基于小型无人机风场的水稻花粉分布规律
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作业时，旋翼产生的风场对水稻花粉分布影响显著，直接关系到杂交水稻的制种质 量，为了找出小型无人机旋翼风场下的水稻花粉分布规律，该文利用航空用北斗系统UB351定位采样点坐 标，精确掌握各个采样点的位置坐标与间距，并利用该系统绘制无人机飞行轨迹，为试验提供准确的数据参 考；利用风场无线网络测量系统测量不同试验因素下旋翼产生的三向风场，并获得风场宽度、风速等，最后 通过与无人机授粉作业的花粉分布面积比、花粉分布宽度作对比联系，并利用Shapiro-Wilk、KolmogorovSmimov统计量进行一元正态性检验。为了能够根据花粉分布趋势优选出适宜的无人机授粉作业飞行速度，回 归模型的方差分析也是必要的。结果表明：通过比较x、y方向风速值，无人机旋翼产生的水平风场以y方向 为主，且y方向风场宽度最宽，同时飞行速度为风场宽度的主要影响因素，其中水平风场宽度随无人机飞行 速度的增大而减小，同时无人机的飞行速度也对垂直风场影响明显；无人机以4.53m/s飞行时，大于5粒的花 粉分布宽度和花粉分布面积比均最大，该飞行速度最利于花粉授粉，也说明花粉分布量不仅受水平风场影响 也与垂直风场密切相关。对比1#～10#采样点花粉量与11#～20#采样点花粉量，无人机授粉作业下旋翼产生 的风场对花粉分布的影响呈非对称性。利用spss软件的Q-Q图检验得到无人机风场下的花粉分布不服从正态 分布。通过建立花粉分布量与各自方向风速之间的多元线性回归模型，花粉分布量只与无人机旋翼产生的x 方向风场成正向线性关系。该结果为农用无人机的水稻授粉作业提供了理论指导依据。 关键词：无人机；花粉分布；授粉；风场分布
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·14· 论 文 编 译
ᇔཆᦸ中国㊹农业ъ文䟷摘⭘·Ⲵ农ᱟ业⒆工ই程བྷᯩ20Ἵ18؍年ᴹ第䲀2期ޜਨⲴ 80-2 অ㘬⋩ࣘᰐӪᵪˈྲമ 1a ᡰ皮ˈѫ㾱ᙗ㜭ᤷḷྲ㺘 1 ᡰ皮DŽ
值，为提高杂交水稻授粉质量和授粉作业效率提供理 ሿරᰐӪⴤॷᵪ൘论ߌ指ъ导ᯩ和䶒数䘀据⭘支䎺持ᶕ。䎺ᒯˈቔަփ⧠൘≤にᵲӔ≤にࡦ⿽䖵ࣙᦸ㊹ъкˈնᱟᰐӪ ሩ≤にᦸ㊹㣡㊹࠶1 ᐳ材ᛵ料ߥቊ与ᵚ方ᴹ法ާփⲴ⹄ウ䘋ኅDŽഐ↔ᵜ᮷⹄ウᇔཆ㠚❦⧟ຳлⲴᰐӪᵪн਼仾൪৲ ㊹㣡㊹࠶ᐳⲴᖡ૽1.ˈ1 ࠪ试验仾材䙏料л与㣡设㊹备࠶ᐳᇭᓖԕ৺ᗇࠪ㣡㊹࠶ᐳⲴᴹ᭸४ฏ٬ˈѪᨀ儈ᵲӔ≤にᦸ ㊹ъ᭸⦷ᨀ⨶1.䇪1.ᤷ1 ሬ઼室ᮠ外ᦞ无᭟人ᤱ机DŽ授粉作业试验材料与设备
0 引言 杂交水稻是一项先进的粮食增产技术，杂交水
稻的推广与应用也将是解决世界粮食危机的最有效途 径。杂交水稻生产过程主要包括育种、制种、育苗、 插秧等，制种是杂交水稻生产的重要组成部分，而授 粉是保证制种成功的关键。水稻属于非严格的自花授 粉作物，自然授粉成功几率小，一般在0.2%～4%， 最高可达5%。水稻每天的开花期较短，一般在 10∶00～12∶00，开花时间只有1.5～2h，此外，每 天需授粉3～4次，且须在30min 内完成一次授粉作 业，共需授粉10～12d。杂交水稻授粉是一项技术要 求含量高、精度要求高、时间要求紧的作业，因此为 了获得优质、高产的杂交水稻种子必须进行异花授 粉。异花授粉需要借助人工辅助授粉，确保种子正常 结实。目前人工辅助授粉包括人力式和机械式。传统 的人力式授粉在劳动力丰富、机械化水平较低的地区 得到广泛应用。这种授粉方式操作简单、授粉效果较
目前，小型无人直升机在农业方面运用越来越 广，尤其体现在水稻杂交水稻制种辅助授粉作业上， 但是无人机风场参数对水稻授粉花粉分布情况尚未有 具体的研究进展。因此本文研究室外自然环境下的无 人机不同风场参数对水稻授粉花粉分布的影响，找出 各风速下花粉分布宽度以及得出花粉分布的有效区域
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中国农业文摘·农业工程 2018年第2期
论 文 编 译 ·13·
基于小型无人机风场的水稻花粉分布规律
李继宇1，2，兰玉彬1，2，王建伟1，2，陈盛德1，2，姚伟祥1，2，黄 聪1，2，刘 琪1，2，梁秋萍3
（1.华南农业大学工程学院，广州 510642； 2.国际农业航空施药技术联合实验室，广州 510642；
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室外授粉作业采用的是湖南大方植保有限公司
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的80-2单旋翼油动无人机，如图1a 所示，主要性能指标如表1所示。
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ѫ作业㘬/高ቮ度㘬ⴤᖴ
