無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的研究與探索.pdf

nullnull 農(nóng)業(yè)裝備 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2023年第6期 無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的研究與探索 吳雄杰 上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定推廣站 上海市 201601 摘要 傳統(tǒng)施肥植保機(jī)械作業(yè)面臨著作業(yè)效率不高 用工量大 勞動(dòng)強(qiáng)度高等問題 無法滿足農(nóng)戶日益增 長(zhǎng)的高質(zhì)高效機(jī)械化生產(chǎn)需求 近兩年 隨著無人機(jī) 的性能更加可靠和穩(wěn)定 無人機(jī)施肥植保一機(jī)多用成 為可能 試驗(yàn)研究證明 無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù) 具有作業(yè)效率高 用工量小 勞動(dòng)強(qiáng)度低等明顯優(yōu) 勢(shì) 應(yīng)用發(fā)展前景廣闊 有望助推本市農(nóng)機(jī)裝備提檔 升級(jí) 關(guān)鍵詞 施肥植保一體化 無人機(jī) 技術(shù)研究 0 引言 施肥和植保是水稻田間管理中兩個(gè)重要的作業(yè)環(huán) 節(jié) 上海水稻施肥和植保時(shí)間主要集中在每年的6 9月 份 高溫天氣居多 水稻種植后通常需要施肥3 4次 植保4 5次 目前 水稻機(jī)械施肥 植保技術(shù)模式比較 單一 高性能農(nóng)機(jī)裝備還不夠多 技術(shù)含量不高 機(jī)械 施肥和植保作業(yè)效率低 用工量大 勞動(dòng)強(qiáng)度高等現(xiàn)象 仍存在 因此 亟須探索新型機(jī)械施肥植保技術(shù) 助推 本市農(nóng)機(jī)裝備提檔升級(jí) 加快農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展 1 目前全市水稻機(jī)械施肥和植保技術(shù)與裝備現(xiàn)狀 1 1 背負(fù)式噴粉噴霧機(jī)施肥技術(shù) 近幾年 小規(guī)模種植農(nóng)戶施肥使用的是背負(fù)式噴 粉噴霧機(jī) 人工背負(fù)行走 噴霧機(jī)以汽油機(jī)為動(dòng)力 半人工半機(jī)械施肥 肥箱30 L左右 作業(yè)效率一般在 0 33 hm 2 h 作業(yè)效率低 勞動(dòng)強(qiáng)度大 施肥量波動(dòng) 大 屬于粗放型作業(yè) 優(yōu)勢(shì)是施肥靈活 適用于水稻 小規(guī)模種植面積 1 2 人工擔(dān)架式噴霧機(jī)植保技術(shù) 人工擔(dān)架式噴霧機(jī)主要是由水泵和藥箱構(gòu)成 固 定在移動(dòng)車上 由4 6人牽引水管在水稻田間前行 另 外4 6人持水槍噴頭噴灑農(nóng)藥 屬于半人工半機(jī)械植 保 作業(yè)效率一般在1 2 hm 2 h 相較其他植保機(jī)械 作 業(yè)效率偏低 勞動(dòng)強(qiáng)度大 人工成本高 隨著農(nóng)業(yè)勞 動(dòng)人口不斷老齡化 該模式的劣勢(shì)越來越明顯 1 3 高地隙自走式植保車施肥與植保技術(shù) 該技術(shù)模式在原有高地隙自走式噴桿噴霧機(jī)上 加裝或改裝前置或后置小型離心式撒肥機(jī) 可實(shí)現(xiàn)機(jī) 械施肥和植保作業(yè) 較其他技術(shù)模式有一定的作業(yè)優(yōu) 勢(shì) 但自2016年引進(jìn)與試驗(yàn)以來 并未實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用 推廣 主要原因 一是高地隙自走式植保車在水稻田間 駕駛操作復(fù)雜 同時(shí)在機(jī)具上連續(xù)添加肥料勞動(dòng)強(qiáng)度 大 二是高地隙自走式植保車通常作業(yè)會(huì)壓出20 cm 次 左右的泥溝 通常施肥作業(yè)3 4次 年 后續(xù)植保作業(yè) 也會(huì)進(jìn)行4 5次 這樣高頻率的作業(yè) 造成很多犁底層 