè)。因而，要做好植保無人機(jī)作業(yè)路線的合理規(guī)劃。從防撞的角度考慮，要通過設(shè)置返航高度差的方式來避免植保無人機(jī)相碰撞的現(xiàn)象，當(dāng)返航高度大于植保作業(yè)高度時(shí)，可以設(shè)置各作業(yè)區(qū)域的返航高度等級(jí)來確定其返航高度。從路徑規(guī)劃方法來看，主要包括三種，即基于POS算法的路徑規(guī)劃方法、最大作業(yè)距離規(guī)劃的作業(yè)方法、簡(jiǎn)單規(guī)劃的作業(yè)方法，其中基于POS算法的路徑規(guī)劃方法能夠精準(zhǔn)計(jì)算出各架植保無人機(jī)的返航點(diǎn)位置，包括作業(yè)邊框、作業(yè)航線、起航點(diǎn)、返航點(diǎn)、補(bǔ)給點(diǎn)等，并能夠計(jì)算各架植保無人機(jī)的植保距離、返航點(diǎn)坐標(biāo)、載藥量、藥劑裝填時(shí)間等。最大作業(yè)距離規(guī)劃作業(yè)方法是僅當(dāng)植保無人機(jī)攜帶的藥劑消耗殆盡時(shí)才返航補(bǔ)給。由此可見，基于POS算法的路徑規(guī)劃方法最優(yōu)，能夠精準(zhǔn)計(jì)算出植保無人機(jī)的返航補(bǔ)給總時(shí)間、往返飛行總時(shí)間、總耗時(shí)等指標(biāo)。而其他兩種方法則可能會(huì)出現(xiàn)整個(gè)植保作業(yè)過程難以滿足最小安全間隔時(shí)間要求的問題。1.2

做好植保無人機(jī)故障離隊(duì)狀態(tài)下的協(xié)同作業(yè)再規(guī)劃考慮實(shí)際作業(yè)中某架無人機(jī)因故障無法繼續(xù)完成植保作業(yè)任務(wù)的情況，要對(duì)植保無人機(jī)協(xié)同作業(yè)進(jìn)行再規(guī)劃，調(diào)整原有的植保無人機(jī)協(xié)同作業(yè)路線，將在線的各無人機(jī)再規(guī)劃起始時(shí)間確定為故障時(shí)間后的第一個(gè)補(bǔ)給作業(yè)開始時(shí)刻。首先，為離隊(duì)無人機(jī)剩余未作業(yè)區(qū)域分配無人機(jī)，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行再劃分并調(diào)整協(xié)同作業(yè)路線。其次，在無人機(jī)完成原有作業(yè)區(qū)域植保任務(wù)之后，再共同完成離隊(duì)無人機(jī)剩余未作業(yè)區(qū)域的植保作業(yè)，生成新的協(xié)同作業(yè)航點(diǎn)集。最后，完成再規(guī)劃協(xié)同作業(yè)任務(wù)的構(gòu)建，使整個(gè)植保作業(yè)過程時(shí)間盡可能縮短。2植保無人機(jī)實(shí)施噴藥作業(yè)的應(yīng)用分析植保無人機(jī)主要利用圖像處理技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和無人機(jī)遙感技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)施變量噴藥系統(tǒng)，準(zhǔn)確檢測(cè)農(nóng)作物中的病蟲害現(xiàn)象，從而科學(xué)判定農(nóng)作物病蟲害的實(shí)際程度，最終形成病蟲害等級(jí)處方圖。當(dāng)知曉不同田間作物遭受何種病蟲害等級(jí)后，可以有針對(duì)性的進(jìn)行對(duì)應(yīng)等級(jí)的藥量噴灑，從而達(dá)到精準(zhǔn)實(shí)施的效果。2.1

