植保无人机技术原理及其在农业生产中应用特点分析

摘要：随着我国农业生产技术的提升，植保无人机技术在我国农业生产活动中得到了应用和发展，主要应用于农业生产过程中的药物喷施等方面。植保无人机是农业航空技术发展和应用的重要体现，在西方发达国家得到了更为广泛的应用，并且取得的应用效果较好。当前在我国的应用还处于初级推广时期，加强相关方面的技术应用研究有着十分重要的作用。本文主要分析植保无人机种类、技术原理、在农业生产中的应用特点，并探析应用优化策略。

关键词：植保无人机;技术原理;农业生产;应用分析

我国是粮食种植大国，农业生产是我们国家的重要经济支撑，农作物生产受到病虫害的负面影响较大，需要通过开展农药喷施等方法进行治理。近年来，随着我国农业经济结构的不断调整，农业土地经营和生产不断向着集约化和规模化方向发展，使得传统形式的植保工作在效率和质量方面无法满足当代农业的发展需要。植保无人机技术是随着科技技术的进步而产生的新型农业技术产物，具有重量轻、体积小、操作灵活和运输便捷等使用优势，其在农业生产过程中主要应用于农药的喷施，可以起到提升作业效率，降低成本支出的作用。随着我国现代农业行业的不断发展，加强技术应用方面的研究，对于推动行业经济实现创新提升起到了重要性作用，同时，当前植保无人机技术在我国还处于初级阶段，存在一定的使用限制，因此加强相关技术方面的研究对于提升该项技术的应用效果起到了积极性作用。

一、植保无人机种类分析

植保无人机具有使用效率高、农药喷洒均匀等应用优势，对于农业生产工作的开展起到了较大推动作用，特别是当前我国农村地区的劳动力不断向城镇地区进行转移，使得农业生产对于技术的依赖性不断提升，植保无人机的应用，可以在很大程度上减少人工作业的劳动量和工作难度。植保无人机在品牌、型号和技术特点方面存在一定的差异性。

本文主要从植保无人机飞行特点方面进行种类划分，分为单旋翼和多旋翼两大类型。受到机械设计结构等因素的限制性影响，单旋翼类型的植保机以燃油机作为发动机情况较多，但是也有部分电动机形式。多旋翼类型的植保机大多采用电动机。两种类型的植保机从操作难度方面进行区分，则单旋翼类型无人机操控难度较大，需要专业性人员进行操作;多旋翼类型的无人机因为机型校，因此操作也简单，并且从技术发展角度和市场需求角度而言多旋翼类型的无人植保机更具发展优势。多旋翼类型无人植保机，依据其旋翼数量进行分类，有四、六、八、十二等不同数量旋翼机型，可以更好地满足农业生产需要。多旋翼类型的无人植保机，可携带的农药数量受到自身机型方面的差异性影响，通常在5至20升之间，工作效率较高。

二、植保无人机技术原理分析

（一）植保无人机主要组成结构

在功能组成结构方面，植保无人机主要包含了动力、喷洒、控制、辅助等几方面的结构。其中动力结构主要包含无刷电机、电调、电源和桨叶。喷洒功能的结构包含喷杆部位、喷头部位、药物输送管路、药箱、喷药泵等结构。控制功能部分的结构包含定位接收装置、陀螺仪、加速度传感装置、红外测距和遥控接收装置。辅助功能包含起落架、保护罩等配件。植保无人机的运行依靠各结构功能实施配合，可以在指定的速度、高度按照规定路线完成喷洒任务。

（二）植保无人机飞行操控原理

植保无人机实施飞行功能，主要是通过桨叶旋转来对重力实施克服的，在植保机飞行过程中，利用各电机不同转速实现前后左右高低方向上的移动等实际功能需求。比如四旋翼类型植保无人机，该机型结构简单，具有的飞行功能主要包含四个方面：垂直方向的升降、滚转、俯仰以及偏航。

