植保無人機的推廣現狀

張長坤 劉豪睿 張 琦

(德州學院能源與機械學院，山東 德州 253023)

1 植保無人機推廣的意義

在我國農業生產管理的過程中，土地翻耕、播種、收獲等環節都已經實現機械化，但農作物病蟲害防治機械化水平還很低，大多數仍采取傳統的人工背負式作業方式。傳統的人工背負式作業方式，工人的勞動強度大，作業效率低，噴藥不均勻，發生農藥中毒的情況很多。自走式噴藥機械近幾年得到一定推廣應用，作業效率要比人工背負式噴藥機械提高很多，但它不適合長勢密集、高桿作物中后期的農藥噴灑。

我國作為一個擁有1.3億hm2主要農業用地的農業大國，每年需要大量的農業植保作業。據統計，每年由于植保作業不到位浪費的農作物占總種植面積的1/10。每年由于農藥噴灑而中毒的人數約有10萬人，死亡率約為 20%。使用植保無人機噴灑農藥，工作高度低，無需特殊起飛地，操作簡單。遠程操作可以絕對保證不會再有人因為噴灑農藥而受到傷害。而且，植保無人機作業可以大量減少農藥的浪費，有效節省水資源，顯著降低資源成本，可廣泛應用于農作物病蟲害防治。植保無人機具有作業效率高、作業質量好、適應性廣、安全性強等優勢，更加適合我國的土地國情。

2 國內外植保無人機發展現狀分析

2.1 國外植保無人飛機的發展現狀

美國是使用植保無人機最早的國家，早在 1949年美國就著手研制應用于農林方向的農用飛機。植保無人機技術最成熟，無人機作業面積占總耕地面積的60%。日本也是將無人機應用于農業病蟲害防治比較早的國家。日本由于其耕地較為分散，且山地較多，農業勞動力嚴重短缺，為植保無人機快速發展提供了先天條件，植保無人機發展迅猛。目前日本無人機植保技術已經位居世界前列，無人機植保作業面積達45%。韓國植保無人機起步較晚，2003年才開始引進植保無人機，而且本國無人機生產企業較少，大部分從我國進口。但是韓國植保無人機推廣應用較快。另外，世界上一些農業發達國家，植保無人機也已經廣泛應用于農業病蟲害的防治。

2.2 我國植保無人機的發展現狀

我國農用植保無人機起步較晚。2010年之前，我國植保無人機都屬于起步階段，植保無人機沒有真正投入使用。2010-2014年國家出臺了一系列有利于植保無人機發展的政策，加速了植保無人機的發展。2015年，部分省市實施植保無人機補貼政策，植保無人機得到迅速推廣，多旋翼無人機受到廣泛歡迎。從2016年開始我國植保無人機發展進入成熟階段，2017年全國農用無人機保有量達12000架。

我國農用植保無人機推廣比較晚，近年來隨著植保無人機技術的不斷成熟，各地都開始使用植保無人機進行病蟲害的防治工作。但病蟲害防治機械化水平仍然很低，僅為10%。在植保環節，全球耕地使用航空植保作業面積占總耕地面積的17%，而我國使用無人機進行植保的耕地面積只占總耕地面積的1.7%。

3 植保無人機的工作原理

植保無人機分為固定翼機和旋翼機，旋翼機又分為單旋翼機和多旋翼機。多旋翼機操作簡單、性能穩定，在我國使用較為廣泛。

在多旋翼植保無人機中，為保證重心在中心位置，每個軸一樣長，且都在同一平面上。多旋翼植保無人機的飛行姿態有3種：懸停、繞軸的轉動和線運動。

飛機懸停：飛行時旋翼旋轉方向兩兩相反，如果所有旋翼轉速相等，飛機在水平方向上不受力，只受到空氣給的向上的升力和自身的重力。當無人機受到的升力等于重力時，植保無人機在空中保持懸停狀態。

飛機繞軸的轉動有3種：偏航、俯仰和滾轉。(1)偏航：當增大順時針旋轉旋翼轉速，減小逆時針旋轉旋翼轉速，無人機不斷受到來自空氣的逆時針的推力，無人機逆時針偏航；當增大逆時針旋轉旋翼轉速，減小順時針旋轉旋翼轉速，無人機順時針偏航。(2)俯仰：當后端旋翼旋轉速度大于前端旋翼旋轉速度時，無人機俯；當前端旋翼旋轉速度大于后端旋翼旋轉速度時無人機仰。(3)滾轉：當左側旋翼旋轉速度大于右側旋翼旋轉速度時，無人機從左往右滾轉；當右側旋翼旋轉速度大于左側旋翼旋轉速度時無人機仰。無人機從右往左滾轉。

