高原植保無人機的需求分析與研究

景占成

青海炫飛電子科技有限公司

高原植保無人機的需求分析與研究

景占成

青海炫飛電子科技有限公司

近幾年來，農(nóng)作物病蟲害機械化防治和突發(fā)性大面積病蟲害防控引起了國家主管部門的高度重視。在低空施藥技術(shù)及規(guī)范和無人機平臺技術(shù)等方面取得了長足的發(fā)展，并且取得了許多重大成果，無人機示范與宣傳，促進了無人機施藥技術(shù)與服務(wù)體系不斷發(fā)展與完善，科研力量與科研平臺不斷加強

無人機；機械化防治

一、國內(nèi)市場現(xiàn)狀與需求分析

多年來，我國農(nóng)業(yè)及植保專家展開了大量對無人機植保技術(shù)的深入研究。2010年第一架商用的植保無人機交付市場，正式掀啟了中國植保無人機產(chǎn)業(yè)化的序幕。2013年，全國性的無人機植保展示、表演更是方興未艾，但營利性的飛防組織還比較少。農(nóng)用無人機的生產(chǎn)和加工大都從航模生產(chǎn)加工企業(yè)發(fā)展而來，具備一定的自主研發(fā)能力，但技術(shù)保障有待提高。目前進入微小型農(nóng)用無人機領(lǐng)域的企業(yè)約10余家，常見機型10余種。實際上，真正能大規(guī)模用于農(nóng)業(yè)農(nóng)林植保的只有3-5家。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2015年底，我國投入使用的農(nóng)用無人機已超過750臺，飛控手人數(shù)達1100多人，大部分集中在種植大戶及小型農(nóng)場中。雖然我國農(nóng)用無人機的總量依然很低，實際應(yīng)用面積依然很少，但由于其在施肥、施藥、授粉等方面的巨大優(yōu)勢，發(fā)展前景廣闊。

預(yù)計我國農(nóng)林植保無人機將進入快速增長，市場空間超過千億。我國耕地森林幅員遼闊，僅以土地流轉(zhuǎn)的5.9億畝來計算，單憑一項農(nóng)藥噴灑業(yè)務(wù)，如果每年噴灑5次，每畝作業(yè)10元錢，每年將貢獻超過300億元的作業(yè)收入，而按照我國18億畝耕地紅線測算，我國農(nóng)林植保無人機作業(yè)市場空間超過千億。

二、青海及周邊市場現(xiàn)狀與需求分析

根據(jù)我們的團隊走訪了解，在青海及周邊地區(qū)，目前本地植保無人機市場還是一片空白，有待開發(fā)。青海主要以山地為主，土地耕種面積主要集中在海東地區(qū)與海西、海北和海南等地廣大草原和部分森林。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以小麥、青稞、土豆和菜籽為主，適合本項目研發(fā)的高原植保無人機飛防作業(yè)。

目前國家正大力發(fā)展農(nóng)業(yè)信息農(nóng)業(yè)，科技農(nóng)業(yè)，并對土地集約化，土地流轉(zhuǎn)行為釋放了更多利好信號。我國為了快捷、規(guī)范地土地流轉(zhuǎn)而出臺了一系列相關(guān)法律法規(guī)，也為大面積飛防作業(yè)提供了更廣闊的空間。

三、研究目標(biāo)

總體目標(biāo)：本項目根據(jù)國家對經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃中對主要農(nóng)作物病蟲害專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治，加快推進農(nóng)業(yè)機械化需求，圍繞糧食生產(chǎn)中對高效施藥機械產(chǎn)品的重大需求，針對我國目前施藥技術(shù)落后、農(nóng)藥有效利用率低、施藥效率低、勞動量消耗巨大、高效施藥機械缺乏等關(guān)鍵問題，開展農(nóng)業(yè)電動無人機施藥技術(shù)裝備與應(yīng)用的研究，突破高效低污染安全航空施藥技術(shù)、高效穩(wěn)定的施藥搭載平臺技術(shù)、 施藥作業(yè)過程自動控制技術(shù)、精準施藥技術(shù)等核心技術(shù)，切實提高農(nóng)藥的有效利用率、減少農(nóng)藥使用量，解放勞動力，降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，實現(xiàn)施藥的精量化、機械化、自動化和安全化。

四、項目主要研究內(nèi)容

1、突破無人駕駛電動農(nóng)用無人機平臺技術(shù)

