世界农化网中文网报道：在农业科技的飞速发展中，植保无人机以其高效、智能、环保的特性，正逐步成为农业植保领域的新宠。近期，一篇题为《中国植保无人机发展现状及关键技术》的综述文章在 Drones 期刊上发表，该文章由国家农业智能装备工程技术研究中心张瑞瑞研究员团队撰写，深入剖析了中国植保无人机的发展规模、主要类型、应用场景及关键技术，为这一领域的未来发展提供了宝贵的参考与启示。


研究过程和结果


1 植保无人机：农业植保的新篇章


随着全球气候变化和农业生产方式的不断变革，传统农业面临着病虫害防控难度大、效率低、环境压力大等挑战。在此背景下，植保无人机凭借其独特优势，成为农业植保领域的一股新生力量。植保无人机不仅能够在复杂地形环境中灵活作业、提高作业效率，还能借助无人机下洗气流提高农药在作物冠层着靶均匀性，提高病虫害防控效果，为农业可持续发展提供了有力支撑。


2 发展规模与主要类型


多旋翼植保无人机具有结构简单、稳定性高、开发成本低等优势，自2014年起在中国迅速普及，并广泛应用于农田、果园等农业场景。经过最近十年的快速发展，中国植保无人机的保有量和应用面积均呈现出爆发式增长，为农业植保工作注入了新的活力。同时，植保无人机的类型也日益丰富，涵盖了多旋翼、直升机、固定翼等多种类型。不同类型的无人机各具优势，满足了农业植保不同作业环境和作物种类的多样化需求。


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我国植保无人机的保有量和应用面积


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植保无人机


3 关键技术突破与应用实践


植保无人机的快速发展离不开关键技术的突破与应用。作者重点分析论述了植保无人机在自主飞行控制、农药精准喷施、飘移控制及作业质量评估等方面的关键技术进展。


自主飞行控制技术：通过开发避障系统，结合避障传感器 (激光雷达、毫米波雷达、GPS/RTK、超声波、RGB/深度相机等) 实现无人机对障碍物避障；现阶段主要的地形跟随控制方法通过传感器和控制算法协同控制无人机与农作物冠层之间的高度差；导航路径规划技术是根据经纬度信息与电子地图有效融合，以无人机能量、药量、转弯半径等约束条件，结合规划算法对作业农田地形信息、作业地块信息处理，形成作业最优规划路径。这些技术的应用使得植保无人机能够在复杂环境中自主飞行，可靠作业，大大提高了作业的安全性和效率。


农药精准变量喷施技术：当前主要的精准变量喷施控制技术，主要包括：为减少飞行速度对施药质量的影响，以无人机飞行速度为状态变量、以药液喷施量为控制变量的速度自适应反馈变量施药控制技术；根据不同作物种类和密度、不同病虫害发生程度情况，通过规划设计作业剂量需求处方图进行按区变量施药控制的处方图变量施药控制技术；通过在无人机上安装雷达、光谱或可见光传感器，实时探测喷施作物信息并进行施药量实时变量调控的实时变量施药控制技术。


农药飘移控制技术：针对农药喷施过程中的飘移问题，当前研究主要集中在如下技术：通过添加特定助剂改变施药溶液理化特性，减少农药飘移；研制窄粒径谱喷头，减少细雾滴占比，减少农药飘移；构建与农药喷雾液滴尺寸、作物冠层特点的最优作业参数，尽可能减少农药作业过程飘移；构建雾滴飘移预测模型，最大程度规避无人机施药飘移污染，保护了生态环境。


作业质量评估技术：为监测和评估植保无人机的作业质量，研究人员基于数字图像分析技术、荧光光谱仪测量雾滴采集器洗脱液的测量方法、光谱分析和荧光激发技术等，开发了多种雾滴沉积监测系统，确保施药均匀、覆盖全面，为农业生产提供了有力保障。


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基于处方图的变量施药系统工作流程


4 植保无人机热点技术研究


植保无人机的施药质量一直是大家重点关注的问题，作者梳理了植保无人机当前研究的热点技术，主要包括药液飘移的计算建模模拟和预测技术、可控粒径雾化技术及设备、药液飘移精准探测技术及系统、田间药液沉积快速检测技术及仪器。通过计算建模模拟技术可以提前预测不同作业条件下药液飘移情况，作者分析了国内学者针对不同无人机机型和不同作业环境下施药作业中药液的飘移情况进行模拟分析，比较了不同数值模型的优缺点。植保无人机施药作业时雾滴粒径大小直接影响施药效果和农药利用率。作者分析梳理了雾滴粒径进行控制的喷洒技术的研究进展，介绍了四种国内学者主要研究的药液飘移探测技术及系统，对比分析了药液沉积质量检测技术的优缺点，为田间药液沉积快速检测方法的选择提供依据。


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各数值模型针对植保无人机施药模拟的优缺点比较


研究总结


本文系统阐述了中国植保无人机发展规模、主要机型及作业场景，总结分析了植保无人机应用关键性技术的发展现状，通过分析植保无人机的当前热点技术，指出了植保无人机施药技术未来的发展方向。为后续植保无人机应用关键技术研究提供思路，推动农业生产植保技术高效、环保、精准的方向发展。