植保无人机应用的发展现状与建议

武汉市农机化技术推广指导中心 宋承琦 熊珺 李万里

植保无人机应用的发展现状与建议

武汉市农机化技术推广指导中心 宋承琦 熊珺 李万里

植保无人机指用于农业植物保护作业的无人驾驶飞机，由飞行平台、飞行导航与控制系统、喷洒系统及操控人员共同组成，通过地面遥控或飞行控制系统，实现低空低量飞行喷洒植保作业。

近年来，我国主要农作物植保机械化防治技术得到了较快发展，但对于水稻、油菜、玉米等高秆作物，受种植模式和作物生长特性影响，普通地面机械难以达到后期植保防治要求。同时，随着城镇化不断推进，大量农村劳动力转移到第二、第三产业，农业劳动力日益短缺，发展和推广高效率植保机械进行专业化统防统治工作势在必行。相较传统植保机械，无人机的喷防效率超高，不受地形环境、作物高度影响，广泛适用于大面积农作物的植保喷防，成为现代农业专业化防治的重要力量。

1 植保无人机发展现状

1.1 国内外植保无人机发展情况

植保无人机按动力模式分为油动机与电动机，按旋翼数量分为单旋翼与多旋翼。20世纪50年代以来，为农业植保设计的专用和多用途农业飞机、农业直升机相继出现，1987年日本Yamaha公司生产出世界上第一台农用植保无人机R-50。经过数十年的发展，当前利用航空设备进行田间管理作业的世界平均水平已经超过17%，美国、日本的农用航空作业占耕地面积比例已经达到50%以上。

国内农用植保无人机研发始于2005年，2010年国内研制成功第一架油动植保无人机并开展田间试验，随着科技进步和量产化带来的成本下降，自2015年起我国植保无人机进入高速发展期。2015年前无人机植保作业大部分为辅助作业模式，需要3人或3人以上参与观测、操控及更换喷洒用药，2016年植保无人机发展出自主作业模式，即采用RTK精准定位结合飞控系统测绘田块，智能规划航线，一键起降及返航的自动喷洒作业模式，距离真正的无人化越来越近。截至2016年，我国无人机生产企业已超过400家，植保无人机拥有量超过 6 000台，年植保作业面积约 4 000万亩（1hm2=15亩）次，按全国现有耕地面积20.25亿亩计算，所占比例不足2%，发展空间极为广阔。

1.2 湖北省内植保无人机发展情况

近几年来，随着农业对高效化、智能化服务要求越来越高，农用植保无人机以其技术优势迅速在湖北省各地得到推广。据湖北省植保总站统计，至2016年全省专业化防治服务组织数量达到2 940个，植保无人机拥有量突破1 000台，并呈现出集中趋势：一是分布地域集中。植保无人机拥有量与当地农业自然条件、规模化经营程度及机械化发展水平密切相关，目前全省植保无人机90%集中在武汉、荆州、襄阳、孝感、荆门等地区；二是种类集中。多旋翼机电动植保无人机因体积小、重量轻、价格适中、易于操控、安全性好等优点，占全省植保无人机总数95%以上；三是购买对象集中。全省植保无人机购买对象绝大多数为农业（农机）专业合作社或者植保专业服务组织，占据总数的90%左右。同时大部分农用植保无人机购置依靠政策推动，享受到了地方政府的农业、科技等不同部门的相关项目补贴。2013年以来，湖北省病虫害专业化防治服务面积逐年上升，至2016年全省主要粮食作物专业化防治面积逾9 800万亩次，其中飞防面积约200万亩次。

湖北省内多家大型病虫害专业防治组织公司总部均设在武汉，如湖北卓沃信息科技有限公司、湖北天惠标普云农业科技有限公司、湖北明蓝科技有限公司等，拥有的产品涵盖了大疆、极飞、洛克希德、安阳全丰等诸多知名品牌，武汉市植保无人机保有量约为500台，但大部分由大型植保专业防治组织集中于荆州、襄阳及荆门等地开展飞防作业，仅有少量植保无人机在武汉本地作业。2016年武汉市农机化技术推广指导中心与植保无人机生产企业通过项目合作，开展植保无人机水稻病虫害防治试验、示范及推广，当年全市植保无人机飞防作业面积近10万亩，为农民节省人工、农药成本300多万元，防治效果明显，预计未来利用无人机防治作物病虫害将在全市逐步普及。

2 无人机在植保应用上的优势

2.1 符合绿色发展理念

党的十八届五中全会提出要着力构建绿色循环低碳发展的产业体系，强调绿色发展理念。2015年农业部出台《关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》，要求到2020年农业面源污染加剧的趋势得到有效遏制，实现“一控两减”，即严格控制农业用水总量，实现主要农作物的化肥、农药的施用总量下降。无人机植保采用的超低容量喷雾喷洒技术，能够提高靶标作物上药液沉积和减少农药流失，实现精准、减量施药，对比传统植保施药方式可省药30%、省水90%，有效减少对环境和农作物的污染，充分发挥农业机械化技术及装备在推进农业绿色发展中的主要作用。