逐漸另深 機(jī)械在田間無法連續(xù)作業(yè) 同時(shí) 許多農(nóng) 戶對(duì)作業(yè)期間出現(xiàn)的壓苗 傷苗現(xiàn)象有一定擔(dān)憂和顧 忌 因此 全程使用高地隙自走式植保車進(jìn)行施肥和 植保作業(yè)技術(shù)應(yīng)用推廣難度大 1 4 無人機(jī)施肥植保技術(shù) 無人機(jī)施肥植保是近兩年興起的一項(xiàng)新型智能化 技術(shù) 是利用無人機(jī)的播撒系統(tǒng)和噴灑系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一機(jī) 多用 進(jìn)行施肥和植保作業(yè) 隨著無人機(jī)技術(shù)不斷迭 代升級(jí) 無人機(jī)的性能更加可靠和穩(wěn)定 作業(yè)效率 高 勞動(dòng)強(qiáng)度輕等優(yōu)勢(shì)越來越明顯 應(yīng)用范圍也越來 越廣 2 無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的試驗(yàn)研究 2 1 基本情況 為進(jìn)一步掌握無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的生產(chǎn) 適應(yīng)性情況 2022年7 9月份 本市以主流無人機(jī)機(jī)型 大疆T40無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)為試驗(yàn)對(duì)象 進(jìn)行 實(shí)測(cè)試驗(yàn)研究 無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的試驗(yàn)基 本情況見表1 2 2 作業(yè)效率 經(jīng)實(shí)測(cè)計(jì)算 在預(yù)設(shè)施肥量25 kg 667m 2 的情況下 大疆T40無人機(jī)施肥作業(yè)效率為2 26 hm 2 h 而常規(guī)背 負(fù)式噴粉噴霧機(jī)在施肥量15 kg 667m 2 情況下作業(yè)效率 為0 33 hm 2 h 前者作業(yè)效率是后者的6 85倍 同時(shí)無 人機(jī)施肥的單位時(shí)間內(nèi)施肥量可折算為847 25 kg h 基金項(xiàng)目 上海市水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè) 滬農(nóng)科產(chǎn)字 2022 第3號(hào) nullnull 農(nóng)業(yè)裝備農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2023年第6期 是常規(guī)背負(fù)式噴粉噴霧機(jī)單位時(shí)間內(nèi)施肥量75 kg h的 11 3倍 大疆T40無人機(jī)植保作業(yè)效率高達(dá)7 34 hm 2 h 是人工擔(dān)架式噴霧機(jī) 10人模式 作業(yè)效率1 2 hm 2 h的 6 08倍 具體數(shù)據(jù)見表2 表2 無人機(jī)施肥作業(yè)效率測(cè)算表 作業(yè)環(huán)節(jié) 面積 667m 2 作業(yè)總時(shí)間 s 作業(yè)效率 667m 2 h 施肥 133 33 14 160 33 89 植保 133 33 4 360 110 09 2 3 作業(yè)精準(zhǔn)程度 無人機(jī)施肥和植保作業(yè)期間飛行路徑均為自動(dòng)規(guī) 劃 每次起始位置會(huì)自動(dòng)識(shí)別 無漏施 重施 無 漏噴 重噴 飛行速度穩(wěn)定 施肥作業(yè)均勻性好 總體作業(yè)精準(zhǔn)度高 經(jīng)測(cè)算 稱重區(qū)總用肥量為 887 5 kg 作業(yè)面積為2 28 hm 2 實(shí)際平均施肥量為 25 95 kg 667m 2 與作業(yè)前設(shè)置的25 kg 667m 2 僅存在 3 8 的正偏差 測(cè)量藥劑用量區(qū) 總配制藥劑220 L 實(shí)際使用215 5 L 作業(yè)面積8 87 hm 2 實(shí)際平均用水量 為1 62 L 667m 2 與作業(yè)前設(shè)置的1 65 L 667m 2 僅存在 1 3 的正偏差 2 4 