随着全球监管放松,无人机才是农民最好的新朋友

发布者:bpadmin
发布时间:2020-04-16 07:16
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无人机是农民最好的新朋友!在短短几年内,无人机在农业的应用激增。随着各国允许无人机运营商施用植保产品,它们的受欢迎程度飙升。使用无人机进行喷洒农药非常有效,无论何种农田状况和庄稼种类,无人机都可以正常移动,快速飞行到准确的位置,精确喷洒目标区域,通过预先编程为自己导航。

随着最近的新无人机设备面世,和相关法规的变化,看起来无人机在全球范围内的应用可能会看到大幅快速增加,在农业中的应用也变得越来越重要,作物侦察,喷洒农药等,所以越来越多的农民考虑购买无人机或雇佣服务。

图1. 约翰·迪尔开发的巨型喷洒无人机VoloDrone


固定翼无人机和多旋翼无人机
无人机分为两种,固定翼和多旋翼无人机。固定翼无人机通常可以在更短的时间内覆盖更大的区域,因为它们飞行更快,电池寿命更长,而多旋翼无人机通常更便宜,更容易操纵。一架固定翼无人机可以飞行大约一个小时,覆盖约500至900英亩,而多旋翼无人机的飞行时间为30至40分钟,可能只覆盖100至200英亩。 

固定翼无人机制造商包括SenseFly和PrecisionHawk,而多旋翼无人机的公司更多,包括大疆,鹦鹉,极飞等等。一架专业农业无人机的价格在 400美元到 7500美元之间。

传感器
传感器可以与无人机搭配使用,以提供额外的信息,但通常很昂贵。根据安装的传感器数量和购买的传感器类型,价格在2000美元到10000美元之间。然而,一般来说,无人机附带的摄像头对于一般用户的需求已足够。

软件订用
有可供订阅的第三方软件,利用相机捕获的图像,并创建可以提供作物信息的地图,如植物健康和植物种群。这类软件的订阅每月从$30到$250不等,其中的主流软件包括Drone Deploy、Field agent、Precision Analytics和Pix4DField。其中一些软件甚至可以创建区域地图,可与搭配卫星定位技术的农业设备联合使用,帮助在整个田地上施用不同比例的农药或化肥。 

无人机在美国的销量增长超30%
在美国,销售量在一年内增长了三分之一,这要归功于现在无人机的新法规。此外,随着约翰·迪尔(John Deere)在汉诺威农业技术展上展示其开发的无人机,所以用无人机喷洒农药似乎正在进入世界主流。在农业较发达的国家,无人机喷洒将完成精准农业的良性循环。通过预先设定飞行路径,实现远程作物侦察,瞄准需要治理的区域。这不仅可以远程遥控,而且无人机可以真正自主地飞行。

给农业发展中国家的农民带来了巨大的利益
无人机植保也为农业发展中国家的农民提供了巨大的好处。事实上,在中国和印度这样的国家,它们基本上已经使农民摆脱便携式喷洒器,跳过喷洒自走车,直接转向无人机。与此同时,无人机提高了农药植保的时效性,减少对劳动力的需求,并减少接触有害化学物质的风险。

减少过度使用农药
中国农业行业利用无人机先进技术实现农业生产现代化,为帮助减少过度使用化学农药发挥着重要作用。粮农组织和世界银行的一份报告显示,中国每公顷土地的杀虫剂使用量是美国的三倍。


农药喷洒无人机的最新发展

中国每公顷的杀虫剂使用量是美国的三倍;
极飞科技的无人机服务已经在中国和其他38个国家喷洒了2000万公顷;
无人机造成的农药漂移可由多个旋翼及其速度随机化的



法规问题阻碍部署喷洒无人机
在世界其他地方,缺乏监管正在减缓广泛部署喷洒无人机的速度。这要么是因为规则跟不上技术,要么是因为简单地彻底禁止所有无人机的应用,如整个欧盟。虽然许多国家正在迎头赶上,将无人机的使用纳入民航法,但困难在于遵守农药喷洒规定。在许多地方,化学制品方面受到严格控制,很多情况下需要改变无人机产品的注册用途。

无人机的应用还必须符合当地法规。例如,在荷兰,所有的无人机喷洒应用都只能使用可减少75%漂移的特定喷嘴或技术。目前,在农业发达的国家,地面应用设备的开发和产品使用限制完全集中在减少农药漂移和提高精度上。



