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无人机网|在无人机喷洒过程中如何避免漂移


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在美国进行的独立研究表明 ， 只要操作人员密切注意正确的设置和操作 ， 无人机喷药将十分安全和高效 。
现在无人机喷洒 ， 在全球范围内变得越来越普遍 。 然而由于设备和技术仍处于起步阶段 ， 人们对高漂移和应用质量提出了越来越多的担忧 。
美国农业部位于得克萨斯州的航空应用技术研究部门的研究工程师马丁博士很快就看到了无人驾驶飞机为农业带来的巨大潜力 。 但是他也对喷雾器沉积的均匀性和使用效果有所保留 。
作为有人驾驶飞机应用的专业研究人员 ， 马丁博士意识到虽然无人机越来越多地用于农药喷洒 ， 但在喷雾器沉积均匀性和应用功效方面 ， 其效率仍然存在相当大的不确定性 。
为了找到更多的方法以及如何最好地解决这些问题 ， 他与内布拉斯加大学生物系统工程系的同事韦恩博士建立了一个研究项目 。 这项实用且基于科学的研究仔细研究了影响喷洒应用的不同因素 。

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美国农业部在德克萨斯州的工厂进行的测试 ， 旨在检验喷嘴尺寸和位置以及工作高度和速度等差异如何影响喷洒质量 。
缓解并避免漂移
马丁博士说：“我们的出发点是看看 ， 现成的无人机上配备了什么设备 。 目的是了解喷嘴尺寸和位置以及工作高度和速度等任何差异如何影响喷洒质量 。 同样重要的是 ， 我们想知道可以采取哪些措施来减轻和避免漂移 。 ”
研究的目的是确定“施加高度和地面速度对来自不同无人机系统（UAAS）的覆盖宽度（实际工作宽度） ， 喷型均匀性和液滴谱的影响” 。
标准喷药无人机
韦恩·沃尔特（WayneWoldt）提供了他自己的DJI Agras MG1 。 这款流行的10升无人机是许多地区使用的典型无人机 。 研究人员还测试了佛罗里达州的HSE-UAV ， 该公司提供了四种大小和容量不同的喷雾无人机 ， 代表了美国最常用的无人机 。
这提供了一系列无人机 ， 这些无人机具有六到八个转子 ， 容量从10升到20升以及四个到六个喷嘴-固定在动臂上或安装在转子下方 。
测试无人机的规格*不再提供**最新M6E-X2型号的规格***莱希勒型号 HSE V6A* HSE M6E** DJI Agras MG-1 HSE M6A Pro HSE M8A Pro工作重量 N/A 24kg 22.5kg 34.5kg 48kg油箱容量 5 litres 10 litres 10 litres 15 litres 20 litres转子 6 6 8 6 8喷嘴（标准） TR 80 005*** 015, 01 or 02*** XR 110 01 TR 80-0067*** TR 80-0067***测得的条幅宽度 3m to 4.5m 6m 9 7.6m – 9.0m 9.0m【无人机网|在无人机喷洒过程中如何避免漂移】HSE-UAV表示 ， 它参加了这些试验 ， 以帮助其客户了解如何进行有效的应用 ， 以及了解如何改进其硬件和喷涂系统 。 它还希望开发行业范围的标准 。
“我们立刻发现在喷洒设备方面 ， 无人机是非常基础的–其中没有一个装有压力表 。 几乎所有的喷嘴都配备了005至0067尺寸的喷嘴 ， 可产生细小的液滴 。 ” 马丁博士解释说 。

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在静态校准过程中 ， 研究人员还评估了标准“现成”喷药无人机附带的设备设置和水平 。
校准至关重要
马丁博士首先是通过校准喷雾器开始的 ， 当没有安装压力表时 ， 这并不是一件容易的事 。 因此他制造了一个适配器和快速接头以适合无人机的管道系统 。 他补充说：“我们发现的设定压力从33psi（2.27 bar）到72psi（5 bar）不等 。 ”
