無人機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)機械鑒定推廣站 上海市 201601 摘要 傳統(tǒng)施肥植保機械作業(yè)面臨著作業(yè)效率不高 用工量大 勞動強度高等問題 無法滿足農(nóng)戶日益增 長的高質(zhì)高效機械化生產(chǎn)需求 近兩年 隨著無人機 的性能更加可靠和穩(wěn)定 無人機施肥植保一機多用成 為可能 試驗研究證明 無人機施肥植保一體化技術(shù) 具有作業(yè)效率高 用工量小 勞動強度低等明顯優(yōu) 勢 應用發(fā)展前景廣闊 有望助推本市農(nóng)機裝備提檔 升級 關(guān)鍵詞 施肥植保一體化 無人機 技術(shù)研究 0 引言 施肥和植保是水稻田間管理中兩個重要的作業(yè)環(huán) 節(jié) 上海水稻施肥和植保時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 水稻機械施肥 植保技術(shù)模式比較 單一 高性能農(nóng)機裝備還不夠多 技術(shù)含量不高 機械 施肥和植保作業(yè)效率低 用工量大 勞動強度高等現(xiàn)象 仍存在 因此 亟須探索新型機械施肥植保技術(shù) 助推 本市農(nóng)機裝備提檔升級 加快農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展 1 目前全市水稻機械施肥和植保技術(shù)與裝備現(xiàn)狀 1 1 背負式噴粉噴霧機施肥技術(shù) 近幾年 小規(guī)模種植農(nóng)戶施肥使用的是背負式噴 粉噴霧機 人工背負行走 噴霧機以汽油機為動力 半人工半機械施肥 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 勞動強度大 施肥量波動 大 屬于粗放型作業(yè) 優(yōu)勢是施肥靈活 適用于水稻 小規(guī)模種植面積 1 2 人工擔架式噴霧機植保技術(shù) 人工擔架式噴霧機主要是由水泵和藥箱構(gòu)成 固 定在移動車上 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 屬于半人工半機械植 保 作業(yè)效率一般在1 2 hm 2 h 相較其他植保機械 作 業(yè)效率偏低 勞動強度大 人工成本高 隨著農(nóng)業(yè)勞 動人口不斷老齡化 該模式的劣勢越來越明顯 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上 加裝或改裝前置或后置小型離心式撒肥機 可實現(xiàn)機 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 但自2016年引進與試驗以來 并未實現(xiàn)廣泛應用 推廣 主要原因 一是高地隙自走式植保車在水稻田間 駕駛操作復雜 同時在機具上連續(xù)添加肥料勞動強度 大 二是高地隙自走式植保車通常作業(yè)會壓出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) 也會進行4 5次 這樣高頻率的作業(yè) 造成很多犁底層 逐漸另深 機械在田間無法連續(xù)作業(yè) 同時 許多農(nóng) 戶對作業(yè)期間出現(xiàn)的壓苗 傷苗現(xiàn)象有一定擔憂和顧 忌 因此 全程使用高地隙自走式植保車進行施肥和 植保作業(yè)技術(shù)應用推廣難度大 1 4 無人機施肥植保技術(shù) 無人機施肥植保是近兩年興起的一項新型智能化 技術(shù) 是利用無人機的播撒系統(tǒng)和噴灑系統(tǒng)實現(xiàn)一機 多用 進行施肥和植保作業(yè) 隨著無人機技術(shù)不斷迭 代升級 無人機的性能更加可靠和穩(wěn)定 作業(yè)效率 高 勞動強度輕等優(yōu)勢越來越明顯 應用范圍也越來 越廣 2 無人機施肥植保一體化技術(shù)的試驗研究 2 1 基本情況 為進一步掌握無人機施肥植保一體化技術(shù)的生產(chǎn) 適應性情況 2022年7 9月份 本市以主流無人機機型 大疆T40無人機施肥植保一體化技術(shù)為試驗對象 進行 實測試驗研究 無人機施肥植保一體化技術(shù)的試驗基 本情況見表1 2 2 作業(yè)效率 經(jīng)實測計算 在預設施肥量25 kg 667m 2 的情況下 大疆T40無人機施肥作業(yè)效率為2 26 hm 2 h 而常規(guī)背 負式噴粉噴霧機在施肥量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 同時無 人機施肥的單位時間內(nèi)施肥量可折算為847 25 kg h 基金項目 上海市水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設 