无人机喷雾实验及效果分析

摘 要：随着现代农业技术的发展和进步，利用无人机喷雾施药已成为主流。本次实验为比较不同参数组合下的无人机喷雾效果，来分析其影响因素和权重。实验利用无人旋翼机载药，搭建无人机喷雾测试台架，采用了农用喷头，通过依次变化喷杆安装位置和喷雾角度，对于模拟作物进行喷雾效果的图像检测和沉积检测。利用ImageJ等图像数据分析和处理软件，分析图像数据，判断喷雾效果。同时利用Origin等数据分析软件，进行方差和权重分析，生成喷雾效果结论。本次研究结果可为无人机喷雾系统设计和航空植保作业参数的选择提供参考依据。

关键词：无人机；喷雾；变化喷杆；雾滴沉积

UAV Spray Experiment and Effect Analysis

ABSTRACT： With the development and progress of modern agricultural technology, spray application of UAV has become the mainstream. In order to compare the effects of UAV spray with different parameters, the influence factors and weights are analyzed. The spray test bench of UAV was set up and the agricultural spray head was adopted. By changing the installation position of spray rod and spray angle in turn, the spray effect of simulated crops was detected by image detection and deposition detection. The image data analysis and processing software such as ImageJ was used. Analyze image data, judge spray effect. At the same time, use Origin and other data analysis software, carry on variance and weight analysis. The results can provide a reference for the design of UAV spray system and the selection of aviation plant protection operation parameters.

Key words：UAV; spray;Variable jet rod;droplet deposition.

1. 课题研究目的和意义

我国历年病虫害防治面积中水稻田约占34%，占总防治量的三分之一^[1]，我国地区粮食与经济作物不像欧美等国家在大平原中种植， 其生产生态条件复杂，大多是小地块、小规模、丘陵中非平原等高种植，且耕作制度多样，作物因高温高湿环境有害生物多发、频发、重发。按联合国粮农组织（FAO）自然损失率37%以上测算，若不采取防控措施，仅中国水稻每年因病虫危害可造成产量损失500亿公斤，潜在经济损失超过2 000亿元^[2]。随着我国城镇化建设的发展，农村劳动力的急剧减少，亚洲地区农村的劳动力结构发生了不小的变化，农村劳动力短缺与农业劳动力需求的矛盾日益严峻，人们急需高效率的作业机具服务于农业生产。传统人工植保作业已无法满足农业现代化生产需求。中国的粮食生产和经济作物每年都在不同程度的遭受病虫害的侵袭，年均病虫害发生面积近 47 000 万 hm2，造成粮食损失近 250亿 kg、约占总产量的20%左右，造成经济作物损失达 175 多亿 kg。农药防治病虫害依旧是保证粮食生产的重要手段^[3]。而化学防治是控制大面积，突发性病虫害最有效的方法，施药机械是达到预计效果必不可少的工具^[4]。无人机施药能实现人机分离、人药分离、安全并且高效，并能实现生长期全程无人机械化喷雾作业。应用航空施药技术有利于实现农业病虫害的统防统治，提高农业资源利用率，实现精准喷施作业，与传统施药相比，具有作业效率高、作业质量好、作业安全性高、环境适应性好、省水省药和智能化程度高等优势^[5]。微小型无人机喷洒农药因具有运行成本低、作业灵活、自动控制能力强、作业高度低、飘移少，旋翼气流辅助增加气流对作物的穿透性等优点，非常适合于中小田块的病虫害防治或是大田块内局部的精准施药，逐步成为航空施药的重要发展趋势^[6]。因此，推广无人机喷雾施药对国家农业产业的蓬勃发展有着重要意义。

2、 国内外研究现状

2.1 国外研究现状分析