我國無人植保飛機發展和亟需解決的幾個問題

顏 軍，李妍芬

（長沙市農業機械研究所，湖南 長沙 410128）

隨著黨的“十九大”勝利召開，農村土地承包期限再延長，農業生產迎來了又一輪發展熱潮。土地確權帶來了新的農業投資機遇。各種基礎設施，生產設備出現井噴勢發展。我國的農業生產機械化發展迅猛，耕、種、收的綜合機械化率普遍達到70%以上，但機械植保仍是薄弱環節。近年來，我國無人植保飛機迅速發展，較好地破解了這個關鍵難題。

1 植保無人機作業的特點

1.1 作業適應性廣

首先，植保無人機可垂直起降，不受地形限制，能在地面裝備難以進入的區域之內作業，可很好地解決地面機具難以進入山地、梯田、水田、濕地、密林等地作業的難題。尤其是遇到嚴重內澇季節，當地面機械無法進入作業時可發揮奇效；同時，作業時不受作物長勢的限制。當作物生長至封行后行壟不清晰，特別是對于玉米等高桿作物也能實現高效率作業。因玉米大喇叭口期高度一般都在1.2m以上；水稻制種生產中父本可高達1.8m以上，人工作業難以全面實現覆蓋，但通過高空作業可輕松實現。其次，與地面裝備田間作業相比，不會留下轍印和損壞農作物，破壞土壤物理結構，影響作物后期生長；最后，能在人居與農田混雜區域作業。

1.2 作業效率高

無人機在超低空作業時，飛行速度為3～6m/s，噴幅可達5～9m，除去續航加藥時間，每小時作業面積可達5～8hm2，其效率遠遠高于人工水平。

1.3 作業質量好

無人機旋翼產生的下降氣流吹動葉片，可提高作物下部及葉片背面藥液附著率，防治效果相比人工與傳統施藥機械可提高15%～35%，應對突發、爆發性病蟲害的防控效果好。無人機作業，藥液霧化，其霧滴更小，更易附著在作物的葉片上。根據農業部南京農業機械化研究所進行的“航空植保藥液沉積率試驗”，水稻下部附著率為上部附著率的53.2%;葉背附著率是葉面附著率的47.8%。根據“水稻分蘗期田間防效試驗”結果顯示植保無人機作業對縱卷葉螟和稻飛虱的防治效果明顯高于常規防治。

1.4 作業成本低

無人機采用低量噴霧，用藥量400～1000ml/畝，一般來說，可節水90%，節藥15%～30%，大大降低了成本。據統計：采用25kg有效載荷的單旋翼油動力無人機進行噴施作業的年度收益是使用機動噴霧機的33倍，是人工手動噴霧的133倍；采用15kg有效載荷的單旋翼電動無人機進行噴施作業的年度收益則分別是機動噴霧機的25倍和人工手動噴霧的93倍。

1.5 應付突發災害的能力強

針對連片大面積農田病蟲害防治、大面積衛生防疫消殺等突發性災害的防治，能迅速、有效地應對。

1.6 實現人、藥分離，減少人員傷害

無人機在噴藥的作業過程中，可讓操作手和農藥保持一定的距離，減少對人員的危害。

2 我國植保無人機的現狀

2.1 農用無人機的應用領域

農用無人機主要應用于低空農情信息遙感獲取、農業航空植保及作物制種輔助授粉等，目前應用得最多，也是最主要的是“農業航空植保”。

2.2 無人機植保的發展特點

第一起步晚。首先國內農用植保無人機研發始于2005年，2010年國內研制成功第一架油動植保無人機并開展田間試驗，隨著科技進步和量產化帶來的成本下降，自2015年起我國植保無人機進入高速發展期；第二發展快。2015年前無人機植保作業大部分為輔助作業模式，需要3人或3人以上參與觀測、操控及更換噴灑用藥，2016年植保無人機發展出自主作業模式，即采用精準定位結合飛控系統測繪田塊，智能規劃航線，一鍵起降及返航的自動噴灑作業模式；第三應用廣。雖然我國的農用無人機技術起步較晚，但近年來隨著科技力量的不斷投入，我國農用植保無人機的研究也步入了新的發展階段，機型越來越多，應用范圍越來越廣，技術研究越來越深入，推廣速度也越來越快。目前已可應用于植保作業、林業監測、作物授粉、牧群定位等多個方面。

