襄汾县应用无人植保机技术的研究

赵宗平，王 强

（襄汾县农业机械发展中心，山西 襄汾 041500）

襄汾县采用T20型无人植保机对玉米、小麦等作物生长期进行病虫害的防治，依据当地生产实际，引进植保薄弱环节机具，计划引进由深圳市大疆创新科技有限公司生产的T20型无人植保机4台，由邓庄镇木子永安农机专业合作社、西贾乡战备农机专业合作社承担项目的实施。由襄汾县农业机械发展中心项目技术人员配合示范作业机手对新购置的T20型无人植保机开展试验考核。

1 试验机具情况

1.1 机具类型

T20型无人植保机由深圳大疆创新科技有限公司生产。该机药液装载容量为20 L，喷幅为7m，8喷头设计，全自主作业，全向数字雷达水平360°避障，全天候感知农田环境，实时图像监控系统，模块化设计，全身可水洗，电池、作业箱可快速插拔、快速折叠、便于运输。

1.2 机具成本

T20型无人植保机，原价49000元，按项目区作业量2000亩（1亩=0.067hm2）、电费0.5元/kW·h、报废时残值率5%、折旧年限3年、年修理费用1000元、机组操作人员工资300元/d、机组辅助人员工资150元/d计算，生产效率为102亩/h，完成作业需要2.5d，该期间操作员工资总费用750元，辅助人员工资总费用375元，单位作业量的平均工资费0.6元/亩，单位作业量折旧费5.2元/亩，单位作业量所负担的修理费为0.4元/亩，单位作业量所负担的机器组修理费0.4元/亩，单位作业量的能源消耗量为0.08 kW·h/亩。计单位作业量的经营管理费6.64元/亩，生产考核试验期间实际经营管理费用13200元。

2 试验技术条件

试验技术条件：①操作员要持有无人机操作证，熟练掌握无人植保机的操作方法。②准备植保专用测水敏纸200张，高度指示杆12根，红色墨水6瓶，记号笔2根，彩旗24面（3种颜色），小夹子3盒。③试验地块应尽量选择长势均匀的作物，并了解该作物的品种及成熟周期。④仔细确认测试区域无高压线、树木、电线杆等障碍物，确认风力不会产生影响，要避免逆光飞行。⑤观察试验地形和周围状况，确定无人机起降位置；检查机械部分、螺旋桨、药箱是否完好、机架是否牢固、螺栓有无松动；检查电子部分连接线头是否松动、电池有无破损、遥控器按钮是否正常归位；接通电源后，查看信号指示灯是否正常工作。

3 试验开展情况

3.1 喷幅测试

在进行田间测试前，对无人机进行喷雾测试（见图1）。布点区域宽度6m，植保专用测水敏纸以行距×间距5 m×0.5 m布置，无人机药箱加红色墨水，以最优化作业参数，沿飞行中心线飞行，喷雾结束后，查看自制雾滴沉积测试纸雾滴沉积范围，测出无人机的喷幅宽度。

图1 喷幅测试Fig.1 The spray width test

3.2 确定试验区、确定作业时间

测试区（见图2）由隔离区、喷雾区、采样区域组成，每个区的4个角用一种颜色彩旗标定。隔离区宽度10m，喷雾区长度60m，宽度B为无人机喷幅，采样区设置在中心喷幅内，距离一端喷雾起止线10m，宽度B为无人机喷幅宽度，长度为20m。飞行区侧边固定有高度指示杆，以作为无人机飞行高度指示，飞行高度距离玉米顶端2.5m。

图2 测试区划分Fig.2 The test area division

A点、B点为喷雾起止点，站定人员，手执红旗。C点，D点为采样起止点。测试时，无人机以最优化飞行喷雾参数沿飞行中心线飞行，共飞行3个喷幅。起飞后当调整到最优化飞行状态后进入飞行区，在喷雾起止线处开始喷雾，同时A点站定人员开始计时（t1），无人机通过另一端喷雾起止线处，B点站定人员摇动红旗通知操控手停止喷雾，此时计时暂停，无人机掉头转移到另外一个相邻喷幅（t2），通过喷雾起止线时开始喷雾，此时计时继续，如此完成3个喷雾作业（t3），计时结束，获得无人机在喷雾区中的飞行时间t，即t1+t2+t3。

