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1、国家烟草专卖局行业标准项目Il公草病虫害防治技术规程一无人机法技术报告烟草病虫害防治技术规程一无人机法标准项目起草组2024年4月1项目来源12立项依据及目标13技术路线24研究内容35研究成果45.1 项目相关资料收集45.2 植保无人机在不同生态条件下的机械配置技术规范45.3 植保无人机防治烟草病虫害技术参数105.4 室内超算模拟环境因素对施药效果的影响275.5 植保无人机防治烟草病虫害技术研究与效果评价576经济效益分析616.1 计算依据616.2 效益分析626.3 社会效益62Il公草病虫害防治技术规程无人机法技术报告1项目来源2021年12月3日，国家烟草专卖局印发了国家烟
2、草专卖局关于印发2021年度烟草行业标准项目计划（第二批）的通知（国烟科【2021】169号），烟草病虫害防治技术规程无人机法作为本次行业标准制定计划下达，项目类别为:YC/T制定，合同号：2021B030；牵头承担单位：中国烟草总公司贵州省公司；项目承担单位：贵州烟草投资管理有限公司、贵州省烟草科学研究院、中国农业科学院烟草研究所；协作单位：贵州省烟草公司安顺市公司、贵州大学；项目经费20万元，由牵头单位自筹；归口分技术委员会：农业分标委。2立项依据及目标无人机飞防技术是利用小型无人机为载体，在飞行器上搭载农药喷雾设备,通过引入精准定位系统和地理信息系统，以“云服务、大数据”为技术背景，实现
3、精准化作业。植保无人机作业效率高，可以快速、大规模、短时间内完成药剂的喷施，达到精准及时防控。植保无人机依托专业技术团队开展专业化烟草植保技术服务，配合精准预测预报，可以及时有效的将烟草病虫害的发生控制在有效的防治“窗口期,目前，烟草病虫害的防治还主要依靠人工机械喷施化学农药的方式，不仅存在作业难度大、人工成本高、农药残留污染严重、效率低等问题，而且极易造成作业人员发生中毒的现象，且随着新型城镇化、农业农村现代化的进程加快，农村人口加速流失与农村雇工难、用工贵的矛盾日益加剧，烟草病虫害的防治成本越来越高。同时由于我国烟区70%以上分布在以丘陵、山地地区，地块大小不一、不规则，更是加大了人工作业
4、难度和成本。植保无人机不受地形地貌限制，能够实现均匀作业，避免漏喷、重复喷施，适宜在地形复杂的山地烟田作业。同时植保无人机通过配药、装药后，植保无人机可以在防控人员操作下，自行喷药，防控人员可以避免长时间近距离地接触农药，可以降低人员农药中毒风险。植保无人机以其效率高、省时省工等优势,为高效、安全植保作业提供了有效途径。烟草是我国的重要经济作物之一，经济价值较高，病虫害造成的经济损失也比较大，烟草的主要害虫多以叶片和幼嫩茎杆为取食对象，直接影响烟叶产量和质量，造成经济损失。植保无人机飞防技术作为一项适应现代农业和现代植保需求的一项新型技术，在一定程度上弥补了传统施药技术的不足。但是植保无人机在
5、烟草作物上的应用研究较少，且没有统一的标准实施方案，由于烟草植株比较高大，叶片重叠遮盖较多，如果简单套用小麦、玉米等作物的飞行参数极易折损叶片给烟农造成损失，同时防治效果也难以达到预期目标，故而亟需制定适合在烟草上作业的无人机标准。本项目的成果可为植保无人机防治带来便利，节省烟农人工成本、省时省力、解决山区施药困难的难题。3技术路线通过田间试验确定了植保无人机防治烟草病虫害的作业参数优选与防效评价为重点，满足生产应用为目标的技术研究思路。项目组前期收集整理植保无人机研究成果，制定相关方案，针对植保无人机在烟草上的作业参数优化、防治效果评价，进一步试验验证，集成防治烟草病虫害无人机法技术规程，实