喷洒无人机规则在全球各地各不相同

世界各地对植保无人机的限制和法规的严格程度各不相同,具体取决于农业的类型以及农业发达国家,还是发展中的国家。世界上最大的三个经济体,美国、欧盟和中国都很好地说明了这一点。

首先是欧盟,在所有成员国,包括无人机在内的空中植保应用都被完全禁止。农业和工业协会以及政府之间正在进行讨论,但大多数专家预测,禁令不太可能在不久的将来解除。

在美国,只要飞行员遵守严格的联邦航空管理局操作规则以及空中植保的要求,现在许多州都已允许无人机植保。

2018年,中国出台了重量超过25公斤的无人机商业运营新规定。根据同一法规,对于农业植保应用,无人机飞行员还将要求接受V类作物保护培训。

2016年在非洲调查发现,79个国家中有73%的国家没有任何无人机规章制度,19%的国家有一些规定,其余8%的国家正在制定规则。



图2. 允许无人机植保的国家和地区一览

对农药漂移的担忧
无人机植保的质量、有效性和安全性仍存在问题。一些传统的农药植保方面的研究人员和专家对无人机喷洒表示不安和担忧。来自加拿大的农药专家汤姆·沃尔夫(Tom Wolf)的担忧主要是农药喷雾的漂移。在加拿大,无人机施用农药仍然是非法的。无人机有效载荷低意味着无法携带太多药液,因此它必然使用低容量来提供任何形式的植保效力。

要以非常低的药量提供足够的覆盖范围,唯一的方法是使用能够产生更细液滴的喷嘴。汤姆·沃尔夫表示,“ASABE细微到非常细微的液滴会产生偏离目标的运动和蒸发问题。这些细小的液滴也更容易受到飞行器空气动力的偏心性影响。”

无人机通过扩展以提高效率

农业无人机的大小和运载能力肯定有输出限制,但它们的大小通常由当地法规决定,许多国家根据体重给予不同的“运营许可”,通常最高只有25公斤;

对于愿意投资于大容量无人机所需的必要培训和认证的运营商来说,现在重型无人机的选择越来越多。最近以色列航空公司Tactical Robotics与安道麦合作开发其Cormorant农业无人机

这架无人机配有两个内部螺旋桨,可以垂直起降,由977马力的发动机供能。它的有效载荷能力达500公斤(包括燃料在内的764公斤),在300公斤的有效载荷下可以飞行2.6小时。


若将这些更精细的喷雾输入到模型中,评估传统飞机喷洒所产生的漂移,将会产生数百倍宽的漂移缓冲区。如果不能控制农药喷雾的漂移运动,将是个大问题。


最新的研究
虽然使用无人机喷洒农药的研究正取得进展,主要与覆盖面积,沉积以及喷洒速度和高度有关。美国农业部目前正在进行关于喷洒无人机的漂移试验。虽然无人机采用了最新的飞行、控制和自主驾驶技术,但一些喷洒技术是相当基础的,特别是与现代车载吊杆喷雾器相比。无人机制造商正在用更复杂的技术来解决这些问题,比如旋转雾化喷嘴、静电系统和其他技术开发。

关于无人机喷洒应用,还有很多东西需要学习。然而,目前常用的漂移模型没有考虑到无人机配备4到8个旋翼的事实。这给无人机气流变化带来巨大的复杂性,因为旋翼以相反的方向、不同的速度和角度转动。与此同时,无人机在空中的移动、速度和任何侧风都会加剧漂移。

如果将更细微的喷雾液滴输入到传统的载人旋转翼飞行器的模型中,漂移缓冲区将会更大得多。专家们建议,无人机喷洒作业应该只在喷雾液滴质量好,喷雾漂移风险可以接受的条件下进行。


图3. 计算机模拟表明,无人机的漂移尾迹是由多个旋翼及其速度随机化的 

根据一些喷雾漂移建模算法预测,若无人机接近地面飞行,和/或飞行速度变化,和/或偶尔的侧风,都可能会导致液滴飘至无人机上方,产生显著的空中漂移。另外,无人机尾迹具有潜在复杂性,即多个旋翼叶片产生的随机影响。

所以,关键是要了解多旋翼尾迹的模式和行为,以及它可能影响释放液滴的能力,而这种影响在大型载入直升机上是不存在的,因为直升机的飞行高度、速度及喷雾吊杆位置更高。只有在做很多研究工作后,才能充分了解无人机在各种情况下造成喷雾漂移的潜力。




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