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFD0701000）， 广东省自然科学基金（2015A030313420）， 2016年广东省农业标准化研究项目
好，但是劳动强度大、生产率较低，不适合大面积规 模化制种。机械式授粉分为碰撞式和气力式。碰撞式 是利用工具对水稻植株的直接碰撞使父本花粉脱落在 母本植株上，但碰撞作用易损伤植株，且授粉均匀性 较差。气力式授粉具有父本花粉传播距离远、不损伤 水稻植株等优点，因此发展迅速且应用越来越广。李 继宇等对小型旋翼式无人直升机用于杂交水稻辅助授 粉的作业参数进行了优选以及对旋翼式无人机授粉作 业冠层风场分布规律进行研究；胡炼等设计了无人直 升机风场无线传感器网络测量系统；王慧敏等研究了 气流速度对杂交水稻制种授粉花粉分布的影响；方诗 伦等研究了下吹气流速度对杂交水稻授粉分布的影 响；吴辉等评估了农用植保无人直升机辅助杂交水稻 制种授粉效果，并试图选出最佳父母本种植行比等。
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·14· 论 文 编 译
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0 引言 杂交水稻是一项先进的粮食增产技术，杂交水
稻的推广与应用也将是解决世界粮食危机的最有效途 径。杂交水稻生产过程主要包括育种、制种、育苗、 插秧等，制种是杂交水稻生产的重要组成部分，而授 粉是保证制种成功的关键。水稻属于非严格的自花授 粉作物，自然授粉成功几率小，一般在0.2%～4%， 最高可达5%。水稻每天的开花期较短，一般在 10∶00～12∶00，开花时间只有1.5～2h，此外，每 天需授粉3～4次，且须在30min 内完成一次授粉作 业，共需授粉10～12d。杂交水稻授粉是一项技术要 求含量高、精度要求高、时间要求紧的作业，因此为 了获得优质、高产的杂交水稻种子必须进行异花授 粉。异花授粉需要借助人工辅助授粉，确保种子正常 结实。目前人工辅助授粉包括人力式和机械式。传统 的人力式授粉在劳动力丰富、机械化水平较低的地区 得到广泛应用。这种授粉方式操作简单、授粉效果较
目前，小型无人直升机在农业方面运用越来越 广，尤其体现在水稻杂交水稻制种辅助授粉作业上， 但是无人机风场参数对水稻授粉花粉分布情况尚未有 具体的研究进展。因此本文研究室外自然环境下的无 人机不同风场参数对水稻授粉花粉分布的影响，找出 各风速下花粉分布宽度以及得出花粉分布的有效区域
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中国农业文摘·农业工程 2018年第2期
论 文 编 译 ·13·
基于小型无人机风场的水稻花粉分布规律
李继宇1，2，兰玉彬1，2，王建伟1，2，陈盛德1，2，姚伟祥1，2，黄 聪1，2，刘 琪1，2，梁秋萍3
（1.华南农业大学工程学院，广州 510642； 2.国际农业航空施药技术联合实验室，广州 510642；
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室外授粉作业采用的是湖南大方植保有限公司
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的80-2单旋翼油动无人机，如图1a 所示，主要性能指标如表1所示。
图11aa ํ无ఆ人ݯ机授ט粉ᆴ作ྜ业试ೋ验ི场Ц地ԙ
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㸼 ᮴ҎᴎЏ㽕ᗻ㛑ᣛᷛ
ᙗ㊹㜭ъᤷḷ䟷ྲ⭘㺘Ⲵᱟ1 ⒆ᡰই皮主བྷDŽ要ᯩ参Ἵ数؍ᴹ䲀ޜਨⲴ机型80型-2号অѫ㘬㾱⋩৲ࣘ外ᮠᰐ形Ӫ尺表ᵪ寸1（ˈ长无ྲ×人മ宽机1×主aᵪ高要ර）ර性ਧ能主指旋标翼/尾旋ཆ翼ᖒ直ቪ径ረ˄䮯*ᇭ作*业儈速˅度
ѫ作业㘬/高ቮ度㘬ⴤᖴ
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFD0701000）， 广东省自然科学基金（2015A030313420）， 2016年广东省农业标准化研究项目
好，但是劳动强度大、生产率较低，不适合大面积规 模化制种。机械式授粉分为碰撞式和气力式。碰撞式 是利用工具对水稻植株的直接碰撞使父本花粉脱落在 母本植株上，但碰撞作用易损伤植株，且授粉均匀性 较差。气力式授粉具有父本花粉传播距离远、不损伤 水稻植株等优点，因此发展迅速且应用越来越广。李 继宇等对小型旋翼式无人直升机用于杂交水稻辅助授 粉的作业参数进行了优选以及对旋翼式无人机授粉作 业冠层风场分布规律进行研究；胡炼等设计了无人直 升机风场无线传感器网络测量系统；王慧敏等研究了 气流速度对杂交水稻制种授粉花粉分布的影响；方诗 伦等研究了下吹气流速度对杂交水稻授粉分布的影 响；吴辉等评估了农用植保无人直升机辅助杂交水稻 制种授粉效果，并试图选出最佳父母本种植行比等。