黑龍江省農用植保無人機工程技術研究可行性分析

傅東興

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

近年來，無人機技術發展迅速，在各行各業應用廣泛，在軍工、航拍等領域的應用已日趨成熟。農用無人機經過近幾年的探索，作業優勢越來越明顯，在黑龍江省農業上的應用取得了良好效果。利用無人機進行植保作業解決了噴藥人員短缺、噴藥人員中毒等問題，更重要的是由于農藥用量少、利用率高，減少了農藥殘留，提高了作物品質。傳統植保方式因農藥不規范使用也會造成土壤和地下水污染。農用植保無人機根據不同時期作物的生長特點，一般在作物上方1～3 m高度飛行，霧化噴灑，農藥噴灑均勻，大部分滯留于葉片的正反兩面。相對于傳統噴施方法，對土壤污染較小，提高農藥利用率，降低農藥使用量，效率高，而且沒有機械帶來的作物踐踏損傷。農用無人機植保作業開發潛力較大，伴隨著相關技術進步以及相應配套政策機制的完善，將會得到越來越多人的認可，必然受到廣大農戶的歡迎。另外，在作物的某個特殊時期，比如玉米出蓼時，如果發生病蟲害，由于此時玉米株高已經很高，現代密植株距又很窄，大型機械無法作業，人工噴灑容易中毒，大型有人機直升機飛行高度太高，噴藥效果差，此時，只能用無人機來進行噴灑作業。在水田中的應用，也大大降低了勞動強度，提高了作業效率。因此，無人機在農業上的應用具有一定的發展前景[1]。

1 研究現狀及存在的問題

主要體現在植保無人機的研究隊伍中，缺乏具有農業背景的專業人才，所以農用植保無人機的研發與實際應用脫節。而無人機農用存在其復雜性，土地、作物種類、農藥特性的不同，對無人機的軟件要求、硬件配套、程序設計都各不相同。由于無人機噴灑霧化程度高，農藥利用率高，所以噴灑量與傳統方式也有不同，這需要研究制定出一整套噴施作業標準，針對不同作物、不同藥品、不同噴灑時間，以及無人機電池的蓄航時間、農藥噴灑速率、飛行速度、飛行高度、噴藥寬度應該有標準化的操作程序，這些需要既懂無人機，又要懂農藥噴施，更要懂農業機械的專業人員來完成[2]。目前，農用植保無人機主要應用在農藥噴灑上，事實上，病蟲害監測、森林防火、產量預估等領域都可以應用無人機來完成。

通過調研得知，植保無人機產品本身的弱點包括電池蓄航能力差、整機載重有限、操作難度較高、配件易損且比較昂貴等多方面的問題。因此，開展農用植保無人機工程技術研究是為了站在無人機技術的前沿，研發出性能優異的無人機產品，淘汰傳統噴灑工具，推進主要農作物生產全程機械化作業，更好地服務廣大農戶，為農業的發展服務，對黑龍江省農業的現代化發展具有重要的意義。

2 農用植保無人機工程技術研究的必要性

目前，全國無人機廠家共有300余家，黑龍江市場上的無人機產品多為南方廠家的產品，黑龍江省自主研發產品的企業不足5家。制約無人機在農業領域應用發展的主要因素有以下幾方面：一是價格，無人機產品及配件價格普遍偏高，限制了無人機在黑龍江省農業領域的應用；二是目前的無人機產品從結構合理性、性能穩定性、操作簡便性、使用方便性上都不盡人意，不能稱其為成熟的商品，還需要大量測試與改進；三是作業標準缺失，噴施無標準可依，現有無人機廠家大多為非農業企業，對農業生產并不十分了解，無人機噴施作業不同于人工或是其他作業機械，必須依據不同農作物的生長特點加強相關作業標準的研究制定，才能使無人機發揮更大更好的作用，從而，推動無人機在農業領域的應用發展。

