高原植保无人机的需求分析与研究

景占成

青海炫飞电子科技有限公司

高原植保无人机的需求分析与研究

景占成

青海炫飞电子科技有限公司

近几年来，农作物病虫害机械化防治和突发性大面积病虫害防控引起了国家主管部门的高度重视。在低空施药技术及规范和无人机平台技术等方面取得了长足的发展，并且取得了许多重大成果，无人机示范与宣传，促进了无人机施药技术与服务体系不断发展与完善，科研力量与科研平台不断加强

无人机；机械化防治

一、国内市场现状与需求分析

多年来，我国农业及植保专家展开了大量对无人机植保技术的深入研究。2010年第一架商用的植保无人机交付市场，正式掀启了中国植保无人机产业化的序幕。2013年，全国性的无人机植保展示、表演更是方兴未艾，但营利性的飞防组织还比较少。农用无人机的生产和加工大都从航模生产加工企业发展而来，具备一定的自主研发能力，但技术保障有待提高。目前进入微小型农用无人机领域的企业约10余家，常见机型10余种。实际上，真正能大规模用于农业农林植保的只有3-5家。据不完全统计，截至2015年底，我国投入使用的农用无人机已超过750台，飞控手人数达1100多人，大部分集中在种植大户及小型农场中。虽然我国农用无人机的总量依然很低，实际应用面积依然很少，但由于其在施肥、施药、授粉等方面的巨大优势，发展前景广阔。

预计我国农林植保无人机将进入快速增长，市场空间超过千亿。我国耕地森林幅员辽阔，仅以土地流转的5.9亿亩来计算，单凭一项农药喷洒业务，如果每年喷洒5次，每亩作业10元钱，每年将贡献超过300亿元的作业收入，而按照我国18亿亩耕地红线测算，我国农林植保无人机作业市场空间超过千亿。

二、青海及周边市场现状与需求分析

根据我们的团队走访了解，在青海及周边地区，目前本地植保无人机市场还是一片空白，有待开发。青海主要以山地为主，土地耕种面积主要集中在海东地区与海西、海北和海南等地广大草原和部分森林。农业生产主要以小麦、青稞、土豆和菜籽为主，适合本项目研发的高原植保无人机飞防作业。

目前国家正大力发展农业信息农业，科技农业，并对土地集约化，土地流转行为释放了更多利好信号。我国为了快捷、规范地土地流转而出台了一系列相关法律法规，也为大面积飞防作业提供了更广阔的空间。

三、研究目标

总体目标：本项目根据国家对经济和社会发展规划中对主要农作物病虫害专业化统防统治，加快推进农业机械化需求，围绕粮食生产中对高效施药机械产品的重大需求，针对我国目前施药技术落后、农药有效利用率低、施药效率低、劳动量消耗巨大、高效施药机械缺乏等关键问题，开展农业电动无人机施药技术装备与应用的研究，突破高效低污染安全航空施药技术、高效稳定的施药搭载平台技术、 施药作业过程自动控制技术、精准施药技术等核心技术，切实提高农药的有效利用率、减少农药使用量，解放劳动力，降低农业生态环境污染，实现施药的精量化、机械化、自动化和安全化。

四、项目主要研究内容

1、突破无人驾驶电动农用无人机平台技术

依据航空施药作业要求无人机低空、低速、平稳飞行，加之作业周期内使用频繁，操作人员素质参差不齐，还需要解决无人机耐用性、操作简易性及经济性的问题。本项目针对目前我国的无人机平台，从低空稳定性控制、傻瓜化操控、机体动力系统改造、发动机增寿等方面进行无人机平台的农业适应性研究改造，使之能够更好的应用于农业植保。无人机超低空飞行，首先，由于地面反弹气流的存在，使得旋翼下方气流混乱，气压高度计数值波动剧烈，目前我国的无人机平台，多数存在低空控制盲区;其次，GPS卫星定位信号也会随着地面温度、云层变化、气流流动等因素产生整体漂移。本项目根据高原气候特点拟以消减地面效应影响，增加低空定位精度为研究目标，对目前我国的无人机平台做进 一步的研究改造。

2、完成无人驾驶电动农用无人机平台与施药装备

根据农用电动无人机航空施药方式与方法，重点研究施药过程全程自动控制技术，针对我国的无人机平台，研究设计开发新型的精准施药系统与GPS导航系统，实现喷洒精确对接、定点施药、自动导航、高效自主作业，避免施药过程中重喷漏喷现象，解决施药操控问题。

研究开发新型施药控制系统，使用嵌入式系统技术，完成变量控制、无线电通讯、信号处理、功率分配等模块化设计，实现施药装备远程变量控制与工作参数遥测反馈等功能。

3、完成无人驾驶电动农用直无人机平台，无人机控制系统的高度与速度误差小于5%，具备自动驾驶与傻瓜式操控功能；

我国的无人机平台标准的遥控器上，装有2摇杆、4微调以及其他10余个按钮，操作人员需要从总距、横滚、俯仰、航向8方向控制姿态调整，人工培训仅无人机操作上就需要经历软件模拟—航模练习—真机操控3个阶段，培训周期历时3个月，另一方面，我国飞机农业作业人员素质参差不齐，无法在短时间内达到专业人员水平。因此，本项目针对以上情况，结合无人机的飞行控制系统与操控界面，研究控制策略与算法改进，开发新型遥控装备，实现无人机平台的傻瓜化操作，大幅降低操作难度，缩短人员培训时间，提高无人机田间作业的灵活性和工作效率。

4、新型航空施药药剂研究

实验证明，使用普通药液于5m高度喷施，在旋翼气流与外部环境因素综合影响下，10%-20%的药剂在空中蒸发弥漫在空气中，严重影响施药效果，污染生态环境。本项目拟开展农药药剂成分、剂型、添加剂等方面研究，开发多种适用于航空喷洒的超低量农药剂型。

五、技术指标

通过开展低空低量施药技术、航空施药飘移控制技术、飘移检测及安全评估研究，创制农业电动无人机施药技术装备，建立农业航空施药技术服务体系。为农作物、低灌木、乔木、草地病虫防治提供技术支持，提高国家对突发性大面积病虫害防治水平，保障国家农业安全。通过项目的实施，填补国内高原地区航空静电喷雾技术及装备的缺陷，降低农药使用量，提高病虫害防治水平，减少对环境的污染；通过航空喷嘴模型、飘移预测模型、航空喷洒质量评估研究，形成我国自主航空施药研究体系，探索适合我国国情的航空施药技术服务体系，服务于我国农业现代化。