无人机施肥植保一体化技术的研究与探索.pdf

nullnull 农业装备 农业开发与装备 2023年第6期 无人机施肥植保一体化技术的研究与探索 吴雄杰 上海市农业机械鉴定推广站 上海市 201601 摘要 传统施肥植保机械作业面临着作业效率不高 用工量大 劳动强度高等问题 无法满足农户日益增 长的高质高效机械化生产需求 近两年 随着无人机 的性能更加可靠和稳定 无人机施肥植保一机多用成 为可能 试验研究证明 无人机施肥植保一体化技术 具有作业效率高 用工量小 劳动强度低等明显优 势 应用发展前景广阔 有望助推本市农机装备提档 升级 关键词 施肥植保一体化 无人机 技术研究 0 引言 施肥和植保是水稻田间管理中两个重要的作业环 节 上海水稻施肥和植保时间主要集中在每年的6 9月 份 高温天气居多 水稻种植后通常需要施肥3 4次 植保4 5次 目前 水稻机械施肥 植保技术模式比较 单一 高性能农机装备还不够多 技术含量不高 机械 施肥和植保作业效率低 用工量大 劳动强度高等现象 仍存在 因此 亟须探索新型机械施肥植保技术 助推 本市农机装备提档升级 加快农业高质量发展 1 目前全市水稻机械施肥和植保技术与装备现状 1 1 背负式喷粉喷雾机施肥技术 近几年 小规模种植农户施肥使用的是背负式喷 粉喷雾机 人工背负行走 喷雾机以汽油机为动力 半人工半机械施肥 肥箱30 L左右 作业效率一般在 0 33 hm 2 h 作业效率低 劳动强度大 施肥量波动 大 属于粗放型作业 优势是施肥灵活 适用于水稻 小规模种植面积 1 2 人工担架式喷雾机植保技术 人工担架式喷雾机主要是由水泵和药箱构成 固 定在移动车上 由4 6人牵引水管在水稻田间前行 另 外4 6人持水枪喷头喷洒农药 属于半人工半机械植 保 作业效率一般在1 2 hm 2 h 相较其他植保机械 作 业效率偏低 劳动强度大 人工成本高 随着农业劳 动人口不断老龄化 该模式的劣势越来越明显 1 3 高地隙自走式植保车施肥与植保技术 该技术模式在原有高地隙自走式喷杆喷雾机上 加装或改装前置或后置小型离心式撒肥机 可实现机 械施肥和植保作业 较其他技术模式有一定的作业优 势 但自2016年引进与试验以来 并未实现广泛应用 推广 主要原因 一是高地隙自走式植保车在水稻田间 驾驶操作复杂 同时在机具上连续添加肥料劳动强度 大 二是高地隙自走式植保车通常作业会压出20 cm 次 左右的泥沟 通常施肥作业3 4次 年 后续植保作业 也会进行4 5次 这样高频率的作业 造成很多犁底层 逐渐另深 机械在田间无法连续作业 同时 许多农 户对作业期间出现的压苗 伤苗现象有一定担忧和顾 忌 因此 全程使用高地隙自走式植保车进行施肥和 植保作业技术应用推广难度大 1 4 无人机施肥植保技术 无人机施肥植保是近两年兴起的一项新型智能化 技术 是利用无人机的播撒系统和喷洒系统实现一机 多用 进行施肥和植保作业 随着无人机技术不断迭 代升级 无人机的性能更加可靠和稳定 作业效率 高 劳动强度轻等优势越来越明显 应用范围也越来 越广 2 无人机施肥植保一体化技术的试验研究 2 1 基本情况 为进一步掌握无人机施肥植保一体化技术的生产 适应性情况 2022年7 9月份 本市以主流无人机机型 大疆T40无人机施肥植保一体化技术为试验对象 进行 实测试验研究 无人机施肥植保一体化技术的试验基 本情况见表1 2 2 作业效率 经实测计算 在预设施肥量25 kg 667m 2 的情况下 大疆T40无人机施肥作业效率为2 26 hm 2 h 而常规背 负式喷粉喷雾机在施肥量15 kg 667m 2 情况下作业效率 为0 33 hm 2 h 前者作业效率是后者的6 85倍 同时无 人机施肥的单位时间内施肥量可折算为847 25 kg h 基金项目 上海市水稻产业技术体系建设 沪农科产字 2022 第3号 nullnull 农业装备农业开发与装备 2023年第6期 是常规背负式喷粉喷雾机单位时间内施肥量75 