滬農(nóng)科產(chǎn)字 2022 第3號 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)背負式噴粉噴霧機單位時間內(nèi)施肥量75 kg h的 11 3倍 大疆T40無人機植保作業(yè)效率高達7 34 hm 2 h 是人工擔架式噴霧機 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 無人機施肥作業(yè)效率測算表 作業(yè)環(huán)節(jié) 面積 667m 2 作業(yè)總時間 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)精準程度 無人機施肥和植保作業(yè)期間飛行路徑均為自動規(guī) 劃 每次起始位置會自動識別 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)精準度高 經(jīng)測算 稱重區(qū)總用肥量為 887 5 kg 作業(yè)面積為2 28 hm 2 實際平均施肥量為 25 95 kg 667m 2 與作業(yè)前設置的25 kg 667m 2 僅存在 3 8 的正偏差 測量藥劑用量區(qū) 總配制藥劑220 L 實際使用215 5 L 作業(yè)面積8 87 hm 2 實際平均用水量 為1 62 L 667m 2 與作業(yè)前設置的1 65 L 667m 2 僅存在 1 3 的正偏差 2 4 不同施肥植保機械作業(yè)特點對比 在無人機施肥和植保作業(yè)過程中 對比其他不同 施肥植保機械的作業(yè)特點可發(fā)現(xiàn) 無人機植保操作人 員只需2人 比人工擔架式噴霧機10人用工量顯著下 降 勞動強度明顯降低 作業(yè)條件適應面廣 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 無人機施肥具備無人機植保上述特點之外 相比背負式 噴粉噴霧機 作業(yè)效率更高 勞動強度和用工量明顯下 降 總體作業(yè)精準程度高 相關(guān)跟蹤情況見表3 3 結(jié)語 以大疆T40無人機為代表的無人機施肥植保一體化 技術(shù)是一項智能化程度高 一機多用 功能強大的新 型農(nóng)機技術(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 勞動強度低 作業(yè)精準度高等巨 大優(yōu)勢 同時低空飛行作業(yè) 不受水稻長勢 田間地 勢等客觀條件影響 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 動強度大等問題的重要農(nóng)機智能化產(chǎn)品 隨著無人機產(chǎn)品不斷迭代升級 無人機性能大幅 提升 近兩年 無人機施肥和植保技術(shù)日趨成熟 無 人機施肥植保一體化技術(shù)在本市的應用推廣趨勢強 勁 這有利于加速本市農(nóng)機裝備的提檔升級 向智能 化 自動化 無人化等更高層次發(fā)展 參考文獻 1 蘇穎 閆廷廷嵇強 等 一種植保無人機施肥系統(tǒng) CN214852781U P 2021 2 李俊 楊貴良 淺論無人機植保技術(shù)應用存在的問題與措 施 J 南方農(nóng)機 2019 50 5 1 3 倪相飛 加快農(nóng)業(yè)無人機植保技術(shù)的推廣應用 J 農(nóng)機使 用與維修 2021 10 60 61 表1 無人機施肥植保一體化技術(shù)的試驗基本情況 類別 無人機施肥 無人機植保 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)圓粒型復合肥 預設施肥量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 預設用水量 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 無人機操作人員1名 輔助工2名 2名 其中無人機操作人員1名 人工加藥 換電池輔助工1名 表3 不同施肥植保機械作業(yè)特點對比 不同施肥植保機械 用工量 人數(shù) 勞動強度 作業(yè)中不利因素 作業(yè)精準程度 背負式噴粉噴霧機 1名機手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 人工擔架式噴霧機 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 1名機手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 施肥 1名機手2名輔助 輕 暫無 均勻性好 精準度高 無漏施無重施 無人機 植保 1名機手1名輔助 輕 暫無 均勻性好 精準度高 無漏噴無 重噴