植保無人機產業發展現狀及建議

□文/馮 濤 林建德 官 坤

（福建工程學院 福建·福州）

［提要］本文以中國知網收錄的2011～2021年發表的植保無人機主題論文為研究對象，采用Citespace V軟件進行可視化分析，繪制植保無人機知識圖譜，分析我國植保無人機產業發展現狀與前沿熱點。在此基礎上指出植保無人機需要解決的關鍵技術、財政補貼不完善、施藥技術不規范和科研機構多而不強等問題，并結合實際從科研機構跨地域整合、財政補貼因城施策、因作物施策和政策引導企業定向研發及藥企參與飛防等方面給出對策建議。

對病蟲草害的防治是保障農作物產量與質量的重要環節。然而，隨著城鎮化并疊加人口老齡化，農村地區普遍面臨勞動力不足問題。而植保無人機的高效率施藥及應對突發災害的快速作業能力能夠很好地彌補勞動力短缺。隨著國內植保無人機行業的快速發展，取得了一定成就，但是在快速發展的同時，很多制約發展的問題也相繼暴露出來。本文借助Citespace軟件，對大量文獻數據進行多元化動態分析，并結合實際提出對策建議。

一、數據采集與研究方法

以中國知網數據庫為數據源，以“植保無人機”、“飛防”為檢索詞，文獻類型排除“資訊”。逐條閱讀檢索記錄，刪除不相關條目，篩選出469篇中文文獻，導入CiteSpace V軟件處理。

二、我國植保無人機研究結果計量分析

（一）我國植保無人機發展歷程。對2011～2021年植保無人機主題文獻發文量進行統計。結果表明，我國植保無人機研究發文量整體呈增長趨勢，植保無人機研究發展歷程可分為以下兩個階段：

緩慢增長期：我國植保無人機發展歷程較慢，20世紀50年代我國就開始了對航空植保的研究，但一直未得到推廣，直至2013年農業航空的作業量一直維持在較低水平。

快速發展期：2015年，我國開始在電動植保無人機上發力，此后進入高速成長期。隨著我國大疆和極飛等一批優秀的企業開始發力，我國植保無人機產業由努力追趕發達國家到現在站在第一梯隊。（圖1）

圖1 2011～2021年中國植保無人機相關研究發文量統計圖

（二）研究機構。通常研究機構的學術實力越強，其發文量越多。從文獻統計來看，我國植保無人機研究發文量排名前10位的機構共發表論文78篇，占機構總量的8.69%，發文量占總量的16.63%。可見，未形成頭部效應，發文量第一的杭州電子科技大學也不到15篇，與其余機構并未拉開差距。除去發文量大的高校和機構，其余皆為一些地方農機站和技術推廣服務中心，這些機構共發文157篇，占總量的33.47%，但這些機構的數量卻占總機構數量的84.67%。由此可見，我國植保無人機研究機構多而不強，未形成具有絕對學科優勢的科研機構。大多數機構僅以數據觀測和提供建議為主，科研能力較弱。（表1）

表1 植保無人機研究領域主要科研機構一覽表

圖2 是除去頭部科研機構及其他零星科研機構之后的各地方農機站分布圖，從圖中可看出我國植保無人機數據觀測分布廣泛，但在以下省市較為集中：河北、新疆、山東、浙江和云南。其中，浙江省的地方機構之間合作較為密切，其他省市地方站以自主調研為主。（圖2）

圖2 科研機構共現圖譜

（三）關鍵詞分析。植保無人機研究領域關鍵詞出現頻次由多到少依次是植保無人機、無人機、防治效果、植保機械、棉花、霧滴沉積、植保、水稻、棉蚜、作業參數等。從關鍵詞中心性可以分析得出，2015年之前，植保無人機的研究聚焦與無人機本身及在水稻上的應用，對其防治效果處于討論階段，因為此時植保無人機在我國處于起步階段，對國外進行技術模仿。2015年之后開始對防治效果進行細化，研究具體的滴霧沉積和作業參數等，研究內容也逐漸與國外研究相接軌。（表2）

表2 植保無人機研究主要關鍵詞一覽表

對所選文獻進行關鍵詞共現分析，關鍵詞頻次大于等于三，得到植保無人機關鍵詞共現圖譜，如圖3所示，在關鍵詞共現圖譜上節點有329個，連線有524條，節點大小代表關鍵詞出現的頻次，即字體越大，關鍵詞頻次越多。（圖3）

圖3 關鍵詞共現圖譜

1、植保無人機研究內容豐富。植保無人機作業類型豐富，因此要結合不同的農作物進行區別研究。在棉花上的運用和研究主要集中于可行性的論證和參數的優選。在水稻上的研究處于參數優選時期。如，對電動單旋翼和多旋翼植保無人機在水稻田的作業進行分析，以及高度和速度對植保無人機在稻田噴施作業的影響。以上研究顯示，對于相同作物使用無人機的研究，大多集中于不同器械的施藥對比，相同器械大多集中器械的參數優選或者是對藥劑和助劑等的用量篩選。

