极飞学院 | 中国无人机施药关键技术进展与发展趋势

　　近年来，我国在农业航空施药技术的发展上取得了一系列成果。但是，与发达国家的农业航空应用相比，我国在航空施药基础理论、低空喷洒沉降规律、航空静电喷雾技术、航空变量施药技术等方面，还存在不足 。这一期，我将从航空施药关键技术、航空施药配套装备等方面，聊聊中国农业航空施药的发展现状，希望能够为国内科研机构、企业的研究应用提供参考。
      现阶段，无人机因其效率高、性能优越、应对突发灾害能力强等优点，在中国呈井喷式发展。尤其是近年，无人机低空低容量喷洒、远程控制施药等技术在中国均取得突破性进展。

      在农业病虫害防治中，无人机的作业高度、气流场对雾滴均匀性、雾滴沉积和飘失有较大影响。比如，为明确小型无人机的工作参数，以及探索适用于其施药的药剂剂型，研究人员应用无人机喷施了不同剂型的毒死蜱防治玉米螟。试验表明，飞行速度为 5 m/s 时，试验设定的 3 个飞行高度中，以离植株顶部高度为 2.5 m 时防治效果最好。飞行过高影响防治效果，过低影响作业效率。

      又比如，在小麦吸浆虫的防治中，应用了小型无人机进行低空喷洒，试验使用了不同雾化方式的喷头喷洒不同药剂、不同剂型以及添加不同助剂的药剂，在对雾滴沉积分布状况及防治效果进行分析后发现，两种雾化方式相比，离心式雾化喷头的雾滴沉积密度优于液力雾化喷头。



     航空喷嘴的试验与改进

      目前，世界发达国家农用航空飞机作业，主要使用液力雾化喷嘴和旋转离心式雾化喷嘴，目的是实现雾滴可控、喷洒流量大、不易堵塞、喷头数少，且实现低量喷雾，能够在提高航空作业效果的同时，最大化降低环境污染。

      中国大型农用施药飞机直接从国外采购，大都采用旋转离心式雾化喷头。对于这种喷头的作业效果如何，是否需要针对实际生产对其升级开发，有待开展系列试验验证。

      无人机要实现低空、低量、均匀喷施、高功效的喷洒要求，必须对其雾化部件进行优化与选择。我国科研人员已展开无人机喷嘴的结构、性能及应用效果的测试研究，并取得了一定进展。

       但是，我国现开发的喷嘴多存在雾滴谱宽、漂移量大、雾化效果不可控等不足，以后需从喷嘴结构设计上加大研究力度。如重点借鉴发达国家使用的超低容量施药技术的应用经验，开发适用于大型农用飞机和不同型号农用无人机的专用可控雾化喷嘴，以提高药液的利用率。




      当前，雾滴飘移监测、雾滴沉积量评估、雾滴图像处理系统等传感器的开发与使用，是航空施药领域的研究热点。

      比如，有科研人员开发了航空施药中药雾分布与飘移趋势遥测系统，利用近红外成像仪在一定距离获取航空施药的雾滴云团图像，分析其红外成像光谱特征，对药雾云团进行识别，进而反演药雾云团的浓度图像，实现药雾飘移趋势预测。

      农业部南京农业机械化研究所针对无人机旋翼风场测试、航空飘移预测模型等内容开展了系列测试试验。华南农业大学成功研制风场无线传感器网络测量系统，为航空喷施等作业参数的优化选择提供了依据。

      还有研究人员开发了一套航空施药雾滴分布指标的检测装置及系统，通过对水敏试纸的扫描图像进行处理，获得雾滴分布指标，降低雾滴分布指标的测量误差，用于提高雾滴沉积测量效率。


      中国无论是在固定翼飞机、旋翼无人机的数量、作业面积等方面都和国外主要国家有较大差距。同时，也说明农用施药飞机、无人机在中国有巨大的发展和应用前景。

      我们应立足于国内农业实际生产需求，借鉴美国、俄罗斯、日本、韩国及巴西等应用较为成熟的国家在农用施药机型上的配置经验，比如大型农用飞机生产服务可参考欧美标准，小型无人机可参考日韩标准;应大力开发设计具有自主知识产权的农用施药飞机( 以开放程度较高、资金投入少的无人机为主) ，进而建立完善的农用航空施药飞机作业行业标准。



      近年来，我国在农业航空施药技术的发展上取得了一系列成果。但是，与发达国家的农业航空应用相比，我国在航空施药基础理论、低空喷洒沉降规律、超低容量喷雾技术、航空变量施药技术等方面，还存在不足。

      由表 2 可知，对于世界航空施药的最新技术，如中低速风洞风场模拟、航空飘移预测模型构建、静电喷雾技术、处方图变量喷药、无线传感监测雾滴沉积等方面，国内的北京农业智能装备技术研究中心、南京农业机械化研究所、华南农业大学、中国农业大学都有相关研究团队开展了跟踪研究。但由于配套设备和专项资金支持方面的缺乏等，一些理论研究成果投入到实际应用仍有较大差距。

      随着绿色植保、精准农业、食品安全等热点领域的发展需求，国家对农业航空施药领域予以了重点扶持。我国的科研机构和科技工作者应抓住这一战略发展期，根据国情和实际应用需求，在以下几个方面重点发力:

      1、建立并使用专业风洞风场研究基地，进一步深化航空施药理论研究;

      2、根据国家地域特点和种植区划分，开展有针对性的施药技术探索，形成大型农用飞机、无人直升机、多旋翼无人机等多机型作业的生产服务体系;

      3、突破雾滴飘移预测、静电喷雾、变量施药等前沿技术，形成实用可行的技术体系。

      在未来的 5 ~ 10 年，随着国家加强对农业航空发展政策的制定与深入宣传，航空施药配套设备专门企业的培育与发展，中国将在航空精准喷雾基础理论研究和相关设备研发方面取得突破，这将有力推动航空精准施药技术的快速发展和应用普及，真正实现高效、环保、安全的农业植保要求。