植保无人机的推广现状

张长坤 刘豪睿 张 琦

(德州学院能源与机械学院，山东 德州 253023)

1 植保无人机推广的意义

在我国农业生产管理的过程中，土地翻耕、播种、收获等环节都已经实现机械化，但农作物病虫害防治机械化水平还很低，大多数仍采取传统的人工背负式作业方式。传统的人工背负式作业方式，工人的劳动强度大，作业效率低，喷药不均匀，发生农药中毒的情况很多。自走式喷药机械近几年得到一定推广应用，作业效率要比人工背负式喷药机械提高很多，但它不适合长势密集、高杆作物中后期的农药喷洒。

我国作为一个拥有1.3亿hm2主要农业用地的农业大国，每年需要大量的农业植保作业。据统计，每年由于植保作业不到位浪费的农作物占总种植面积的1/10。每年由于农药喷洒而中毒的人数约有10万人，死亡率约为 20%。使用植保无人机喷洒农药，工作高度低，无需特殊起飞地，操作简单。远程操作可以绝对保证不会再有人因为喷洒农药而受到伤害。而且，植保无人机作业可以大量减少农药的浪费，有效节省水资源，显著降低资源成本，可广泛应用于农作物病虫害防治。植保无人机具有作业效率高、作业质量好、适应性广、安全性强等优势，更加适合我国的土地国情。

2 国内外植保无人机发展现状分析

2.1 国外植保无人飞机的发展现状

美国是使用植保无人机最早的国家，早在 1949年美国就着手研制应用于农林方向的农用飞机。植保无人机技术最成熟，无人机作业面积占总耕地面积的60%。日本也是将无人机应用于农业病虫害防治比较早的国家。日本由于其耕地较为分散，且山地较多，农业劳动力严重短缺，为植保无人机快速发展提供了先天条件，植保无人机发展迅猛。目前日本无人机植保技术已经位居世界前列，无人机植保作业面积达45%。韩国植保无人机起步较晚，2003年才开始引进植保无人机，而且本国无人机生产企业较少，大部分从我国进口。但是韩国植保无人机推广应用较快。另外，世界上一些农业发达国家，植保无人机也已经广泛应用于农业病虫害的防治。

2.2 我国植保无人机的发展现状

我国农用植保无人机起步较晚。2010年之前，我国植保无人机都属于起步阶段，植保无人机没有真正投入使用。2010-2014年国家出台了一系列有利于植保无人机发展的政策，加速了植保无人机的发展。2015年，部分省市实施植保无人机补贴政策，植保无人机得到迅速推广，多旋翼无人机受到广泛欢迎。从2016年开始我国植保无人机发展进入成熟阶段，2017年全国农用无人机保有量达12000架。

我国农用植保无人机推广比较晚，近年来随着植保无人机技术的不断成熟，各地都开始使用植保无人机进行病虫害的防治工作。但病虫害防治机械化水平仍然很低，仅为10%。在植保环节，全球耕地使用航空植保作业面积占总耕地面积的17%，而我国使用无人机进行植保的耕地面积只占总耕地面积的1.7%。

3 植保无人机的工作原理

植保无人机分为固定翼机和旋翼机，旋翼机又分为单旋翼机和多旋翼机。多旋翼机操作简单、性能稳定，在我国使用较为广泛。

在多旋翼植保无人机中，为保证重心在中心位置，每个轴一样长，且都在同一平面上。多旋翼植保无人机的飞行姿态有3种：悬停、绕轴的转动和线运动。

飞机悬停：飞行时旋翼旋转方向两两相反，如果所有旋翼转速相等，飞机在水平方向上不受力，只受到空气给的向上的升力和自身的重力。当无人机受到的升力等于重力时，植保无人机在空中保持悬停状态。

飞机绕轴的转动有3种：偏航、俯仰和滚转。(1)偏航：当增大顺时针旋转旋翼转速，减小逆时针旋转旋翼转速，无人机不断受到来自空气的逆时针的推力，无人机逆时针偏航；当增大逆时针旋转旋翼转速，减小顺时针旋转旋翼转速，无人机顺时针偏航。(2)俯仰：当后端旋翼旋转速度大于前端旋翼旋转速度时，无人机俯；当前端旋翼旋转速度大于后端旋翼旋转速度时无人机仰。(3)滚转：当左侧旋翼旋转速度大于右侧旋翼旋转速度时，无人机从左往右滚转；当右侧旋翼旋转速度大于左侧旋翼旋转速度时无人机仰。无人机从右往左滚转。