2.2 作业效率高

智能植保无人机结合RTK定位系统，实地采集作业范围和障碍物定位数据，进行田块测绘后自动生成航线，可自动规避田间障碍，不受地形环境和作物高度影响。电动多旋翼植保无人机载重可达5～15 kg，油动单旋翼载重可达10～20 kg，作业喷幅可达5～8 m，作业飞行速度4～10 m/s，每天作业量可达300～500亩，作业效率是人工喷药的30倍、普通植保机械的8倍，在高秆作物和爆发性病虫害防治效率上有突出的优势。

2.3 防治效果好

智能植保无人机喷洒系统配合压力传感器与流量传感器，可精确完成超细雾滴、极低用量的超低容量喷洒。飞行时形成的下压风场，能将超细雾状的农药喷洒到农作物的茎叶背面，将农药雾滴均匀散落于植株各个部位，对作物从上到下进行穿透，完成普通地面机械无法达成的作业效果。根据对比试验，植保无人机对稻飞虱虫害的防治效果比电动喷雾器提高17.3%，对水稻纹枯病的防治效果比电动喷雾器提高9.07%（见《稻飞虱防治效果情况表》及《水稻纹枯病防治效果情况表》）。

稻飞虱防治效果情况表

水稻纹枯病防治效果情况表

2.4 安全性较好

无人机进行植保作业时，操作人员通过远距离遥控或设置自动巡航作业，实现了人机、人药分离，有效避免了农药对人体的直接伤害，安全性高于人工喷药和普通地面机械植保作业。

2.5 创新产业格局

智能无人机将产品的功能重心从机械部件转向软件和传感器，通过移动互联网、大数据、云计算的融合，将无人机、使用者、生产企业与农业部门紧密联系在一起。通过分析植保大数据，可以了解各种农药对作物、病虫害的实际效果，为植保专业服务组织提供技术解决方案和市场需求信息，为农药生产企业的产品研发和生产计划提供依据；可以准确掌握无人机植保的动态、方位、历史作业面积、农药的流向与使用量，实现农药流向可追溯系统、环境污染控制、农机管理调度等，为农业管理部门提供决策依据。

“互联网+无人植保机大数据”重构了智能无人机、植保专业化服务组织、农药生产企业等上下游产业链资源，农田管家、农飞客等作业服务平台纷纷涌现，“平台+技术方案+终端+服务+网络信息”的全新商业运行模式，颠覆了传统的经营手段和盈利模式，创造了新的生态产业格局。

3 当前面临的问题

3.1 标准体系不完善

目前植保无人机行业并无明确的行业标准，包括无人机产品的技术、性能标准和植保作业标准。缺乏相关标准和管理机制，导致植保无人机生产企业众多、产品质量参差不齐，购机者权益及植保作业效果也得不到保证，限制了植保无人机的发展。

3.2 飞防专用制剂研发仍是短板

植保无人机采用超低容量喷雾，首选农药剂型为油剂。但至2017年，我国登记的油剂仅有14个，市场主流农药剂型多为可湿性粉剂、悬浮剂、分散粒剂等，适用于传统人工喷雾机械，并不适用于植保无人机的精密喷雾作业系统，容易影响作业质量，提高植保无人机故障率。

3.3 机具价格较高

目前油动单旋翼植保无人机价格普遍超过10万，电动多旋翼植保无人机价格一般在5～8万元，是普通机动喷雾器价格的数十倍以上，农业种植大户和植保专业化服务组织较难承受，推广应用受到很大的限制。

3.4 缺乏专业培训

智能无人机技术集成度高，操作和维护保养远较一般农机产品复杂，需要操作人员能够熟练掌握无人机的调试、维护、操控等多种基础能力，同时还要了解针对不同作物、不同病虫害的施药技术方案及国家相关法律法规。而当前购机者多是简单练习遥控操作后即开始植保作业，缺乏系统的专业培训。

4 意见和建议

4.1 加快标准制定

政府相关部门要加强中国农业航空技术标准和规范的制定，尽快组织专家制定农用植保无人机安全与技术标准、试验检测方法及施药作业操作规范，制定产业发展规划，尽早出台和完善行业服务制度，建立市场准入制度，实现政府对航空植保产业技术产品质量和作业安全的有效监管，统筹推动农业航空植保产业健康有序发展。

4.2 加快飞防专用制剂研发

科研院所、无人机生产企业与农药生产企业应建立广泛的合作机制，研究在航空施药条件下，农药雾滴沉降、黏附、铺展规律，加快研发飞防专用超低容量喷雾制剂，筛选易于沉积、润湿、铺展、渗透和吸收的飞防制剂，保证植保无人机的作业效果。

4.3 加大政策扶持力度

农业（农机）主管部门应将农用植保无人机纳入农机购置补贴等惠农政策范围，降低农业植保无人机购机成本，调动种植大户、农业合作社及植保专业化服务组织的购机积极性，加快无人机植保技术推广应用。

4.4 开展系统专业培训

农业管理部门和相关生产企业要充分利用各类培训资源，对植保无人机操作人员开展集中培训，加强施药技术知识及相关法律法规的学习，提高其作业技能和科学管理水平，培养农用植保无人机技术人才，完善农用植保无人飞机配套服务，提高无人机的使用效率。

2017-11-10)