2.3 植保無人機的類型

農用無人機按照動力系統的不同可分為:燃油動力和電池動力兩類。燃油動力系統無人機以燃油發動機為動力、機身大、靈活性相對較差，需要一定的起降時間，且維護較為復雜，但單次飛行時間可超過1h；以電力為動力的無人機起降迅速，并具有操作靈活的優點，但單次飛行時間一般只有10～15min。

農用無人機按旋翼的不同可分為固定翼式、單旋翼式及多旋翼式。固定翼無人機由機翼產生升力，機翼位置和掠角等參數在飛行過程中保持不變；單旋翼無人機由主槳切割空氣產生推力，尾槳保證平衡，可垂直起降和穩定地懸停；多旋翼無人機以3個或者偶數個對稱非共軸螺旋槳產生推力上升，以各個螺旋槳轉速改變帶來的飛行平面傾斜實現前進、后退和左右運動，以螺旋槳轉速次序變化實現自轉垂直起飛降落，場地限制小，可在空中穩定地懸停。

2014～2015年，一大批新型農業航空企業迅速誕生，植保無人飛機正式進入農業生產。植保無人機機型數約233個，其中單旋翼機型64個，約占27.5%，多旋翼機型168個，約占72.1%，固定翼機型1個，約占0.4%；油動力約占19.7%，電池動力約占80.3%。上述數據表明，當前中國植保無人機以電池為動力的多旋翼機型為主。同時由于多旋翼無人機相對于單旋翼無人機和固定翼無人機具有機械結構簡單、操作簡易以及對起飛地點要求不高等特點，預計未來幾年內，中國植保無人機仍將以多旋翼電動無人機為主。無人植保機開始納入國家農機補貼試點，服務作業量劇增，大量銀行、保險、風險投資開始涌入植保無人飛機市場。2016年，我國載荷5升以上的農用無人機保有量已達4869臺，超過日本位居世界第一；植保作業面積從2013年的不足10萬畝（1畝=667m2,下同）增長至2015年的1016萬畝；農用無人機生產企業從2010年的不足10家增至2016年的260余家，無人機農業領域應用產值達5億元。農用無人機產品覆蓋單旋翼、多旋翼、油動、電動等品種，已形成具有中國特色的新興高新技術產業，具備了一定的國際影響力。

3 我國植保無人機目前需要攻克的政策和技術難點

3.1 我國對植保無人機管理及政策不明確

雖然相關農業部門出臺了國家和地方標準，但植保無人機同時也屬于航空器，國家在低空領域的管理仍然屬于航空管理部門，無人機黑飛現象仍不時被報道。

3.2 缺乏高穩定性農用無人機作業平臺

目前我國的植保無人機普遍存在“心臟病”問題。油動植保無人機主要采用風冷機，有效壽命500小時，電動植保無人機一次作業時間10～15min。由于植保作業時特殊的高溫、高濕環境特點，油機易出現散熱不好導致拉缸的現象，電池也容易出現鼓泡。

3.3 無人機自主飛行控制系統的選擇與優化

在坡度飛行、自動避障、自動路徑規劃、仿地飛行等方面仍需提高。

3.4 國內生產企業過多，質量參差不齊

由于植保無人機發展迅速，生產企業一哄而上，質量良莠不齊，不少企業缺乏核心技術，只重銷售，在技術研發、機手培訓等方面跟不上。

3.5 農業航空噴施主要劑型的篩選與評價

目前我國的植保無人機主要采用的是80～150目的噴頭，藥劑在噴灑過程中易蒸發，形成局部藥害，且使用的一般為高濃縮藥 ，為應對這種情況，在作業時需添加抗蒸發劑，缺乏 用于航空植保的專用藥劑。