我国无人植保飞机发展和亟需解决的几个问题

颜 军，李妍芬

（长沙市农业机械研究所，湖南 长沙 410128）

随着党的“十九大”胜利召开，农村土地承包期限再延长，农业生产迎来了又一轮发展热潮。土地确权带来了新的农业投资机遇。各种基础设施，生产设备出现井喷势发展。我国的农业生产机械化发展迅猛，耕、种、收的综合机械化率普遍达到70%以上，但机械植保仍是薄弱环节。近年来，我国无人植保飞机迅速发展，较好地破解了这个关键难题。

1 植保无人机作业的特点

1.1 作业适应性广

首先，植保无人机可垂直起降，不受地形限制，能在地面装备难以进入的区域之内作业，可很好地解决地面机具难以进入山地、梯田、水田、湿地、密林等地作业的难题。尤其是遇到严重内涝季节，当地面机械无法进入作业时可发挥奇效；同时，作业时不受作物长势的限制。当作物生长至封行后行垄不清晰，特别是对于玉米等高杆作物也能实现高效率作业。因玉米大喇叭口期高度一般都在1.2m以上；水稻制种生产中父本可高达1.8m以上，人工作业难以全面实现覆盖，但通过高空作业可轻松实现。其次，与地面装备田间作业相比，不会留下辙印和损坏农作物，破坏土壤物理结构，影响作物后期生长；最后，能在人居与农田混杂区域作业。

1.2 作业效率高

无人机在超低空作业时，飞行速度为3～6m/s，喷幅可达5～9m，除去续航加药时间，每小时作业面积可达5～8hm2，其效率远远高于人工水平。

1.3 作业质量好

无人机旋翼产生的下降气流吹动叶片，可提高作物下部及叶片背面药液附着率，防治效果相比人工与传统施药机械可提高15%～35%，应对突发、爆发性病虫害的防控效果好。无人机作业，药液雾化，其雾滴更小，更易附着在作物的叶片上。根据农业部南京农业机械化研究所进行的“航空植保药液沉积率试验”，水稻下部附着率为上部附着率的53.2%;叶背附着率是叶面附着率的47.8%。根据“水稻分蘖期田间防效试验”结果显示植保无人机作业对纵卷叶螟和稻飞虱的防治效果明显高于常规防治。

1.4 作业成本低

无人机采用低量喷雾，用药量400～1000ml/亩，一般来说，可节水90%，节药15%～30%，大大降低了成本。据统计：采用25kg有效载荷的单旋翼油动力无人机进行喷施作业的年度收益是使用机动喷雾机的33倍，是人工手动喷雾的133倍；采用15kg有效载荷的单旋翼电动无人机进行喷施作业的年度收益则分别是机动喷雾机的25倍和人工手动喷雾的93倍。

1.5 应付突发灾害的能力强

针对连片大面积农田病虫害防治、大面积卫生防疫消杀等突发性灾害的防治，能迅速、有效地应对。

1.6 实现人、药分离，减少人员伤害

无人机在喷药的作业过程中，可让操作手和农药保持一定的距离，减少对人员的危害。

2 我国植保无人机的现状

2.1 农用无人机的应用领域

农用无人机主要应用于低空农情信息遥感获取、农业航空植保及作物制种辅助授粉等，目前应用得最多，也是最主要的是“农业航空植保”。

2.2 无人机植保的发展特点

第一起步晚。首先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；第二发展快。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；第三应用广。虽然我国的农用无人机技术起步较晚，但近年来随着科技力量的不断投入，我国农用植保无人机的研究也步入了新的发展阶段，机型越来越多，应用范围越来越广，技术研究越来越深入，推广速度也越来越快。目前已可应用于植保作业、林业监测、作物授粉、牧群定位等多个方面。

2.3 植保无人机的类型

农用无人机按照动力系统的不同可分为:燃油动力和电池动力两类。燃油动力系统无人机以燃油发动机为动力、机身大、灵活性相对较差，需要一定的起降时间，且维护较为复杂，但单次飞行时间可超过1h；以电力为动力的无人机起降迅速，并具有操作灵活的优点，但单次飞行时间一般只有10～15min。

农用无人机按旋翼的不同可分为固定翼式、单旋翼式及多旋翼式。固定翼无人机由机翼产生升力，机翼位置和掠角等参数在飞行过程中保持不变；单旋翼无人机由主桨切割空气产生推力，尾桨保证平衡，可垂直起降和稳定地悬停；多旋翼无人机以3个或者偶数个对称非共轴螺旋桨产生推力上升，以各个螺旋桨转速改变带来的飞行平面倾斜实现前进、后退和左右运动，以螺旋桨转速次序变化实现自转垂直起飞降落，场地限制小，可在空中稳定地悬停。

2014～2015年，一大批新型农业航空企业迅速诞生，植保无人飞机正式进入农业生产。植保无人机机型数约233个，其中单旋翼机型64个，约占27.5%，多旋翼机型168个，约占72.1%，固定翼机型1个，约占0.4%；油动力约占19.7%，电池动力约占80.3%。上述数据表明，当前中国植保无人机以电池为动力的多旋翼机型为主。同时由于多旋翼无人机相对于单旋翼无人机和固定翼无人机具有机械结构简单、操作简易以及对起飞地点要求不高等特点，预计未来几年内，中国植保无人机仍将以多旋翼电动无人机为主。无人植保机开始纳入国家农机补贴试点，服务作业量剧增，大量银行、保险、风险投资开始涌入植保无人飞机市场。2016年，我国载荷5升以上的农用无人机保有量已达4869台，超过日本位居世界第一；植保作业面积从2013年的不足10万亩（1亩=667m2,下同）增长至2015年的1016万亩；农用无人机生产企业从2010年的不足10家增至2016年的260余家，无人机农业领域应用产值达5亿元。农用无人机产品覆盖单旋翼、多旋翼、油动、电动等品种，已形成具有中国特色的新兴高新技术产业，具备了一定的国际影响力。

3 我国植保无人机目前需要攻克的政策和技术难点

3.1 我国对植保无人机管理及政策不明确

虽然相关农业部门出台了国家和地方标准，但植保无人机同时也属于航空器，国家在低空领域的管理仍然属于航空管理部门，无人机黑飞现象仍不时被报道。

3.2 缺乏高稳定性农用无人机作业平台

目前我国的植保无人机普遍存在“心脏病”问题。油动植保无人机主要采用风冷机，有效寿命500小时，电动植保无人机一次作业时间10～15min。由于植保作业时特殊的高温、高湿环境特点，油机易出现散热不好导致拉缸的现象，电池也容易出现鼓泡。

3.3 无人机自主飞行控制系统的选择与优化

在坡度飞行、自动避障、自动路径规划、仿地飞行等方面仍需提高。

3.4 国内生产企业过多，质量参差不齐

由于植保无人机发展迅速，生产企业一哄而上，质量良莠不齐，不少企业缺乏核心技术，只重销售，在技术研发、机手培训等方面跟不上。

3.5 农业航空喷施主要剂型的筛选与评价

目前我国的植保无人机主要采用的是80～150目的喷头，药剂在喷洒过程中易蒸发，形成局部药害，且使用的一般为高浓缩药 ，为应对这种情况，在作业时需添加抗蒸发剂，缺乏 用于航空植保的专用药剂。