植保無人機(jī)在小麥農(nóng)田的噴藥作業(yè)應(yīng)用在植保無人機(jī)變量噴藥實(shí)施控制的過程中，由植保無人機(jī)跟航拍設(shè)備一起在設(shè)定好的飛行路線上拍攝田間作業(yè)的具體信息，通過田間信息分布圖像的實(shí)時(shí)獲取對(duì)田間病蟲害現(xiàn)象進(jìn)行檢查和診斷。尤其是在小麥進(jìn)入揚(yáng)花灌漿期的關(guān)鍵時(shí)期，要重點(diǎn)做好小麥赤霉病、白粉病、銹病、小麥蚜蟲等重大病蟲害的防治。主要利用無人植保機(jī)獨(dú)立的后臺(tái)飛行數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，對(duì)作業(yè)區(qū)域航線、流量、高度及噴灑面積進(jìn)行監(jiān)督和追溯。同時(shí)，在植保無人機(jī)變量噴藥作業(yè)過程中采用不同的變量控制方式。例如:壓力控制式、流量控制式、藥液濃度調(diào)節(jié)式等，利用變量噴灑系統(tǒng)及規(guī)劃自動(dòng)作業(yè)模式進(jìn)行作業(yè)。其中，壓力控制式主要是實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)供液管路的壓力，實(shí)現(xiàn)變量噴藥;流量控制式則通過控制液泵轉(zhuǎn)速等方式進(jìn)行變量施藥;藥液濃度調(diào)節(jié)式則采用藥液注入式和藥劑并入式的控制方式實(shí)施，根據(jù)藥劑噴注速度和噴施量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。以植保無人機(jī)在小麥田間的噴藥作業(yè)為例，主要采用低容量噴霧和高濃度細(xì)噴霧的方式，通過噴頭的壓力和飛機(jī)螺旋槳的強(qiáng)大氣流將藥物均勻噴灑到小麥上，通過遠(yuǎn)距離遙控操作和飛控導(dǎo)航自主作業(yè)采集小麥農(nóng)田的GPS信息，規(guī)劃好線路并將其輸入到地面站的內(nèi)部控制系統(tǒng)，減少人工漏噴重噴的現(xiàn)象。在全程采用智能遙控下，通過地面遙控器實(shí)施控制，一次可負(fù)載8~10公斤農(nóng)藥，1min可噴灑1.5~2畝農(nóng)田。2.2

植保無人機(jī)在防治辣椒疫病的作業(yè)應(yīng)用要設(shè)置植保無人機(jī)噴藥?kù)F滴信息采集點(diǎn)，使之與植保無人機(jī)航線相垂直，并使航線處于采集帶的正中間，測(cè)定噴藥?kù)F滴的沉積分布的均勻性、霧滴沉積量和霧滴有效沉積率，了解病蟲害情況，根據(jù)農(nóng)藥?kù)F滴密度、霧滴覆蓋率、霧滴粒徑、均勻性、防治效果等指標(biāo)，制定出航空噴施藥劑防治辣椒疫病和蚜蟲的最佳作業(yè)方案。通過實(shí)踐應(yīng)用可知，不管是植保無人機(jī)實(shí)際的飛行高度，還是具體的飛行速度，都會(huì)對(duì)噴藥?kù)F滴沉積密度造成不同的影響，當(dāng)無人機(jī)飛行高度一致時(shí)，飛行速度與噴霧滴沉積密度之間會(huì)出現(xiàn)相反的狀況。從實(shí)踐應(yīng)用角度可以知曉，當(dāng)飛行速度一致時(shí)，2個(gè)因素影響噴藥?kù)F滴沉積密度。如果植保無人機(jī)保持飛行高度為2m，那么噴藥?kù)F滴沉積密度將會(huì)達(dá)到最小；如果這一高度保持為1m，那么噴藥?kù)F滴沉積密度將會(huì)達(dá)到最大。同時(shí)，在植保無人機(jī)進(jìn)行噴藥作業(yè)時(shí)，無人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下旋氣流能夠極大地提高霧滴的穿透性。從植保無人機(jī)飛行高度和飛行速度對(duì)噴藥?kù)F滴沉積分布均勻性的角度來看，當(dāng)無人機(jī)位于1.5m的飛行高度時(shí)霧滴沉積分布均勻性較差，主要是由于無人機(jī)旋翼下旋氣流較強(qiáng)導(dǎo)致作物植株出現(xiàn)大幅度擺動(dòng)，難以捕獲更多的噴藥?kù)F滴，從而引起局部霧滴沉積變化較大，降低了霧滴分布的均勻性。綜上考慮，在對(duì)農(nóng)田作業(yè)區(qū)域進(jìn)行植保無人機(jī)噴藥作業(yè)時(shí)，最好將其飛行速度控制在1m/s，而對(duì)應(yīng)的作業(yè)高度最好控制在2m，保證噴藥?kù)F滴的沉積密度和均勻性。3結(jié)語(yǔ)綜上所述，植保無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保工作中體現(xiàn)出不可比