3.3 作业效果测试

采样区中的布点方法（见图3、图4）。采样区中布置雾滴沉积测试纸以测试雾滴沉积分布密度、沉积覆盖率等。测试纸以3行×6列矩阵型布置，行距5m，列距1/6 B（B为无人机测出的喷幅），进行交错设点。放置在上中位置的测试纸分别用小夹子夹在作物叶片的正面和背面，通过观察作物叶片正反面测试纸上雾滴的沉降情况，测试农药雾滴在靶标正反两面的沉降分布状态。下部的测试纸固定在小纸板上放在地面上，作业完成后，通过观察测试纸上雾滴的沉降情况，查看无人机作业穿透效果。无人机喷雾结束后，等待农药雾滴沉积测试纸上的雾滴干后，分别收集测试纸，等待后期测试。

图3 采样区布点方法Fig.3 The sampling area distribution method

图4 测试纸放置位置示意Fig.4 The test paper placement

3.4 测试计算方法

按无人机作业3个喷幅，每个喷幅宽6m，作业长度60 m计算。

（1）喷量计算

式中：Q1——无人机测试飞行前加入的测试药液，L；Q2——测试飞行结束后药箱中的剩余药液，L；S——飞行喷雾面积，亩。

（2）作业效率计算

式中，V——作业效率，亩/s；S——喷雾区面积；t——3个喷幅纯作业时间，s。

测试结果：第1喷幅纯作业时间t1为21.08 s，第2喷幅纯作业时间t2为22.38 s，第3喷幅纯作业时间t3为21.47 s。

3.5 试验结果采集

7月28日，在承担科技示范推广项目的邓庄镇河坡村玉米全程机械化示范区，推广站技术人员首先对试验区地块进行了选定，随后进行了喷洒测试。然后对喷洒后的试验区进行了相关数据采集。

4 效益分析

4.1 经济效益

4.1.1 增产值

应用T20型无人植保机，按每天作业8 h计算，每亩作业收费10元，项目区2000亩玉米生长管理期进行2次植保作业计算，总计收入40000元。无人植保机作业效率102亩/h，共计5d完成，用电量0.08 kW·h/亩，共计支出160元，经营管理费9元/亩，共计支出36000元，共计增收3840元。

4.1.2 节支

（1）节省农药费用：亩节药30%左右，项目区2000亩玉米生长管理期进行2次植保作业计算，即生长期叶面喷肥和病虫害防治节药9元/亩，共计节支36000元。

（2）节省人工费用：通过T20型无人植保机与高地隙无人植保机的应用比较，项目区2000亩玉米两次植保作业，无人植保机5d完成；高地隙无人植保机作业效率20亩/h，需25d完成，无人植保机2次作业可节约20d。按平均每亩节工2个计算，项目区共可节工8000个，每个工按80元/d计算，20天共创造社会效益64000元。

（3）项目增收节支总效益：项目增收节支效益合计=增产值+节支=3840元+36000元=39840元；项目平均亩增收节支=项目增收节支效益合计÷小麦种植面积=39840元÷4000亩=9.96元/亩。

4.2 社会效益

通过T20型无人植保机与高地隙无人植保机的应用比较，项目区2000亩玉米2次植保作业，无人植保机5d完成；高地隙无人植保机作业效率20亩/h，需25d完成，无人植保机2次作业可节约20d。按平均每亩节工2个计算，项目区共可节工8000个，每个工按80元/d计算，20d共创造社会效益64000元。

项目实施后可实现亩节约用工2个，4000亩共可节省用工8000个，解放的劳动力可投入到第二产业、第三产业。

无人植保机还可用于果树、中药材等其他作物的植保作业，促进农村经济发展和提高农民收入。

4.3 生态效益

飞防过程中无人机操作员远离药物，作业安全系数高，有效改善了以往在农作物植保环节中药物残留对人体的伤害。同时，无人植保机喷洒效率高，喷洒效果好，地表残留药物少，更有利于促进农业节本增效，推进农业绿色生产发展。

5 存在的问题

5.1 高新技术普及较为困难

无人植保机属于高科技电子产品，更新换代快，使用有季节性，价格较高。希望能尽快进入农机补贴目录，使机手能够享受到补贴，为机手带来可观的利润。

5.2 成本高

无人植保机在飞防过程中需准备多组电池，而平均每组电池都在4000元左右，建议尽可能延长电池续航时间，并有效提高机身负载质量。

6 结语

总而言之，无人植保机的应用能够产生较好的经济效益、社会效益和生态效益，减少了作业用工量，促进了农村劳动力转移，改善生态环境。所以，项目实施为加快推进农业农村现代化，实施乡村振兴战略提供了有力支撑。