目前，無人機發展迅猛，在軍事、電力巡視、環保監測、航拍等方面得到了廣泛應用，有些領域的應用甚至已趨于成熟，在農業上的應用尚處于剛剛起步的階段，具有很大的發展空間，相關的應用研究也缺失嚴重[3]。加強黑龍江省農用無人機產品應用領域研究，進一步優化配置、優化結構，使其更適應黑龍江省農業生產實際要求，讓高大上的無人機成為實實在在的農業植保機械，降低使用及維修成本，讓廣大農民會用、敢用。

國內農用無人機并沒有形成嚴謹的科研體系，也并沒有類似的系統性的課題研究，農用無人機生產標準依據不夠合理，產品標準鑒定依據不充分，也沒有較為科學的質量鑒定標準，農用植保無人機的發展還有很大的提升空間，要研究解決的問題也很多。由于現有的農用植保無人機生產廠家多為非涉農企業，對農業生產過程不甚了解，導致農用植保無人機產品并不能很好地適應農作物植保技術要求[4]。另外由于農用植保無人機在我國首先發展于南方省市，與北方地區生產環境不相適應。黑龍江省現有大型農機合作社、水稻合作社、玉米合作社等各類農業專業合作社幾千家，土地集中連片，規模較大，而且隨著土地確權的深入，耕地流轉集中連片將“愈演愈烈”，農用植保無人機需求量會大大增加。大型有人機由于飛行高度過高，農藥飄灑浪費極大，對村莊、人畜、河流、山川污染極為嚴重，是現代化手段的“粗放式噴灑”，農藥有效利用率僅為30%，與農業農村部提出的“農藥化肥零增長”背道而馳，小型農用植保無人機很難適應黑龍江“大農業”植保飛防任務。因此,大載重、長航時、低下壓、固定翼無人飛行器，載重量介于大型有人機與無人機之間，將很好適應黑龍江農業植保需求，具有一定的市場需求。

目前制約農用無人機載重量大小的因素有電池蓄航能力、電池容重比等，隨著石墨硒技術的應用開發，電池蓄航能力與容重比將有顯著提高，特別是氫燃料電池技術的逐步成熟，為開展“大載重長航時低下壓無人飛行器的研究”提供了更多動力技術選擇。國內農用無人機以多旋翼、單旋翼無人機為主，固定翼無人機較少用于農業植保，究其原因，是固定翼無人機起飛著陸需要固定的跑道或輔助彈射器，制約了其在農業植保上的應用，但固定翼無人機有著長航時、載重大、效率高等多旋翼、單旋翼無法比擬的優點。

農用植保無人機工程技術研究是一項系統性研究工程，要提高黑龍江省整體科研水平和人才培養質量，加大研發隊伍建設。需要組合農業機械設計、材料科學、農業植保、自動控制等多學科專業技術人員進行系統性研發工作。加強與無人機開發領域全國知名大學、科研機構建立戰略聯盟,積極推動以農用植保無人機工程技術研究為依托，以優秀學術帶頭人為核心，以重大項目為牽引、凝聚學術隊伍的人才組織模式，培養和匯聚具有國內領先水平的學術帶頭人、具有創新能力和發展潛力的青年學術骨干，逐漸形成農用植保無人機開發技術研究領域國內一流的學術團隊。

3 效益分析

黑龍江省是農業大省，農用耕地總量有1 593萬hm2，占全國耕地面積總數的10%，農用植保無人機的市場需求量很大。市場調研得知：截止到2020年黑龍江省農用植保無人機的市場保有量就已經超過了10 000架，而且最近幾年每年都在以2 000架次的數量迅猛增長。因此，農用植保無人機的研究經濟效益和社會效益將非常巨大。

目前，農作物種植還是以農民自己管理為主，監管難度很大，農藥濫用情況嚴重，高毒、高殘留農藥局面很難有效控制，植保無人機的出現，會使統防統治成為可能，嚴格控制農藥噴施種類和藥量，保證國家的食品安全具有特別重要的意義。

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