植保无人机施药技术研究现状与展望

袁 海

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）

病虫害对粮食生产量降低的影响不能忽视，引入先进防治技术意义重大。无人机作为新型植保机械，由定位系统与控制系统等先进技术组成，灵活可靠且效率高、成本低等特征优势明显。但在实践中易受到作业环境与喷头性能等因素影响施药作业质量，还需加强装置各系统方面的创新力度，以减少各种因素对作业成效的不良影响。

1 植保无人机施药技术研究现状

1.1 国内研究

无人机监测病虫害方面的优势得到了国内外专家的一致认可，根据工作原理提出了运用图像处理与数码遥感等技术结合监测农作物条锈病的方法，可显著提高工作效率。根据剪切波与纹理识别间的方向差异性特征，提出了利用剪切波变换识别麦田图像中杂草的理论，可弥补灰度共生矩阵方法传统工作方式的不足。相继提出了各种估算种植面积的理论方法，如基于对象分类理论采用处理遥感影像与卫星遥感等技术估算单季晚稻面积；利用植被指数法与高清图像等方式，计算出冬小麦植被覆盖率；利用空间尺度长宽比监测病虫害发生面积等，通过种植面积推算出农药用量等作业情况，最终实现施药精准化。无人机遥感性能比卫星遥感技术优越，减少了天气因素影响，时效性与图像质量等方面优势明显，更利于推动农业精细化管理。

1.2 国外研究

相继提出了用光谱相机进行大豆锈病检测的方法，尤其是对于国外大豆锈病的区域，提供了科学管理依据。可通过传感系统收集到的图像识别杂草类别，同时利用热成像仪与多光谱等遥感设备，绘制非抗性与甘膦抗性杂草的分布图纸，确保农作物科学种植与管理。可运用OBIA方法的果树表面数字模型，准确监测到单棵与行间农作物的种植信息，为田间施肥等管理作业高效展开提供了可靠依据[1]。

2 国内无人机技术研究问题方面

2.1 旋翼数方面

无人机旋翼数与旋翼分布不同，在形成的风场与雾滴影响方面也多有差异。国内对风场下雾滴运动规律的研究显现，未得出完整性结论，无法为雾滴沉降技术调整提供价值理论参照。

2.2 作业参数方面

无人机作业参数调整，直接影响工作效率与质量，需要依据指定农作物在特定气象条件下与生长阶段中的生长情况确定参数，但该主题的研究方向分散，研究结果无实际应用参照意义。当对生长时段与天气环境或作物种类发生变化，参数调整降陷入混乱，防治效果不尽理想。同时无人机种类繁琐，在选择上也会存在盲目性。

2.3 静电施药方面

无人机静电施药系统构成复杂，核心技术理论研究速度，俨然滞后于静电施药技术的发展要求，尤其是带电材料绝缘方面，常发生部件漏电等安全隐患问题。静电喷头方面的不足有待改进，包括产生的雾滴粒径小、荷电量不足与雾滴漂移等问题，但在指标标准上尚未统一，成为了严重制约技术推广应用的重要因素[2]。

2.4 喷头性能方面

无人机施药作业环境不同，在雾滴沉降距离与地面机具等方面存在差异，通常需要特定的喷头，确保雾滴漂移等问题得到规避。国内对喷头的研究创新力度明显滞后，喷头雾化效果易受到制作工艺与材料等因素影响。同时喷头分类不合理，也成为了技术限制性发展的关键因素。

3 无人机技术展望

3.1 雾滴漂移与分布模型

建立雾滴漂移与分布模型，对环境保护与提高资源利用效益有着积极作用。当前研发出来的模型，不适用于无人机。同时无人机在作业参数与风场分布等方面，与固定翼飞机有明显不同，还需加大适用于无人机的雾滴模型研究建立力度。

3.2 专家系统

专家系统解决了无人机作业系统性优化等方面的弊端，首先需细化航空植保行业标准，通过提高准入门槛等方法，筛掉无资质的企业。其次加强专家系统建立，通过输入作物种类与病虫害信息等信息，在作业参数与无人机类型及农药剂量等方面提供科学指导。最后加强航空植保队伍建设，加大培训教育力度，要求其掌握专业知识技能，可以灵活运用雾滴穿透系数模型等先进技术，确保无人机施药工作成效。

3.3 综合作业

为迎合环保高效等生产政策号召，要想实现农药减量与资源高效利用，还需加强精准监测等方面的研究。同时通过多机合作全方位收集病虫草害信息，为施药航线图生成提供依据，最终实现无人机自动按需与变量喷洒农药。

4 总结

国内植保无人机施药技术的研究仍处于摸索性前进阶段，有较大的发展空间，在解决研究问题的同时，还需迎合行业发展趋势，对多机合作与雾滴分布模型建立等方面加强研究，不断丰富无人机施药作业的理论基础，从而为实践作业高效展开提供价值依据。