CN104494830A - 一种农药喷施方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种农药喷施方法，其包括下述步骤：a).监测大气环境条件，以判定是否适宜利用小型农用无人机进行农药喷施作业；b).在判定所述大气环境条件容许的情况下，对大田作物进行预先喷灌，使所述大田作物上附着水分；c).将粉末状固态农药装载在所述小型农用无人机的药箱中；d).操纵所述农用无人机起飞到达所述大田作物的上空高度；e).再次监测大气环境条件，以判定是否适宜所述小型农用无人机进行农药喷施作业；f).在判定所述大气环境条件容许的情况下，操纵所述小型农用无人机沿预定路线飞行并且进行农药喷施；以及g).操纵所述小型农用无人机返回地面。

Description

一种农药喷施方法

技术领域

本发明涉及一种农药喷施方法，特别是涉及一种利用小型农用无人机进行农药喷施的方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

农药喷施作业在农业领域中占有着非常重要的地位，最传统的方式是以人工进行农药喷施，其不仅耗时耗力，而且人力成本较高，作业效率低。之后改进的利用地面机械进行农药喷施则对农田机耕道有着特殊的要求。近年来出现的利用小型农用无人机进行航空喷施的作业方式大大提高了作业效率。而且更重要的是，利用小型农用无人机进行农药喷施的农业技术比较适合我国的国情，其具有较大的应用价值。

然而，由于现有的利用小型农用无人机进行农药喷施作业时，该农用无人机携带的是稀释好的药液，或者是分开放置的药粉与作为稀释剂的水，所以使得农用无人机的农药载重量受限，因而作业时的连续飞行时间也较短。也就是说，小型农用无人机在进行农药喷施作业时需要反复起降，以再次装载农药，因而其在农药喷施作业中的效率仍具有局限性。

因此，现有技术中需要一种能够解决用于农药喷施的小型农用无人机载重量小，连续作业时间短，作业效率仍需提高等问题的技术方案。

本申请就是针对上述问题提出的。本申请的发明人经过长期研究后找到了一种通过改变小型农用无人机携带的农药在喷施作业中的物态，来增加小型农用无人机的连续作业的面积，从而不仅简化了作业程序，而且提高了作业效率，克服了这类小型农用无人机在现有技术中的上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用现有的小型农用无人机携带不同物态的农药，来提高对大田作物进行农药喷施的作业效率的方法。该方法不仅增加了农用无人机的农药携带量，而且使农用无人机在一次起飞之后能连续地进行较大面积的农药喷施，大大提高了农用无人机的作业效率。

根据本发明的一个方面，本发明公开了一种农药喷施方法，其包括下述步骤：a).监测大气环境条件，以判定是否适宜利用小型农用无人机进行农药喷施作业；b).在判定所述大气环境条件容许的情况下，对大田作物进行预先喷灌，使所述大田作物上附着水分；c).将粉末状固态农药装载在所述小型农用无人机的药箱中；d).操纵所述农用无人机起飞到达所述大田作物的上空高度；e).再次监测所述大气环境条件，以判定是否适宜所述小型农用无人机进行农药喷施作业；f).在判定所述大气环境条件容许的情况下，操纵所述小型农用无人机沿预定路线飞行并且进行农药喷施；以及g).操纵所述小型农用无人机返回地面。

优选地，所述步骤g)包括：作业完成后操纵所述小型农用无人机返回地面，或者当监测到所述大气环境条件已经不适宜作业时，操纵所述小型农用无人机返回地面。

优选地，所述步骤a)中的大气环境条件的监测是由地面监测系统执行的，而所述步骤e)中的大气环境条件的监测是由所述地面监测系统与所述小型农用无人机上的机载环境监测系统共同执行的。

优选地，所述大气环境条件包括：温度和风速

优选地，所述大田作物的上空高度选择为小于等于5米。

优选地，所述大田作物的面积选择为小于1000亩。

优选地，所述温度范围选择为20℃-30℃。

优选地，所述风速选择为小于1m/秒。

优选地，所述大田作物为水稻、小麦、油菜、玉米中的至少一种。

优选地，所述地面环境监测系统包括布置在所述大田作物上的不止一个监测站点。

附图说明

通过以下参照附图来提供的具体实施方式，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是示出根据本发明的农药喷施方法的一实施方式的流程示意图；

