我国水田农业经济文化发达,但配套水田植保设施装备无法满足当前农业智能化、精细化、绿色化、高效化的发展趋势。传统水田病虫害防治仍以手动喷雾机和担架式喷雾机为主,技术含量低,农药利用率低,而大型自走式或悬挂式喷雾机机体庞大,很难适应当下水田作业需求。航空植保技术的发展为改善当前水田施药困境提供了新的思路,植保无人机技术可以实现跨地形、高效率的植保作业,降低农药对环境和操作者的危害,也减少了不必要的农药浪费。本课题开展基于植保无人机施药技术的水田慈姑病虫害防治研究,以水生作物慈姑为例,利用无人机施药技术对慈姑病虫害进行有效防治,建立病虫害时空分布模型,模拟植保无人机低空施药过程,仿真计算雾滴在旋翼风场中的运动轨迹,优化植保无人机施药参数,最终实现可靠高效的慈姑病虫害防治。首先,本课题通过对水田慈姑病虫害调研,选定慈姑蚜虫作为防治对象,并开展慈姑蚜虫在慈姑植株上的时空分布特性研究,对5、6、7、8四个月的调查数据进行昆虫学分析,利用回归方程确定蚜虫种群聚集原因,根据时间变化分析得知,慈姑蚜虫爆发主要集中在7月上旬和9月初,其爆发和聚集数量变化的原因可能与气候条件相关,包括温度条件和湿度条件;根据空间变化分析得知,蚜虫在慈姑叶背上分布占总量三分之一左右,叶柄占总量三分之二,叶表几乎没有,蚜虫个体间是相互吸引的,且具有密度依赖性,密度越高,虫害聚集程度越大;同时,利用Iwao序贯抽样模型得到慈姑蚜虫抽样防治模型,并制定了相关防治策略,为慈姑蚜虫的防治提供科学的参考手段。根据水田慈姑蚜虫虫害的防治的低量定向施药要求以及水田环境条件限制,采用植保无人机低空低量施药技术,搭建室内多功能植保喷雾施药平台,并选型设计一种超低容量雾化喷头,利用Fluent数值计算的方式,模拟无人机旋翼下流场在不同离地高度、不同来流速度以及不同转速下的流场分布情况,并耦合仿真风场影响下喷雾雾滴场运动轨迹与沉积效果,结果表明:无人机旋翼下流场呈聚合、收缩以及下压的姿态,对雾滴的沉降是十分有利的;改变悬停高度,无人机风场产生了侧向气流,形成涡流,风场分布随着高度的提高而不断变化;改变来流流速,在无人机上风口处产生涡流,涡流位置随着流速的提高不断贴近旋翼下流场,同时旋翼下流场对来流有很强的抵御作用;此外,后续无人机田间试验验证了雾滴粒径分布试验结果与仿真结果具有高度相关性,表明仿真可作为试验前的一种合理预测手段;通过对比慈姑病虫害防治试验的手动施药的7天减退率85.67%,采用植保无人机施药减退率90.14%和91.25%明显更高,且施药效率高出20-30倍,因此无人机施药防治手段具有更显著优势。