不同施肥植保機(jī)械作業(yè)特點(diǎn)對(duì)比 在無人機(jī)施肥和植保作業(yè)過程中 對(duì)比其他不同 施肥植保機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)可發(fā)現(xiàn) 無人機(jī)植保操作人 員只需2人 比人工擔(dān)架式噴霧機(jī)10人用工量顯著下 降 勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低 作業(yè)條件適應(yīng)面廣 不受水稻 株高 田塊泥土情況限制 作業(yè)效率成倍提高 同時(shí) 無人機(jī)施肥具備無人機(jī)植保上述特點(diǎn)之外 相比背負(fù)式 噴粉噴霧機(jī) 作業(yè)效率更高 勞動(dòng)強(qiáng)度和用工量明顯下 降 總體作業(yè)精準(zhǔn)程度高 相關(guān)跟蹤情況見表3 3 結(jié)語 以大疆T40無人機(jī)為代表的無人機(jī)施肥植保一體化 技術(shù)是一項(xiàng)智能化程度高 一機(jī)多用 功能強(qiáng)大的新 型農(nóng)機(jī)技術(shù) 相較常規(guī)施肥 植保技術(shù)模式 具有作 業(yè)效率高 用工量 勞動(dòng)強(qiáng)度低 作業(yè)精準(zhǔn)度高等巨 大優(yōu)勢(shì) 同時(shí)低空飛行作業(yè) 不受水稻長(zhǎng)勢(shì) 田間地 勢(shì)等客觀條件影響 具有較大的適用范圍 其有望成 為緩解水稻田間管理中施肥和植保作業(yè)中用工量和勞 動(dòng)強(qiáng)度大等問題的重要農(nóng)機(jī)智能化產(chǎn)品 隨著無人機(jī)產(chǎn)品不斷迭代升級(jí) 無人機(jī)性能大幅 提升 近兩年 無人機(jī)施肥和植保技術(shù)日趨成熟 無 人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)在本市的應(yīng)用推廣趨勢(shì)強(qiáng) 勁 這有利于加速本市農(nóng)機(jī)裝備的提檔升級(jí) 向智能 化 自動(dòng)化 無人化等更高層次發(fā)展 參考文獻(xiàn) 1 蘇穎 閆廷廷嵇強(qiáng) 等 一種植保無人機(jī)施肥系統(tǒng) CN214852781U P 2021 2 李俊 楊貴良 淺論無人機(jī)植保技術(shù)應(yīng)用存在的問題與措 施 J 南方農(nóng)機(jī) 2019 50 5 1 3 倪相飛 加快農(nóng)業(yè)無人機(jī)植保技術(shù)的推廣應(yīng)用 J 農(nóng)機(jī)使 用與維修 2021 10 60 61 表1 無人機(jī)施肥植保一體化技術(shù)的試驗(yàn)基本情況 類別 無人機(jī)施肥 無人機(jī)植保 播撒 噴灑系統(tǒng) 主要參數(shù) 肥箱容量70 L 理論上最大載肥量50 kg 次 硬 質(zhì)圓粒型復(fù)合肥 預(yù)設(shè)施肥量25 kg 667m 2 藥箱容量40 L 二次稀釋配制防治稻飛虱混合藥液 預(yù)設(shè)用水量 1 6 L 667m 2 主要作業(yè)飛行參數(shù) 飛行高度3 m 飛行速度5 m s 噴幅5 m 播撒 轉(zhuǎn)速1 000 r min 飛行高度3 m 飛行速度6 m s 噴幅6 m 操作人員 3名 其中 無人機(jī)操作人員1名 輔助工2名 2名 其中無人機(jī)操作人員1名 人工加藥 換電池輔助工1名 表3 不同施肥植保機(jī)械作業(yè)特點(diǎn)對(duì)比 不同施肥植保機(jī)械 用工量 人數(shù) 勞動(dòng)強(qiáng)度 作業(yè)中不利因素 作業(yè)精準(zhǔn)程度 背負(fù)式噴粉噴霧機(jī) 1名機(jī)手1名輔助 很大 株高太高不利于人工行走作業(yè) 偏差大 粗放型 人工擔(dān)架式噴霧機(jī) 3 5名噴灑4 6名輔助 很大 株高太高不利于人工行走作業(yè) 偏差大 粗放型 自走式噴桿噴霧機(jī) 1名機(jī)手1名輔助 中等 株高太高不利于植保車行走 部分低洼田塊容易陷車無法作業(yè) 均勻性好 無人機(jī) 施肥 1名機(jī)手2名輔助 輕 暫無 均勻性好 精準(zhǔn)度高 無漏施無重施 無人機(jī) 植保 1名機(jī)手1名輔助 輕 暫無 均勻性好 精準(zhǔn)度高 無漏噴無 重噴