（三）植保无人机精准定位原理

定位技术是植保无人机重要功能之一，表现形式主要有两种：一是，利用接收端实施定位功能。通过植保无人机的接收端可以和三个以上的卫星建立位置方面的关系，进而可以对植保无人机实施空间定位。卫星定位技术的应用是较传统技术方式，精准度和手机、汽车导航等十分相似，以米作为最精准级别。使得植保无人机精量定位、定点悬停等功能较难实现。二是，GPS差分技术的应用。该技术的定位功能是以传统三维卫星实施的定位技术作为基础，通过和地面的基站设备实施联系，开展位置信息方面的精确校正。植保无人机使用的GPS差分技术，通常以单基准站的差分和多基准站局域区域的差分技术作为主要技术应用。该技术的应用可以观测四颗卫星，在对基站实施三维定位，进而可以保障基站为主具有固定性和精准位置坐标特点。通过植保无人机周围的基站实施定位，再和植保无人机本身进行定位，对两者实施对比，然后消除两者共同误差，降低了卫星轨道、大气因素等方面的负面影响，可以使植保无人机的定位实现厘米级别的精准度。

三、植保无人机在农业生产中的应用特点分析

（一）应用优势分析

植保无人机使用中的优势主要体现在：一是，对于药物喷洒的质量高。在实际作业过程中植保无人机使用的是高雾化形式的喷头和低喷施量相结合的作业方法，利用提前设置好的喷施速度、高度，确保農药喷洒量可以符合植保需要的前提下，尽可能地减少残留现象对于人们健康方面的影响。利用植保无人机的桨叶在转动过程中形成的旋风效果，使农药可以更好的喷洒在农作物的根部，进而提升农药喷洒效果和质量。二是，提高农药的喷洒效率。植保无人机实际作业过程中受到地形方面的限制性较小，并且无人机的体积小，利于携带，使用时利用农用车辆、私家汽车等均可以将其运送至农业田中。植保无人机在实施农药喷洒速度方面和人工作业和轮式机具相比有着明显优势，在很大程度上提升了作业效率，降低了工作量。三是，操作人员自身安全系数高。农作物实施农药喷洒过程中，传功的作业方式下，会对作业人员造成较大的健康伤害。而植保无人机应用过程中，操控人员只需要对其进行相应的工作范围设置以及确定起止位置即可。植保无人机会实施自动作业，操控人员只需要在较远的安全区域内开展查看、位置调整、调整植保无人机工作实际状态等工作就行，防止了传统农药喷洒过程中作业人员直接和农药进行接触所具有的危害性。四是，植保无人机对于农田的适应性良好。使用植保无人机实施农药喷施，其机型体积小，无论是面积较大的农田，还是较小农田地块，均可使用，并且在作业过程中可以依据最初设定的飞行路线开展工作，减少了传统作业过程中存在的重复喷洒或者遗漏等方面的问题。

（二）技术不足分析

植保无人机在我国当前农业生产中的应用，存在的技术不足现象，主要体现在以下几方面：一是，性能方面存在一定缺陷。植保无人机自身的荷载量、续航时间等对于实施植保作业的效率起到了较为直接的影响。当前我国行业内的植保无人机最长续航时间在20分钟左右，最大的荷载量在20千克左右，最小荷载量仅为5千克，这就使得植保无人机在对较大面积农田实施农药喷施作业时受到了较为明显的效率限制。使得植保无人机性能下降，实用性以及操控性能降低，在我国当前农业生产不断向集约化、规模化发展的趋势下，在开展大范围植保作业过程中会发生频繁更换续航电池和装载农药的现象，进而严重影响作业效率。二是，植保无人机的施药设备和技术相对落后。植保无人机所具有的施药技术属于实施航空植保作业的核心内容，对于解决我国农业的播种、航测、施肥等工作起到关键性作用。但是我国农业产业具有地形十分复杂、不同地域农作物种类不同，使得植保无人机在喷施装置、技术以及飞行状态方面的要求不同。当前植保无人机在我国农业领域的应用还处于初期推广和探索阶段，因此存在一定的配套设施不足、缺乏高校施药技术等方面的问题。除此之外，技术应用质量和精度方面同样存在一定的缺陷，和西方发达国家相比较而言存在较大差距。三是，缺乏专用药剂方面的研究。植保无人机受到自身结构和材质方面的约束，对于农药的类型有着较高要求，对于杂志多、溶解性不良、腐蚀性较强的农药是不能在植保无人机中进行使用的。但是，当前我国行业内关于开展植保无人机实施农药喷洒作业所使用的农药药剂研究的公司数量不多，使得可以和植保无人机实施配套使用的专业性病虫害农药种类较少，并且对于使用标准缺乏行业内统一规定，存在一定的不规范性，导致实际作业过程中专业性药剂和可混性相关标准方面存在一定的混合比例不标准，药量以及药效无法得到有效保障等现状问题，同时还会对农田作物和周边环境造成一定的污染和负面影响。