图2是根据本发明的农药喷施方法的一个实施例的小型农用无人机在田间对水稻进行农药喷施作业的简略示意图；

图3是示出了适用于本发明的农药喷施方法的现有的小型农用无人机及其控制及监测系统的示意图；

图4-6是示出适用于本发明的农药喷施方法的现有的小型农用无人机的示意图，图中示出了小型农用无人机上设置的药箱、药杆和以及喷头等部件。

附图标记说明

1 机体                   2 控制及监测系统

3 动力系统               4 地面监测系统

11 喷施机构              111 药箱

112 致动装置             113 药杆

114 喷头                 115 底座

116 支撑架               21 机载传感器

22 无线数据接收模块      23 喷施作业判定模块

41 无线数据发射模块      42、43、44、45 地面环境监测站点

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范的目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

随着我国向农业现代化的迈进，农业技术的发展正在日新月异，越来越多的农业作业领域正在以机器作业代替人工作业。诸如为大田作物之类的农作物在生长过程中无论是由于生长原因还是由于需要消灭病虫害等原因基本上都需要进行农药喷施。对于农药喷施的作业目前也正在由人工化转向机械化，而如前所述的目前对于规模化种植常用的作业方案是：以农业专用的小型无人机(又称小型农用无人机)来对大面积的大田作物种植区域进行农药喷施，由此相比于人工喷施农药不仅提高了作业效率，而且也完全避免了以前出现的人工作业人员由于喷施农药而出现的中毒的情形。适宜以小型农用无人机来进行农药喷施作业的农作物包括水稻、油菜、小麦、玉米等之类的大田作物。

小型农用无人机进行农药喷施的基本操作过程为：通过地面操纵系统使该小型农用无人机起飞，该小型农用无人机携带或自身设有农药喷施装置。随后操纵该农用无人机，使其飞行到待喷施的大田作物的植株冠层上方，通常农用无人机需要保持低空低速的稳定飞行。接着启动环境监测系统，采集地面监测点的环境参数数据及空中环境参数的数据。基于这些环境参数的数据来进行判定大气环境条件是否适宜进行喷施作业。在判定适宜的情况下启动喷施机构，之后农用无人机开始低空喷施作业。待喷施作业结束后，农用无人机返回地面。或者是当实时监测的数据显示大气环境条件已经不适宜作业时，指令农用无人机返回地面。

然而，如前所述，目前常用的利用小型农用无人机来进行农药喷施的作业也存在一些问题。具体而言，由于进行作业的小型农用无人机需要装载稀释好的液体农药，或者分别装载药粉与水，以在喷施之前在该农用无人机上进行混合后喷施，因而导致了农用无人机的载重量有限，从而进行连续喷施作业的面积也受限，这就需要农用无人机反复起降，不断重新加载农药，所以作业效率仍然有限等问题。

此外，对于目前采用的农药的航空喷施一般都是携带液态农药，即，用水按一定比例稀释后的农药，由于液态农药重量大，通常会采用有人驾驶的固定翼飞机来进行作业，但这种作业方式适合千亩以上的大面积的农场喷施作业。如果作业面积为中小型，如几百亩，则会存在成本过高等问题。而小型农用无人机也因液体的载重量较小导致作业效率具有局限性。

鉴于此，本申请提出了一种改进的利用小型农用无人机进行农药喷施作业的方法。具体的是，该农用无人机仅装载农药有效成分密度较高的粉末状固态农药，而稀释这些粉末状固态农药所需要的水分主要是来自大气中的水分或者预先对大田作物进行喷灌的水分。从而无须承载稀释农药的水，由此能实现一次性携带的农药量增大，增加了连续喷施作业的面积，减轻了无人机的负载量，提高了作业效率。

具体地，参见附图4-6，附图4-6示出了现有的小型农用无人机的简略示意图。它们均适用于本发明的农药喷施方法。图中所示出的这些小型农用无人机为单旋翼机，也就是直升机。但本发明的农药喷施方式所适用的小型农用无人机还包括，农业用遥控或自动导航(即，无人驾驶)的自旋翼机和多旋翼机以及固定翼飞机。换言之，本发明的农药喷施方法适用于大部分现有的旋翼无人机，固定翼无人机等。旋翼无人机目前常见的型号有解放军总参60所的Z-5、Z-3；沈阳自动化所的Servoheli-120；潍坊天翔的V-750；无锡汉和的CD-10；中航工业自控所的AR-100/AF811；北方天途的RH-2、EH-3；博航联合的BH330-200；珠海羽人的YR-H-15等。固定翼无人机常用的型号有：智能鸟KC2800型油动固定翼无人机；北京天宇创通科技有限公司T15无人机；浙江咸亨国际通用设备有限公司祥云-1等。

