植物保护无人机产生的旋翼气流对水稻农药喷洒效果的影响

《Scientific Reports》：The effect of rotor airflow from plant protection UAV on pesticide application in rice

　　

摘要

多旋翼植保无人机在稻田作业中得到了广泛的应用。然而，旋翼产生的气流不仅会干扰稻田的冠层结构，还会影响农药液滴的沉积。研究旋翼风场对水稻作物保护效果的影响有助于提升此类作业的效率。本研究首先通过航空摄影获取了植保无人机作业的空中图像，随后利用机器视觉技术分析了旋翼风场对稻田冠层的干扰模式。值得注意的是，目前尚缺乏有效的实验方法来观察植保无人机旋翼产生的风场对稻田冠层的干扰情况，而机器视觉处理被证明是一种有效的方法，这也是本研究的关键创新之处。本研究创新性地采用了实验-数值相结合的方法，相较于传统的仅依赖单一实验或仿真方法的无人机（UAV）喷洒和气流研究具有显著优势。通过航空摄影和机器视觉技术研究了冠层的干扰模式，并通过逆向工程结合推力测试和数值模拟验证了旋翼模型的精度并分析了农药液滴的沉积情况。研究结果表明，当飞行速度为3-4米/秒时，冠层干扰区域与液滴沉积区域能够有效重叠，从而达到最佳的植保效果；飞行速度过快会导致液滴漂移和区域错位，从而降低保护效果。此外，本研究还基于数值模拟方法探讨了植保无人机的喷洒沉积情况，并通过液滴沉积区域与冠层干扰区域的重合来评估植保作业的效果。这种综合方法及其相关发现为优化无人机飞行参数提供了可靠的技术依据，对植保无人机的技术研发及作业参数的设定具有重要的参考价值。