6、现利用植保无人机防治烟草病虫害的推广应用。详见图3-1。图3-1技术路线图4研究内容针对植保无人机防治烟草病虫害，项目组前期开展充分的资料查阅、组织论证试验可行性，在充分利用前人研究成果和室内超算模似的基础上，在贵州省烟科院福泉实验基地对飞行参数进行了试验验证，经对相关数据收集整理、专家组讨论后，形成烟草病虫害防治技术规程一无人机法（征求意见稿）。1.项目相关资料收集。对当前市场上普遍使用的植保无人机机械配置参数进行广泛收集整理、系统分析，对应需要的关键技术材料进行细致整理，为本项目试验方案的制定提供技术参考。2 .植保无人机在不同生态条件下的机械配置技术规范。根据烟田条件和防治面积，对市场上
7、主流植保无人机机械配置参数进行收集整理、系统分析；筛选无人机机型、喷头类型及数量等机械配置进行选择，确定不同生态条件下，适用于进行烟草病虫害防治的无人机机械配置规范，为烟农在利用植保无人机作业时，选择植保无人机机型提供指导意见。3 .室内超算模拟作业参数及环境因素对施药效果的影响。对四旋翼、六旋翼两款植保无人机利用计算机建模，通过对气流及风场的分布、风场及外部风力的相互影响的分析。以无人机气流场的产生机理和分布特点为切入点，从风场的角度去揭示造成喷洒效果不佳的原因，探究不同工况及环境因子对植保无人机喷洒效果的影响。4 .植保无人机防治烟草病虫害作业参数优选。以室内超算模似结果为依据、烟草大田期
8、病虫害为靶标，对植保无人机的飞行高度、飞行速度和施液量等作业参数进行优选，确定适合烟草在不同生长期和烟株不同冠层的防治范围和最佳作业参数。5 .植保无人机对烟草病虫害的防效监测与评价。针对筛选出的植保无人机在烟草上的作业技术参数和机械配置，对其防治效果进行评价和监测。5研究成果5.1 项目相关资料收集项目组前期重点围绕市场上使用的主流植保无人机机械配置及植保无人机在烟草上的应用研究成果，针对植保无人机作业参数优先、病虫害防治效果评价，进行收集整理归类，同时查阅国内同类技术标准及相关文献，建立资料信息库。5.2 植保无人机在不同生态条件下的机械配置技术规范5.2.1 适用于烟草作业的植保无人机类
9、型现阶段植保无人机类型繁多，按照动力来源，植保无人机一般可以分为燃油和电池两大类；按照机型结构，植保无人机一般可分为固定翼、单旋翼、多旋翼无人机。以燃油为动力的无人机供能资源获得容易，燃料以汽油混合物为主。荷载范围15-1501.,荷载能力足够强大，在田间飞行时间较长，单架次喷洒药剂范围较大。但油动植保无人机的燃料，含有柴油、机油等成分，如若废油燃烧不充分，将会引起废油喷洒在农作物表面，对农作物形成了污染。油动植保无人机其原理就如同汽车发电机，维修保养成本大，飞行200h-400h左右需更换发动机，售价很高，大功率植保无人机一般售价在30万-200万元。故而此类植保无人机并不适合在烟草上进行飞
10、行作业。电动植保无人机具有较高环保性、无环境污染、对农田作物无威胁。使用周期长，可达数万小时。操作便捷、维修简易。一般情况下，植保人员操作一星期后，便能够熟练操作电动植保无人机。电动植保无人机成本低廉，售价小于10万元的电动植保无人机各项性能均能满足大多数的作物作业需求。虽然电动植保无人机较油动植保无人机续航能力弱，单次作业面积为Ihm2,但电动植保无人机电池一般为可拆卸的，可配多块电池配合使用。综上所述，电动植保无人机更适合在烟草上作业。油动和电动植保无人机优缺点对比见表5-1。表5-1油动和电动植保无人机优缺点对比无人机类型优点缺点荷载能力强，续航时间长，单次作业面积购买、维修成本大，使用
11、周期短，操作油动无人机大，供能资源获得容易。难度大，对环境有一定污染，对作业环具有较高环保性，使用周期长，性价比境要求高。电动无人机高，购买、维修成本低，操作简便。续航时间短，单次作业面积较小。固定翼植保无人机机体模块化，具备简易、安全的起降系统，可按照多种模式自动执行飞行任务，航时较长，速度较快。不过购买费用高，成本投入大，对作业环境要求高，需要专门的开阔地用于起飞、降落，需固定机位跑道，无法实现悬停，同时对飞手要求高且合格的飞手数量少，不能满足现实的作业需求。单旋翼植保无人机旋翼大，飞行较稳定，风场统一、下压风场大，适合用于高杆作物、果树和较茂密作物的作业需求；但单旋翼植保无人机造价高，操