减轻无人驾驶飞机的重量很重要 ， 但正确校准也至关重要 。 对于所有喷雾器 ， 都需要知道压力和前进速度 ， 而如果没有压力表 ， 将丢失方程式的重要组成部分 。 他需要的是一个小型变送器 ， 可以在操作员终端（或地面站）上显示压力 。
马丁博士和团队设定了适当的压力 ， 并通过在设定的时间内将每个喷嘴的输出收集在杯中来测量流量 。 对于常规动臂喷雾器的操作者来说 ， 这是众所周知的程序 。
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压力是校准方程式中必不可少的元素 ， 但无人驾驶飞机没有配备压力表 。 为了克服这一遗漏 ， 马丁博士使用此快速接头将其安装到管道中 。
施用量2gal /英亩
在美国常见的载人航空应用中 ， 有各种各样的认可产品 ， 必须根据标签建议使用 。 对于大多数情况 ， 这是2加仑/英亩的施用率 ， 相当于约20升/公顷 ， 这也用于实验 。
只需选择合适的喷嘴 ， 即可大大减少漂移
了解无人机泵的输出非常重要 。 我们发现在最小的V6A的不同型号之间存在差异 ， 即使使用005喷嘴的最低速度也无法提供20升/公顷 。 从那时起 ， HSE-无人机从其产品中“淘汰”了该模型 。
前进速度也是一个重要的校准因子 ， 对于研究小组 ， 研究人员分别以1m / s ， 3m / s ， 5m / s和7m / s四种地面速度进行了测试 。
实际工作宽度
最后操作员还需要知道 ， 实际的工作宽度来确定面积 。 宽幅不仅取决于喷嘴间距 ， 还取决于飞机的类型 。 它也可能受到工作高度和速度的影响 。 因此为了测试宽度 ， 我们在2m ， 3m和4m三个高度上进行了应用 。 较慢的速度对条幅影响不大 ， 但对施用率影响很大 。 2m和3m的应用高度可使喷雾模式成熟 ， 同时仍保持较低的地面水平 ， 从而减轻了漂移 。 测试表明 ， 有效条带受喷嘴（细 ， 中 ， 粗）和飞机尺寸的影响最大 。
无人机喷洒设置建议
?选择合适的中粗喷嘴以减少漂移
?更大的无人机提供更大的工作宽度
?喷嘴位置不一定会影响性能
?最佳喷洒高度在农作物上方2m至3m
?DJI的最佳前进速度为3m / sec ， 大型HSE无人机为5m/ sec
测试程序
测试是在三个应用高度 ， 四个地面速度和四个重复下进行的 。 每个喷嘴还使用三个不同的喷嘴进行了测试 ， 以检查条幅宽度 ， 覆盖范围和漂移并评估不同的液滴光谱 。
这些包括：
精细：XR 110 01 –约200-250微米
中：TeeJet TT 110 01 –?300-350微米@ 2.0至3.5 bar
中到粗：Lechler IDK 110 01 –?350-400微米@ 3.0-6.0 bar
用水和液态荧光染料加表面活性剂（按体积计0.25％）来复制植物保护产品的特性 。 在整个工作宽度上 ， 在水敏纸上收集液滴 ， 以评估液滴的大小 ， 数量和覆盖范围 ， 以表征液滴的光谱 。 使用DropletScan系统分析结果 。
大幅减少漂移
“通过重复20次并取平均结果 ， 结果非常清晰：您只需选择合适的喷嘴 ， 就可以大大减少漂移 。 这证实了我们最初的想法 ， 即我们期望从中型和粗型喷嘴中看到更少的漂移 ， ” 马丁博士说 。
它还强调了选择喷嘴作为减少可飘浮细粉的方式非常重要的意义 ， 他观察到这种现象被无人机上的旋翼向下和向外推 。 “我在喷雾无人机的转子盘旋在3m处时测得的风速为15.5m / s（35mph） 。 虽然这将影响漂移 ， 但我们现在正在研究的一项好处是 ， 这将如何帮助作物渗透 ， 帮助液滴进入树冠和叶片下方 。 ”他补充说 。
许多无人机都配备了80 005喷嘴 ， 这些喷嘴会产生大量的漂移 ， 这在许多喷洒作业的图像中都很明显-经常在亚洲 。
马丁博士补充说：“ HSE-UAV为我们的配备Lechler 80 005s的实验提供了无人机 ， 在测试之后 ， 它已经变为可以选择Lechler IDK 110 01、015或O2作为标准选择 。 ” “在漂移可能成为问题的区域 ， 015甚至在02上也能很好地工作 。 ”