还如图4-6所示，这些农用无人机均主要包括：机体1、控制及监测系统2、动力系统3等。机体1的下半部分又包括喷施机构11，该喷施机构11主要包括：药箱111、致动装置112、药杆113、喷头114、底座115、支撑架116等重要部件，该喷施机构负责执行农药喷施任务。

再如图3所示，该小型农用无人机的控制及监测系统2，即，机载控制及监测系统，其包括：机载传感器21、无线数据接收模块22、喷施作业判定模块23等。除此之外，该农用无人机还包括地面控制及监测系统4。所述地面控制与监测系统又包括：无线数据发射模块41以及若干个地面环境监测站点42，43，44，45等，以配合无人机的作业。由于农用无人机的结构为本领域中早已公知，因而此处不再对其进行详细的描述。

下面对本发明的农药喷施方法进行具体介绍。

图2示出了小型农用无人机10在水稻5上空进行喷施作业的简略示意图。更具体地，如图1中所示，该图示出了根据本发明的农药喷施方法的一个实施方式的流程示意图。在利用小型农用无人机进行农药喷施作业之前，首先，利用现有的环境监测设备对大田作物，如水稻、油菜、小麦、玉米等周边的大气环境条件，如温度及风速等进行监测，以判断大气环境条件是否适宜进行农药喷施作业，适宜作业的优选大气环境条件为：温度范围为20℃-30℃，风速为小于1m/秒。在判定适宜作业的情况下，对上述的大田作物，例如水稻进行预先的喷灌，使诸如水稻之类的茎、叶等部分附着一定的水分。此处以水稻作为大田作物的示例，但不限于此。接着，将粉末状固态农药，例如，络氨铜、琥珀胶肥酸铜、松脂酸铜等铜制剂，三苯基乙酸锡等锡制剂，己唑醇、三唑醇等唑类杀菌剂，但不限于这些，装载在农用无人机的药箱中。这些农药都是较常用的，在市场上可以买到。需要注意的是，该粉末状固态农药可以通过公知技术获得。例如，可以通过降低粉末状农药的初始温度从而改变其物态来获得，也可以在粉末状农药中少量添加无毒无害的水分吸附剂的方式获得，由于该粉末状固态农药的获取技术已为本领域中公知，因而不再对其进行详细的描述。而且由于其是一定体积大小的微粒，但呈粉末状，因而称为粉末状固态农药。接下来，作业人员在地面上利用无人机的地面操控系统，如遥控器及GPS定位系统等对携带粉末状农药的农用无人机进行操控，使该无人机达到将要喷施的水稻上空适宜的高度，例如1-15米的范围内均可，优选为低于5米。此时，农用无人机上的环境监测系统与地面环境监测系统相互配合，再次对环境条件，如温度及风速进行监测，获取实时数据，判定是否适宜作业。在判定不适宜作业的情况下，地面作业人员操纵无人机返航。而在判定适宜作业的情况下，地面的作业人面通过操控系统操纵携带粉末状固态农药的农用无人机沿预定的路线，以一定的高度,如优选为距离水稻植株顶部1-5米内，并且按一定的速度,例如通常为3m/s-6m/s飞行并且致动喷施机构以一定的喷洒量，例如优选为1000ml/min对水稻进行均匀的农药喷施。喷施机构的药箱中的粉末状固态农药在离开药箱后降落在水稻上，被水稻的预先喷灌过的茎、叶等部分上存留的水分溶解、稀释，形成药液，从而完成对水稻的农药喷施。当该农用无人机完成作业之后，地面作业人员通过操控系统操纵无人机返回地面。或者当环境监测设备检测到周围的大气环境，如温度及风速已经不适宜进行农药喷施作业时，则向农用无人机发出指令，此时无人机上的喷施机构停止作业，无人机返回到地面。需要注意的，环境监测设备是在整个作业过程中一直工作的，以获取大气环境条件的实时信息。