飛機的線運動也有3種：升降、進退和左右側飛。

植保無人機旋翼旋轉方向兩兩相反，如果所有旋翼轉速相等，則無法產生水平方向上的分力，無人機無法實現水平方向上的前進、倒退和左右側飛，需要無人機發生傾斜，這樣合力在水平方向就有一個分力，由這個分力來推動無人機水平移動，所以無人機的線運動通常伴隨有繞軸的轉動。(1)升降：無人機懸停在空中，當增大所有旋翼旋轉速度，無人機受到的升力大于無人機所受的重力，無人機上升；當減小所有旋翼旋轉速度，無人機受到的升力就小于無人機所受的重力，無人機下降。(2)進退：當無人機在空中的姿態為俯時，無人機所受的合力有一個向前的分力，無人機前進；當無人機仰時，旋翼產生的升力有一個向后的分力，無人機倒退。(3)左右側飛：當無人機從左往右滾轉，無人機所受的合力有一個向右的分力，無人機向右側飛行；當無人機從右往左滾轉，旋翼產生的升力有一個向左的分力，無人機向左側飛行。

4 植保無人機推廣建議

4.1 出臺相關政策法規和行業標準

植保無人機目前既缺乏相關的政策法規，又缺少相關的行業標準，處于無人管的狀態。從制造方面來說，植保無人機缺乏統一的技術質量標準，市場上產品良莠不齊，影響了人們對于植保無人機作業效果的正確認知，嚴重影響著植保無人機的推廣應用。應當建立植保無人機市場準入標準。應當對機身質量標準、作業流程規范、作業質量標準、維修保養規范等制定統一標準。從運營過程中來看，存在監管不到位的問題。由于政策法規缺失，對植保無人機操作手培訓和監管不到位。

4.2 進一步提高植保無人機的性能

(1)為加快植保無人機的推廣應用，必須優化植保無人機的設計，進一步提高植保無人機自身的性能，提高無人機的抗風性能和噴施農藥的精準性。對于電動植保無人機，還應該提高鋰電池的使用耐久性，從而延長無人機的使用時間。

(2)進一步完善植保無人機的控制程序，實現精準控制，使得植保無人機更加智能化、人性化。

(3)開發研制專用的噴頭，強化農藥的噴施效果。無人機噴施農藥時對噴頭有很高的技術要求，據統計，理想的噴霧指標應是 100μm左右。所以，植保無人機生產企業必須在農藥噴施噴頭的研發上下功夫。

4.3 加快適用無人機的藥劑研發

植保無人機對農藥要求比較高，但現在植保無人機作業時還是使用傳統的農藥。植保無人機作業時所用農藥應具備抗揮發性、抗飄移性等特點。否則，當農藥霧滴落到植物或病蟲害表面時，面臨蒸發的問題，藥劑不能在有效時間內發揮作用。針對這一問題，在藥液中適當添加噴霧助劑，可改變植保無人機噴藥時面臨的蒸發快、吸收難的現狀，有效提高植保無人機作業效果。植保無人機的生產企業應當與農藥的生產企業聯合對農藥的濃度、霧化效果、防漂移、附著力等展開深入的研究，共同開發與植保無人機作業相匹配的藥劑。

4.4 加大植保無人機作業經濟性研究

植保無人機企業應當對植保無人機的使用成本、維修成本、輔助成本進行綜合測評，精準地分析植保無人機的電池損耗、機具損耗、人工成本等相關指標，從而合理降低植保無人機的成本，有效降低植保無人機的價格。

4.5 加強對植保無人機操作手的培訓

植保無人機對操作人員的技術要求比較高，植保無人機想要得到廣泛推廣，當務之急是培養技術熟練的農民操作手。目前好的無人機操作手年薪在10萬左右。想要推廣植保無人機，操作手的費用支出必須省下來，必須培訓出技術熟練的農民操作手，或者像日本一樣有專門的植保無人機租賃公司，提供無人機的同時提供植保服務，所以植保無人機企業在優化無人機性能的同時應該注重技術培訓工作的開展，相關部門也可以定期組織植保無人機操作技能培訓活動，從而為植保無人機的推廣應用奠定堅實的人力資源基礎。

4.6 建立并完善植保無人機服務形式

日本有很多航空植保服務公司，組織專業飛行人員完成田間植保作業。我們也可以借鑒日本的一些經驗，推動植保無人機生產企業、農民專業合作社、農機推廣中心合作，組建專業植保服務組織，進行專業化的植保作業服務，降低農民承受的風險，降低植保作業成本。