四、植保无人机在农业生产中的应用优化策略探析

（一）加强国家有关部门的管理力度

结合我国现代农业生产特点和需求，国家有关部门和政府机关应加强和加大植保无人机技术的研究与应用。可以通过总结先进国家实施经验，加大相关的政策引导，对于开展植保无人机研制的公司和企业提供一定的优惠政策，激发企业积极性。并加强植保无人机研制企业、农业经营者、农药产品研发企业三者之间的合作工作，通过国家有关部门进行组织，利用召开专题会议的形式，将当前行业发展缺陷以及需求等进行较为全面的信息沟通，提升研制效果和效率，进而使植保无人机技术的应用从设备、操控、药剂等方面得到全面提升，通过改善相关应用数据的蔬菜等，来降低负面影响，提升植保无人机实际工作效率和质量。技术的研发和应用才是突破行业发展瓶颈的重要措施和途径，建议国家以及政府有关部门加大管理力度和关注程度。

（二）加强植保无人机性能方面的研制

一是，加强大容量续航电池的应用。植保无人机在续航方面使用的是蓄电池，因此蓄电池的最大工作时间是保障植保无人机工作效率的基础条件。在实际应用过程中可以通过增加植保无人机蓄电池融合以及性能的方式，来提升植保无人机的应用效果和性能。二是，优化植保无人机设计方案。通过加强结构设计方案的优化，提升植保无人机使用过程中对于障碍物的躲闪能力，提升其自我保护能力以及自主飞行方面的性能。也就是加强植保无人机人工智能化方面的研究，来保障其使用性能的提升。三是，加大农业生产部门的指导管理工作。我国现代农业发展过程中，不断向集约化和规范化方向发展，植保无人机的应用管理问题必然向着规范化方向发展。因此加大农业生产管理部门的管理力度，可以使其利用政府功能和植保无人机研制企业实施更加深入合作，实现技术资源、资金资源的互助，进而加快植保无人机技术的研发和创新发展，改善当前行业内存在的药液喷洒精度不准等问题。

（三）加强专业人员的培训

植保无人机的使用需要专业的操控人员进行技术管控，开展日常的保养以及设备维护和维修等多种工作。随着我国现代农业的发展，植保无人机的应用成为行业发展的重要趋势，势必会带来更多专业型人才的需求，加强现有人才专业性方面的培训，提升技术人要的操控能力、故障处理能力以及日常保养维护能力等，均可有效保障植保无人机的高效运用。同时还需要加强专业型人才队伍的建设和创新人才的发展。加强操控人员对于植保无人机理论方面的知识以及实践技能方面的水平，并在农业经营者群体中选拔具有较强理解能力和较高操作能力人员，使其进入专业人才队伍中，可以有效解决因操作人员技术不达标而造成的影响植保无人机作业效果和效率的现象发生。

（四）加强植保无人机使用管理制度建设

现代农业的发展依靠的是制度化和规范化管理工作的开展，植保无人机技术的应用同样需要严格的制度规范来有效管控行业发展过程中存在的市場混乱、标准不一等问题，进而可以起到提升植保无人机设计和应用质量的重要性作用。加强相关监督管理工作的参与，来有效解决行业发展过程中存在的责任不清、履职不明等现象。有了健全的行业规定、制度管理和严格的监督制度做保障，可以更好地推动植保无人机在我国农业行业的推广和高效应用。

五、结语

通过本文内容可以看到植保无人机技术在我国农业行业中的应用仍处于初期推广阶段，在技术研究和应用方面存在一定的缺陷与不足。本文主要从植保无人机主要组成结构、飞行操控原理、精准定位原理几方面进行了植保无人机种类的分析，并从植保无人机在农业生产中的应用优势和技术不足两方面开展了植保无人机应用特点方面的分析。在进行植保无人机在农业生产中的应用优化策略探析，主要是从加强国家有关部门的管理力度、提升植保无人机性能研发、加强专业人员的培训以及健全和落实植保无人机使用管理制度等途径进行了较为详细的研究。随着我国农业的发展以及科技技术的进步，植保无人机技术在农业行业中的应用是必然发展趋势，因此加强相关应用特点的分析十分重要。

作者简介：孔祥蕊（1990— ），女，汉族，天津人，本科，助教，研究方向：无人机应用技术。