12、控难度较大，自主化操作程度低。电动多旋翼植保无人机操控简单、容易掌握、起落方便，不需要专门的飞行场地。现今多旋翼植保无人机价格低廉、体积小、重量轻、具备航线规划功能，可有效减少作业时重喷、漏喷造成的不良影响。且对人员素质要求较低，操作人员培训周期短。表5-2固定翼、单旋翼和多旋翼植保无人机优缺点对比购买成本高，对作业环境要求高，操作难度大，飞行不灵活，使用范围窄。造价高，适合作业作物类型少，操控难度较大，自主化操作程度低。续航时间短，飞行距离较短。无人机类型麻藤固定翼无人机飞行速度快，巡航面积大，续航时间长单旋翼无人机飞行较稳定，风场统一，适合高杆作物。价格低廉，体积小，重量轻，安全性好，多旋
13、翼无人机容易操作，智能化程度高，适应多种作业环境，具有很强的机动性。我国主产烟区大多为山地丘陵，无专门供植保无人机起飞的跑道，同时烟草作物叶片容易折断，若下压风场如果过大容易对烟株叶片造成损害，给烟农带来经济损失。结合表51和表5-2优缺点来看，成本低廉、操作简单、适应多种生态环境作业、体积小、重量轻等特点的电动多旋翼植保无人机较为适合在我国烟区进行病虫害防治作业。5.2.2 适用于烟草作业的植保无人机机械配置对植保无人机的类型进行了筛选，得出电动多旋翼植保无人机适用于烟草作业，但市面上电动多旋翼植保无人机种类也繁多，各种参数也各有不同，对现今市场上的主流电动植保无人机参数进行收集整理、专家讨
14、论得出在烟草上作业较为理想的机械配置。主要从喷头类型、性能参数（风场压力、定位精准度、夜航能力、仿地功能）等参数对市面上的电动多旋翼植保无人机进行综合分析。我国最大烟区为云南、第二大烟区为贵州，而云贵处于高原地区，海拔在400-3500米之间，在选用植保无人机时应考虑植保无人机的最大飞行海拔高度。在烟草生长的成熟期，白天温度较高（超过30以上）、药液蒸发量大，不合适进行喷药作业，需要在傍晚或夜间温度下降后进行作业，因此，具备夜航能力的植保无人机更适合在烟草上作业。我国烟区多山地丘陵、耕地破碎，因此，植保无人机应具有高精准的定位功能、仿地功能、自主避障功能。5.2.2.1 植保无人机喷头类型对烟
15、草作业效果的影响从喷头类型及数量来看，现今主流的植保无人机喷头类型多为离心喷头和压力喷头两类，喷头数量从216不等。压力喷头通过液泵产生的压力使药液通过喷头时在压力作用下破碎成细小雾滴，其成雾粒径主要受喷头压力及孔径的影响。压力喷头结构简单，药液下压压力大，雾滴雾化均匀性相对较差，喷洒可湿性粉剂时易造成喷头堵塞，无法远程操控制调节泵压来改变雾滴粒径，故而成本较为低廉。离心喷头通过电机带动喷头高速旋，通过离心力将药液分散成细小雾滴颗粒，成雾粒径主要受电机电压的影响，其产生的雾滴粒径小，雾化均匀，更容易精准控制喷洒流量，同时适用的农药种类更多。5.221.1试验设计为明确何种喷头类型更适合在烟草上作业，选择两块（长X宽）为60mx20m的试验小区，在试验小区内布置三行，每行选6株烟作为取样点。在烟株上中下部叶布置雾滴测试卡和定性滤纸，分别用压力喷头和离心喷头在同一飞行高度3m、飞行速度4m/s、施液量301.h11?进行试验。植保无人机施药作业完成后，按序收集雾滴测试卡和定性滤纸，逐一放入密封袋，做好标记并检测雾滴密度、雾滴覆盖度、雾滴沉积量。522.1.2试验结果从实验结果来看（表5-3）,离心喷头在烟株上、中部叶片的雾滴密度满足表5-8的雾滴密度作业质量标准，在烟株下部叶时，重复1和重复3不满足雾滴密度作业质量标准中的非内吸性药剂施药标准，满足杀虫