kg h的 11 3倍 大疆T40无人机植保作业效率高达7 34 hm 2 h 是人工担架式喷雾机 10人模式 作业效率1 2 hm 2 h的 6 08倍 具体数据见表2 表2 无人机施肥作业效率测算表 作业环节 面积 667m 2 作业总时间 s 作业效率 667m 2 h 施肥 133 33 14 160 33 89 植保 133 33 4 360 110 09 2 3 作业精准程度 无人机施肥和植保作业期间飞行路径均为自动规 划 每次起始位置会自动识别 无漏施 重施 无 漏喷 重喷 飞行速度稳定 施肥作业均匀性好 总体作业精准度高 经测算 称重区总用肥量为 887 5 kg 作业面积为2 28 hm 2 实际平均施肥量为 25 95 kg 667m 2 与作业前设置的25 kg 667m 2 仅存在 3 8 的正偏差 测量药剂用量区 总配制药剂220 L 实际使用215 5 L 作业面积8 87 hm 2 实际平均用水量 为1 62 L 667m 2 与作业前设置的1 65 L 667m 2 仅存在 1 3 的正偏差 2 4 不同施肥植保机械作业特点对比 在无人机施肥和植保作业过程中 对比其他不同 施肥植保机械的作业特点可发现 无人机植保操作人 员只需2人 比人工担架式喷雾机10人用工量显著下 降 劳动强度明显降低 作业条件适应面广 不受水稻 株高 田块泥土情况限制 作业效率成倍提高 同时 无人机施肥具备无人机植保上述特点之外 相比背负式 喷粉喷雾机 作业效率更高 劳动强度和用工量明显下 降 总体作业精准程度高 相关跟踪情况见表3 3 结语 以大疆T40无人机为代表的无人机施肥植保一体化 技术是一项智能化程度高 一机多用 功能强大的新 型农机技术 相较常规施肥 植保技术模式 具有作 业效率高 用工量 劳动强度低 作业精准度高等巨 大优势 同时低空飞行作业 不受水稻长势 田间地 势等客观条件影响 具有较大的适用范围 其有望成 为缓解水稻田间管理中施肥和植保作业中用工量和劳 动强度大等问题的重要农机智能化产品 随着无人机产品不断迭代升级 无人机性能大幅 提升 近两年 无人机施肥和植保技术日趋成熟 无 人机施肥植保一体化技术在本市的应用推广趋势强 劲 这有利于加速本市农机装备的提档升级 向智能 化 自动化 无人化等更高层次发展 参考文献 1 苏颖 闫廷廷嵇强 等 一种植保无人机施肥系统 CN214852781U P 2021 2 李俊 杨贵良 浅论无人机植保技术应用存在的问题与措 施 J 南方农机 2019 50 5 1 3 倪相飞 加快农业无人机植保技术的推广应用 J 农机使 用与维修 2021 10 60 61 表1 无人机施肥植保一体化技术的试验基本情况 类别 无人机施肥 无人机植保 播撒 喷洒系统 主要参数 肥箱容量70 L 理论上最大载肥量50 kg 次 硬 质圆粒型复合肥 预设施肥量25 kg 667m 2 药箱容量40 L 二次稀释配制防治稻飞虱混合药液 预设用水量 1 6 L 667m 2 主要作业飞行参数 飞行高度3 m 飞行速度5 m s 喷幅5 m 播撒 转速1 000 r min 飞行高度3 m 飞行速度6 m s 喷幅6 m 操作人员 3名 其中 无人机操作人员1名 辅助工2名 2名 其中无人机操作人员1名 人工加药 换电池辅助工1名 表3 不同施肥植保机械作业特点对比 不同施肥植保机械 用工量 人数 劳动强度 作业中不利因素 作业精准程度 背负式喷粉喷雾机 1名机手1名辅助 很大 株高太高不利于人工行走作业 偏差大 粗放型 人工担架式喷雾机 3 5名喷洒4 6名辅助 很大 株高太高不利于人工行走作业 偏差大 粗放型 自走式喷杆喷雾机 1名机手1名辅助 中等 株高太高不利于植保车行走 部分低洼田块容易陷车无法作业 均匀性好 无人机 施肥 1名机手2名辅助 轻 暂无 均匀性好 精准度高 无漏施无重施 无人机 植保 1名机手1名辅助 轻 暂无 均匀性好 精准度高 无漏喷无 重喷