基于農藥減施增效的農用無人機標準體系研究

溫少文 黃力 李江虹 宋祚錕

摘 要：近年來在政府、科研院所、企業積極探索下，農用無人機的技術發展迅速。我國成為全球主要的農用無人機生產基地，市場發展潛力大。本文分析農用無人機國際、國內標準化發展現狀，結合行業發展特點，提出農用無人機標準化體系構建，期望有助于農用無人機標準化工作的建設。

關鍵詞：農用無人機，標準體系，研究

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.02.009

1 引 言

我國是農業大國，農藥是生產重要的資料，據農業農村部統計2 010 -2 0 2 0年農藥施用量年均達166萬噸，年均農藥有效利用率僅有38%，每年浪費大量農藥。隨著農用無人機產業興起，改變傳統植保作業模式，其作業效率是人工的7～10倍，且受地形影響不大，即便在坡地上也可以實現自動化作業，有效緩解農村中青年勞動力短缺問題，提高農藥利用率，很大程度上減少了污染及危害，為農戶帶來更大的收益[1]。農用無人機普及應用充分發揮“科技+農業”的作用，運用先進高科技設備加快推進農業現代化的進程。2022年中央1號文提出“加快大馬力機械、丘陵山區和設施園藝小型機械、高端智能機械研發制造并納入國家重點研發計劃予以長期穩定支持”，可預見農用無人機是國家未來研究和發展的重點，具有廣闊發展前景。

2 農用無人機標準化發展現狀

2.1 農用無人機國際標準化發展現狀

從世界范圍來看，植保航空施藥技術最先發展于美國。得益于飛機的發明，在1918年美國將其應用于噴灑農藥殺滅棉花害蟲，開創了農業航空的歷史。在1949年研制出適用于大規模農田植保的固定翼農用飛機[2]。1985年，日本雅馬哈公司率先推出世界第一架主要用于農藥噴撒的農用無人機。經過多年的發展，國外現代化精準農業技術日趨成熟，建立配套標準規范體系、產品技術測試認證和商業化運作機制[3]。

2 015年，I S O成立了無人機系統分技術委員會（ISO/ TC 20/SC 16），負責制定ISO 21384無人機系統產品制造、運行和無人交通管理安全和質量系列標準。2019年12月發布的ISO 21384-3《無人飛機系統——第3部分：操作規程》是首個無人機系統國際標準。2022年9月，我國主導的國際標準ISO21895：2020《無人駕駛航空器分級分類要求》和ISO24356：2022《系留無人機系統通用要求》正式發布，顯現出我國綜合實力和國際競爭力逐步增強。

2017年9月，美國國家標準協會（ANSI）成立了無人機系統標準化協作組織（UASSC）。2018年12月UASSC發布《無人機系統標準化路線圖（1.0版）》，針對無人機標準化空缺部分，提出加強研制建議。2020年6月發布2.0版本，其中提出針對農業領域需要加強飛行員的能力和培訓，農藥應用板塊需要研制標準來解決無人機系統播撒農藥的應用問題，包括通信和自動識別、作業效果（噴施效果）、操作安全、環境保護、設備可靠性以及與國家航空空域整合，提升作業效果并解決藥劑漂移的問題。

2.2 農用無人機國內標準化發展現狀

2.2.1 農用無人機國家政策

憑借優良的作業表現與市場表現，農用無人機行業發展得到了政府的關注與支持。2017年3月，農業部首度提出將農用無人機納入農機補貼進行試點；同年9月，農業部、財政部、民航局三部門聯合發布了《關于開展農機購置補貼引導植保無人飛機規范應用試點工作的通知》（農辦機〔2017〕10號），以政策引導植保無人飛機的技術開發和規范應用，廣東省作為試點城市之一。2021年4月，《2021-2023年農機購置補貼實施指導意見》（農辦計財〔2021〕8號）正式印發，明確“全面開展植保無人駕駛航空器購置補貼工作”，對于補貼政策，國家仍在研究持續優化補貼兌付方式[4]。

2.2.2 農用無人機技術情況

農用無人機技術是支撐行業發展的關鍵要素。我國20 08年才研制出第一臺農用無人機，落后日本23年。雖然起步慢，但是近幾年來鉚足干勁、乘勢而上，大量企業涌入無人機市場，無人機產品數量及類別呈爆發式增長，保有量、作業量、駕駛員人數大規模上升。2018-2020年我國農用無人機呈爆發式增長，保有量從2018年的23，322臺增長至2020年70，779臺，增長率為203.5%。技術發展趨勢聚焦于實時圖像處理技術、變量噴施技術、多傳感器數據融合技術、差分定位（RTK）技術、多機協同技術、無人機噴施配套技術。為保障噴施有效應用，減少噴施霧滴的漂移與流失，相應無人機噴施配套技術具有較強的研究潛力，如：農用無人機噴嘴技術、作業參數、噴施藥劑、助劑等[5-6]。