依據(jù)航空施藥作業(yè)要求無人機低空、低速、平穩(wěn)飛行，加之作業(yè)周期內(nèi)使用頻繁，操作人員素質(zhì)參差不齊，還需要解決無人機耐用性、操作簡易性及經(jīng)濟性的問題。本項目針對目前我國的無人機平臺，從低空穩(wěn)定性控制、傻瓜化操控、機體動力系統(tǒng)改造、發(fā)動機增壽等方面進行無人機平臺的農(nóng)業(yè)適應(yīng)性研究改造，使之能夠更好的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保。無人機超低空飛行，首先，由于地面反彈氣流的存在，使得旋翼下方氣流混亂，氣壓高度計數(shù)值波動劇烈，目前我國的無人機平臺，多數(shù)存在低空控制盲區(qū);其次，GPS衛(wèi)星定位信號也會隨著地面溫度、云層變化、氣流流動等因素產(chǎn)生整體漂移。本項目根據(jù)高原氣候特點擬以消減地面效應(yīng)影響，增加低空定位精度為研究目標(biāo)，對目前我國的無人機平臺做進 一步的研究改造。

2、完成無人駕駛電動農(nóng)用無人機平臺與施藥裝備

根據(jù)農(nóng)用電動無人機航空施藥方式與方法，重點研究施藥過程全程自動控制技術(shù)，針對我國的無人機平臺，研究設(shè)計開發(fā)新型的精準施藥系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)噴灑精確對接、定點施藥、自動導(dǎo)航、高效自主作業(yè)，避免施藥過程中重噴漏噴現(xiàn)象，解決施藥操控問題。

研究開發(fā)新型施藥控制系統(tǒng)，使用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，完成變量控制、無線電通訊、信號處理、功率分配等模塊化設(shè)計，實現(xiàn)施藥裝備遠程變量控制與工作參數(shù)遙測反饋等功能。

3、完成無人駕駛電動農(nóng)用直無人機平臺，無人機控制系統(tǒng)的高度與速度誤差小于5%，具備自動駕駛與傻瓜式操控功能；

我國的無人機平臺標(biāo)準的遙控器上，裝有2搖桿、4微調(diào)以及其他10余個按鈕，操作人員需要從總距、橫滾、俯仰、航向8方向控制姿態(tài)調(diào)整，人工培訓(xùn)僅無人機操作上就需要經(jīng)歷軟件模擬—航模練習(xí)—真機操控3個階段，培訓(xùn)周期歷時3個月，另一方面，我國飛機農(nóng)業(yè)作業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，無法在短時間內(nèi)達到專業(yè)人員水平。因此，本項目針對以上情況，結(jié)合無人機的飛行控制系統(tǒng)與操控界面，研究控制策略與算法改進，開發(fā)新型遙控裝備，實現(xiàn)無人機平臺的傻瓜化操作，大幅降低操作難度，縮短人員培訓(xùn)時間，提高無人機田間作業(yè)的靈活性和工作效率。

4、新型航空施藥藥劑研究

實驗證明，使用普通藥液于5m高度噴施，在旋翼氣流與外部環(huán)境因素綜合影響下，10%-20%的藥劑在空中蒸發(fā)彌漫在空氣中，嚴重影響施藥效果，污染生態(tài)環(huán)境。本項目擬開展農(nóng)藥藥劑成分、劑型、添加劑等方面研究，開發(fā)多種適用于航空噴灑的超低量農(nóng)藥劑型。

五、技術(shù)指標(biāo)

通過開展低空低量施藥技術(shù)、航空施藥飄移控制技術(shù)、飄移檢測及安全評估研究，創(chuàng)制農(nóng)業(yè)電動無人機施藥技術(shù)裝備，建立農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)服務(wù)體系。為農(nóng)作物、低灌木、喬木、草地病蟲防治提供技術(shù)支持，提高國家對突發(fā)性大面積病蟲害防治水平，保障國家農(nóng)業(yè)安全。通過項目的實施，填補國內(nèi)高原地區(qū)航空靜電噴霧技術(shù)及裝備的缺陷，降低農(nóng)藥使用量，提高病蟲害防治水平，減少對環(huán)境的污染；通過航空噴嘴模型、飄移預(yù)測模型、航空噴灑質(zhì)量評估研究，形成我國自主航空施藥研究體系，探索適合我國國情的航空施藥技術(shù)服務(wù)體系，服務(wù)于我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。