2、防治效果是植保無人機需要回答的關鍵問題。我國植保無人機產業在經過了野蠻生長之后，開始向更高品質的方向發展，對作業質量和防治效果也提出了更高要求。植保無人機噴灑容量低且需以一定高度飛行，這就使其藥液易飄移、易蒸發。同時，要配合專用航農藥液才能發揮最佳效果。除此之外，操作人員水平參差不齊也會影響防治效果。

3、植保無人機在水稻和棉花等作物上應用最為廣泛。中國土地遼闊，地形復雜，南方和北方，沿海和內陸各省份土地集中程度不同。全國以東北黑龍江、西北新疆和沿海省份江蘇飛防應用比例最高。黑龍江和江蘇等地普遍種植水稻，而新疆地區的棉花產量占我國棉花總產量的80%，此三地土地集中度很高，且多為平整地塊，這就給大型無人機作業提供便利，對相應作物的防治研究也就相應增多。

（四）關鍵詞聚類分析。對關鍵詞進行聚類分析，并以時間線視圖聚類進行展示。對聚類的標簽與內涵進行分析，將植保無人機研究分為三個方面：植保機械及操控的研究、航空植保產業的研究和航空專用藥劑及其系統的研究。（圖4）

圖4 植保無人機研究關鍵詞聚類圖譜

由圖4可知，植保機械及操控的研究包括聚類0（植保機械）、1（植保無人機）、4（單（多）旋翼）、6（模糊pid），從2012年開始出現，2014年后發文量快速增長。從2015年之后，中國的植保產業初具規模，國家也開始重視對這一行業的規范化與制度化管理。航空植保產業的研究包括聚類7（專業化統防統治）、11（航空植保），這一期間，植保無人機公司也開始出現頭部聚集。2016年，國內市場擁有大小規模的生產企業200多家，5年之后，多數已消失或轉型，且排名前兩位的企業已經占據了80%的市場份額。從2017年之后，航空專用藥劑及其系統的研究包括聚類5（噴霧助劑）、8（擴張狀態觀測器）、9（均勻性），植保無人機的性能已經能夠適應我國大部分地形和眾多農作物的植保作業，但是在專用藥物研發上仍然滯后。

三、我國植保無人機研究現狀

我國農業航空植保起步較早，但是直到2010年之后，我國農業航空才得到較快發展。之后隨著大疆和極飛等一批優秀的企業崛起和國家政策的支持，植保無人機產業步入發展快車道，相應研究隨之增多。然而，相較發達國家我國在無人機航空施藥技術和無人機航空施藥多技術融合與部件開發方面的研究還處于初級水平。我國科研機構也已開始逐漸重視這個問題，做出探索性研究，相關發文量逐步上升，但仍過多注重無人機控制及導航技術的研發，而施藥參數及技術規范研究較少。

四、存在的問題

（一）關鍵技術有待解決。我國植保無人機施藥技術還不成熟，主要技術問題包括藥液漂移、負載過小、航行時間短和飛控系等問題以及這些問題導致的漏噴、錯噴、重噴等現象。

（二）國家財政補貼不完善。植保無人機價格頗高，還需專業操作人員，相關標準也不完善，導致該產業對補貼依賴度較高，難以市場化發展。

（三）相關施藥技術規范和操控人員培訓較少。無人機施藥存在施藥效果不穩定和操控相對困難的問題，需要進一步思考如何降低機械的故障率和價格以及培養在操控技術和農業知識方面皆達標的操控人員。

（四）科研機構數量多而不強，且機構之間合作較少，研究相對分散。大多數機構以數據觀測為主，科研實力較弱。

五、我國植保無人機發展建議

綜上，我國植保無人機產業需要在以下方面進行提升：

（一）對科研機構進行整合，打破機構間地域限制，按照研究作物類型進行整合，農業數據觀測與技術設備研發要緊密結合。做到研發機構聚焦具體農作物，相同農作物的科研機構緊密合作，相同作物地區的不同農機站機構觀測數據互通有無，與相關科研機構及時交流反饋。

（二）國家財政補貼要因地施策、因作物施策。在無人機植保市場已經發展成熟的地區，如新疆、黑龍江和江蘇等地區，要逐步減少補貼，使其進行充分的市場化競爭。而對這些地區的飛防滲透率低的其他作物（如玉米、大豆）要針對性補貼，引導相關企業和科研機構在技術上進行針對性研發。

（三）政策補貼進行相應傾斜，引導鼓勵企業和機構對果樹植保進行研發。果樹作業利潤空間較大且技術更復雜，此舉不但可以引導企業在關鍵領域和核心技術上進行突破，果樹植保較高的利潤也能夠使得企業有資金投入后續研發，避免同質化競爭。

（四）鼓勵農藥生產企業在地方銷售網點組建植保作業隊伍。植保作業人員可以從本地文化程度較高的農戶中選。一是能夠帶動就業；二是能夠鼓勵藥企主動研發更適應于飛防的藥劑，藥企可以通過這種方式提升競爭力和提升用戶黏性。