2.2.3 農用無人機標準情況

國內農用無人機制定標準數量并不多，其各項基礎標準、技術標準和噴施作業等相關技術參數缺乏系統深入的研究，導致農用無人機標準嚴重落后于產品的研發。國標計劃《植保無人飛機》仍處于征求意見稿階段，尚未正式發布，涵蓋安全要求、設備技術要求、設備性能試驗方法、作業效果、故障分級等內容。NY/T 3213-2018《植保無人飛機質量評價技術規范》為目前唯一發布的農用無人機標準，涉及儀器設備性能測試，適用于農用無人機出廠檢驗。農用無人機由中國民用航空局管理，早期發布的《輕小無人機運行規定（試行）》現正在修訂，發布征求意見稿（編號：AC-91-FS-2019-31R）[7]，對植保無人機提出運行要求，人員、運營人的要求及噴灑注意事項。全國各地積極制定農用無人機地方標準，2020、2021年標準數量大幅增長。廣東省有大疆、極飛等多家龍頭生產企業，占據約80%的市場份額，但廣東省農用無人機地方標準制定仍是空白（如圖1所示）。

團體標準更符合農用無人機市場發展需要，2019年由中國農業機械化協會發布9項植保無人機團體標準，由華南農業大學、極飛等多家專業研究機構與業內領軍企業完成。標準內容涵蓋術語、分類與型號編制規則、安全操作規程、農藥使用規范、作業質量、云系統接口數據規范、電磁兼容性試驗方法、駕駛員培訓要求、運營人要求。填補業內植保無人機作業的質量要求、檢測方法及檢測規則的空白，同時對運營、培訓做出了詳細規定，讓農用無人機行業有據可依、有章可循。

3 農用無人機標準體系構建

現階段沒有發布專門針對農用無人機的標準體系。2021年國標委、工信部、自然資源部、農業部、能源局、民航局等六部委聯合發布了《無人駕駛航空器系統標準體系建設指南（2021年版）》[8]，其明確了無人駕駛航空器系統標準體系框架，框架涉及范疇廣，涵蓋農業、電力、警用、測繪、應急救援、物流等領域。農業作業對象、設備及重點關注內容與其他領域有所不同，因此確實需要依據農用無人機實際和未來標準化需求，構建實用性強的標準體系。

本體系以《無人駕駛航空器系統標準體系建設指南（2021年版）》為基礎，保留其基礎標準、管理標準和輕微小型無人駕駛器內容，刪減大中型無人機駕駛器相關內容。參照美國發布標準化路線圖提及的農業標準化重點，以減少農藥用量、提升農藥防效為目標，進一步細化其農業應用標準分支。構建以基礎標準、技術標準、作業標準、管理標準四大基本要素組成的基于減施增效的農用無人機標準體系框架[9-10]（如圖2所示）。體系主要內容如下。

（1）基礎標準。主要包括術語定義、分類分級、編碼標識、身份識別和安全標準6個部分。包括農用無人機常用術語及定義、分類及分級要求、標識代碼的編制原則及方法、分級分類和風險警示等標識、身份識別要求、安全性要求、安全性設計分析準則、安全性評價方法等標準。

（2）技術標準。主要有產品標準、子系統標準和技術融合標準3個部分。包括農用無人機產品的設計規范、性能要求、維護保養、測評標準、飛行控制系統標準、數據傳輸鏈路標準、能源動力系統標準、地面站系統標準、航攝系統標準、噴灑系統標準、智能技術。

（3）作業標準。主要有作業規范和作業效果評價兩個部分。包括作業飛行藥劑要求、作業檔案記錄標準、農藥噴灑作物作業規范、噴灑質量評估標準、藥效評估標準。

（4）管理標準。主要有研發管理、制造管理、認證/適航管理、流通管理、運行管理及服務管理6個部分。包括研發需求管理、規劃管理、制造生產過程項目管理、技術管理、產品管理、基于分類分級標準對適航取證和產品認證進行分類規定、市場銷售備案管理、操作人員的培訓認證和安全運行、服務組織要求和服務質量與評價管理。

農用無人機標準體系構建著重前瞻性、科學性、協調性有機結合。標準體系的建立不僅要著眼于當前發展狀態，更要有前瞻性，要根據產業發展和自主創新的需要，做好充分調研，保證標準體系結構科學合理，涉及領域完整，重點突出，功能協調，與國家發展的目標相適應。依據行業發展動態，持續更新完善，扎實構建滿足農用無人機發展需求、先進適用的標準體系。

4 結 語

隨著國家發展，農業達到了前所未有的高度，二十大提出中國要強，農業必須強。農用無人機快速發展，提升農業機械化水平，提高農藥有效利用率，夯實農業基礎。標準化搭建科研、生產、使用三者之間的橋梁，使農用無人機的新技術和新科研成果得到推廣應用，從而促進技術進步。農用無人機標準體系的實施是一項系統而長遠工程，涉及面廣，靠單個部門和單位難以完成，需要政府支持和引導、社會各界力量共同參與產業標準化發展，推動農用無人機及相關行業科技創新和產業升級，助力鄉村振興。

參考文獻

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