对于现有的小型农用无人机，与传统携带液态农药的喷洒作业方式相比，本发明的方法仅要求农用无人机携带农药的有效部分，而不承载重量较大的水，从而提高了农用无人机的农药承载量，进而提高了农用无人机在一次起飞之后的喷施作业效率。

下面，简单介绍一下环境监测设备。在小型农用无人机进行农药喷施作业的过程中，环境监测设备是必不可少的配套装置。通常小型农用无人机使用的环境监测设备分为地面环境监测系统和无人机上的空中监测系统两部分。图3示出了地面监测系统的示意图。其中，地面监测系统通常采用多点分布式模块的方式，即站点。所述模块中包括温度、湿度、风速等对环境条件进行监测的传感器，而各个模块可以按照农药喷施作业的方案分布在田间，例如，可以分布在诸如水稻之类的作物的冠层，也可以分布在诸如水稻之类的作物的根部。这些模块中的传感器采集到的信息可以通过如图3中示出的无线数据发射模块41发送到小型农用无人机的空中监测系统，如图3中以附图标记2示出的。而另一方面，小型农用无人机的空中监测系统自身也包括用于检测温度、湿度、风速等的传感器，如图3中以标记21示出的部分，以对空中作业环境进行实时的监测，获取具体的参数信息。而且小型农用无人机的空中监测系统检测到的数据将会与接收到的地面监测系统检测的数据相结合，通过已知的融合算法将两部分数据融合后做出判定，以确定是否适宜进行农药喷施作业。关于农用无人机的环境监测系统实际上为本领域中公知的，因而，此处不再进一步详细的介绍。

根据本发明的利用小型农用无人机进行农药喷施作业的方法，由于粉末状固态农药是在降落后被大田作物上预先喷灌的水稀释融合，或者是在降落过程中被空气中的水稀释融合，因而实现了最终的农药稀释与喷施，简化了作业程序，满足了作业要求。更进一步的是，由于无人机携带的是粉末状固态农药，所以相比于现有技术，实现了农药载重量增加，从而一次起飞后，连续喷施作业面积提高的有益技术效果。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (10)

1.一种农药喷施方法，其包括下述步骤：

a).监测大气环境条件，以判定是否适宜利用小型农用无人机进行农药喷施作业；

b).在判定所述大气环境条件容许的情况下，对大田作物进行预先喷灌，使所述大田作物上附着水分；

c).将粉末状固态农药装载在所述小型农用无人机的药箱中；

d).操纵所述农用无人机起飞到达所述大田作物的上空高度；

e).再次监测所述大气环境条件，以判定是否适宜所述小型农用无人机进行农药喷施作业；

f).在判定所述大气环境条件容许的情况下，操纵所述小型农用无人机沿预定路线飞行并且进行农药喷施；以及

g).操纵所述小型农用无人机返回地面。

2.如权利要求1所述的农药喷施方法，其特征在于，所述步骤g)包括：作业完成后操纵所述小型农用无人机返回地面，或者当监测到所述大气环境条件已经不适宜作业时，操纵所述小型农用无人机返回地面。

3.如权利要求1或2所述的农药喷施方法，其特征在于，所述步骤a)中的大气环境条件的监测是由地面监测系统执行的，而所述步骤e)中的大气环境条件的监测是由所述地面监测系统与所述小型农用无人机上的机载环境监测系统共同执行的。

4.如权利要求1或2所述的农药喷施方法，其特征在于，所述大气环境条件包括：温度及风速。

5.如权利要求4所述的农药喷施方法，其特征在于，所述大田作物的上空高度选择为小于等于5米。

6.如权利要求4所述的农药喷施方法，其特征在于，所述大田作物的面积选择为小于1000亩。

7.如权利要求4所述的农药喷施方法，其特征在于，所述温度的范围选择为20℃-30℃。

8.如权利要求4所述的农药喷施方法，其特征在于，所述风速选择为小于1m/秒。

9.如权利要求4所述的农药喷施方法，其特征在于，所述大田作物为水稻、小麦、油菜、玉米中的至少一种。

10.如权利要求3所述的农药喷施方法，其特征在于，所述地面环境监测系统包括布置在所述大田作物上的不止一个环境监测站点。