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3m的应用高度是一个实际的设置 。 这意味着无人机会飞过头顶高度 ， 提供良好的条幅宽度并保持视线 。
幅宽变化
无论喷嘴是安装在转子下方还是吊臂上 ， 研究发现位置都不必设置无人机的扫宽 。 但是 ， 从细喷嘴切换到中喷嘴会缩小范围 。 “我们还无法测试喷嘴位置对漂移的影响 。 大概明年 。 但我们最好的猜测是 ， 它不会像选择喷嘴那样影响漂移 。
每架喷涂无人机的幅宽 ， 均采用与有人驾驶飞机相同的技术进行测量 。 这包括将产品涂在棉线上 ， 然后在实验室中进行分析以确定沿棉线长度的沉积量 。
所有飞行均在3m进行 ， 研究人员已经确定这是最佳的应用高度 。
“我们发现这是使模式得以充分发展的'最佳地点' 。 无人机需要在视线（VLOS）中操作 ， 并且在3m的视线范围内（即使在起伏的土地上）也可以保持视野 ， 而不会消失 。 它也高于头部高度 ， 有助于避免任何障碍 。 ”
该团队最初使用10m长的弦 ， 但将其扩展到15.25m以捕捉花样的末端并考虑风的影响 。
降低漂移的风险
“在3m的高度处 ， 我们发现它为选定的喷嘴提供了最佳的条带宽度和覆盖范围 。 喷雾在转子下方有足够的时间 ， 这有助于减少漂移的风险 。 ” 马丁博士解释说 。
20升M8APRO无人机的喷嘴安装在动臂上 ， 最初在中间产生了明显的“尖峰” 。 只需通过调节内置喷嘴之间的间距即可解决此问题 。
测得的条幅宽度在模型之间从3.6m到9m不等 ， 对于细喷嘴 ， 范围在7.5m和9.0m之间 。
测得的条幅宽度
V6A – 3.0m至4.5m（不再可用）
M6E-1 – 6.0m
DJI阿格拉斯MG-1 – 9.0m
V6A Pro – 7.6m – 9.0m
V8A Pro – 9.0m
注意：较粗的喷嘴将减少条幅
注意你的速度
操作速度受无人机功能的限制 。 但是在校准流量时 ， 这是一个重要的考虑因素 ， 并且还会影响施用率和覆盖率 。
研究人员以四种地面速度（分别为1m / s ， 3m / s ， 5m / s和7m / s）操作UAVS ， 从而对喷雾器进行了相应的校准 。
速度和高度实际上对有效条带几乎没有影响 。 最重要的参数是喷嘴和飞机的大小（功率） 。 尽管7m / s的确为V6A提供了最大的有效覆盖范围 ， 但从统计上看 ， 它与其他速度没有差异 。 虽然3m / s是MG-1的最佳速度 ， 但从统计学上看 ， 它与其他速度没有区别 。 更高的速度可以提高生产率 ， 但是必须满足标签上的使用率 。
在整个工作宽度上 ， 在水敏纸上收集液滴 ， 以评估液滴的大小 ， 数量和覆盖范围 ， 以表征液滴的光谱 。
美国监管机构帮助喷药无人机起飞
通过修改现有的有人驾驶飞行规则 ， 美国监管机构迅速引入了新的规则 ， 以涵盖无人机的喷洒 。
运营商首先需要从联邦航空局（FAA）获得第107条款 ， 以获得无人遥控飞行员证书 。 他们还需要获得137条款的空中杀虫剂证书 ， 并且必须申请无人驾驶豁免 。
各个州的农业部门由不同的部门负责管理农药 ， 无人驾驶喷雾器飞行员将要求获得此农业证明 。
这些规则适用于重量小于55磅（25千克）的无人机 ， 只能在视觉视线中操作 。 这些是目前美国最常用的无人机 ， 进一步的规则适用于更大的型号 。
2019年7月 ， Rantizo是第一家被授权在其爱荷华州的空气中施用农药的公司 。 紧接着是邻近的明尼苏达州和现在更远的地方的许可 。
一年后 ， 即今年7月 ， Rantizo获得了第一个也是唯一的授权 ， 即在所有48个“相邻州”（与毗邻边界的州）中 ， 由一名飞行员和一名视觉观察员操作最多三架无人机 。
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