飞机的线运动也有3种：升降、进退和左右侧飞。

植保无人机旋翼旋转方向两两相反，如果所有旋翼转速相等，则无法产生水平方向上的分力，无人机无法实现水平方向上的前进、倒退和左右侧飞，需要无人机发生倾斜，这样合力在水平方向就有一个分力，由这个分力来推动无人机水平移动，所以无人机的线运动通常伴随有绕轴的转动。(1)升降：无人机悬停在空中，当增大所有旋翼旋转速度，无人机受到的升力大于无人机所受的重力，无人机上升；当减小所有旋翼旋转速度，无人机受到的升力就小于无人机所受的重力，无人机下降。(2)进退：当无人机在空中的姿态为俯时，无人机所受的合力有一个向前的分力，无人机前进；当无人机仰时，旋翼产生的升力有一个向后的分力，无人机倒退。(3)左右侧飞：当无人机从左往右滚转，无人机所受的合力有一个向右的分力，无人机向右侧飞行；当无人机从右往左滚转，旋翼产生的升力有一个向左的分力，无人机向左侧飞行。

4 植保无人机推广建议

4.1 出台相关政策法规和行业标准

植保无人机目前既缺乏相关的政策法规，又缺少相关的行业标准，处于无人管的状态。从制造方面来说，植保无人机缺乏统一的技术质量标准，市场上产品良莠不齐，影响了人们对于植保无人机作业效果的正确认知，严重影响着植保无人机的推广应用。应当建立植保无人机市场准入标准。应当对机身质量标准、作业流程规范、作业质量标准、维修保养规范等制定统一标准。从运营过程中来看，存在监管不到位的问题。由于政策法规缺失，对植保无人机操作手培训和监管不到位。

4.2 进一步提高植保无人机的性能

(1)为加快植保无人机的推广应用，必须优化植保无人机的设计，进一步提高植保无人机自身的性能，提高无人机的抗风性能和喷施农药的精准性。对于电动植保无人机，还应该提高锂电池的使用耐久性，从而延长无人机的使用时间。

(2)进一步完善植保无人机的控制程序，实现精准控制，使得植保无人机更加智能化、人性化。

(3)开发研制专用的喷头，强化农药的喷施效果。无人机喷施农药时对喷头有很高的技术要求，据统计，理想的喷雾指标应是 100μm左右。所以，植保无人机生产企业必须在农药喷施喷头的研发上下功夫。

4.3 加快适用无人机的药剂研发

植保无人机对农药要求比较高，但现在植保无人机作业时还是使用传统的农药。植保无人机作业时所用农药应具备抗挥发性、抗飘移性等特点。否则，当农药雾滴落到植物或病虫害表面时，面临蒸发的问题，药剂不能在有效时间内发挥作用。针对这一问题，在药液中适当添加喷雾助剂，可改变植保无人机喷药时面临的蒸发快、吸收难的现状，有效提高植保无人机作业效果。植保无人机的生产企业应当与农药的生产企业联合对农药的浓度、雾化效果、防漂移、附着力等展开深入的研究，共同开发与植保无人机作业相匹配的药剂。

4.4 加大植保无人机作业经济性研究

植保无人机企业应当对植保无人机的使用成本、维修成本、辅助成本进行综合测评，精准地分析植保无人机的电池损耗、机具损耗、人工成本等相关指标，从而合理降低植保无人机的成本，有效降低植保无人机的价格。

4.5 加强对植保无人机操作手的培训

植保无人机对操作人员的技术要求比较高，植保无人机想要得到广泛推广，当务之急是培养技术熟练的农民操作手。目前好的无人机操作手年薪在10万左右。想要推广植保无人机，操作手的费用支出必须省下来，必须培训出技术熟练的农民操作手，或者像日本一样有专门的植保无人机租赁公司，提供无人机的同时提供植保服务，所以植保无人机企业在优化无人机性能的同时应该注重技术培训工作的开展，相关部门也可以定期组织植保无人机操作技能培训活动，从而为植保无人机的推广应用奠定坚实的人力资源基础。

4.6 建立并完善植保无人机服务形式

日本有很多航空植保服务公司，组织专业飞行人员完成田间植保作业。我们也可以借鉴日本的一些经验，推动植保无人机生产企业、农民专业合作社、农机推广中心合作，组建专业植保服务组织，进行专业化的植保作业服务，降低农民承受的风险，降低植保作业成本。