武漢市農(nóng)機化技術(shù)推廣指導(dǎo)中心 宋承琦 熊珺 李萬里

植保無人機應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀與建議

武漢市農(nóng)機化技術(shù)推廣指導(dǎo)中心 宋承琦 熊珺 李萬里

植保無人機指用于農(nóng)業(yè)植物保護作業(yè)的無人駕駛飛機，由飛行平臺、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)及操控人員共同組成，通過地面遙控或飛行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)低空低量飛行噴灑植保作業(yè)。

近年來，我國主要農(nóng)作物植保機械化防治技術(shù)得到了較快發(fā)展，但對于水稻、油菜、玉米等高稈作物，受種植模式和作物生長特性影響，普通地面機械難以達到后期植保防治要求。同時，隨著城鎮(zhèn)化不斷推進，大量農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移到第二、第三產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)勞動力日益短缺，發(fā)展和推廣高效率植保機械進行專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治工作勢在必行。相較傳統(tǒng)植保機械，無人機的噴防效率超高，不受地形環(huán)境、作物高度影響，廣泛適用于大面積農(nóng)作物的植保噴防，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)專業(yè)化防治的重要力量。

1 植保無人機發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外植保無人機發(fā)展情況

植保無人機按動力模式分為油動機與電動機，按旋翼數(shù)量分為單旋翼與多旋翼。20世紀(jì)50年代以來，為農(nóng)業(yè)植保設(shè)計的專用和多用途農(nóng)業(yè)飛機、農(nóng)業(yè)直升機相繼出現(xiàn)，1987年日本Yamaha公司生產(chǎn)出世界上第一臺農(nóng)用植保無人機R-50。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，當(dāng)前利用航空設(shè)備進行田間管理作業(yè)的世界平均水平已經(jīng)超過17%，美國、日本的農(nóng)用航空作業(yè)占耕地面積比例已經(jīng)達到50%以上。

國內(nèi)農(nóng)用植保無人機研發(fā)始于2005年，2010年國內(nèi)研制成功第一架油動植保無人機并開展田間試驗，隨著科技進步和量產(chǎn)化帶來的成本下降，自2015年起我國植保無人機進入高速發(fā)展期。2015年前無人機植保作業(yè)大部分為輔助作業(yè)模式，需要3人或3人以上參與觀測、操控及更換噴灑用藥，2016年植保無人機發(fā)展出自主作業(yè)模式，即采用RTK精準(zhǔn)定位結(jié)合飛控系統(tǒng)測繪田塊，智能規(guī)劃航線，一鍵起降及返航的自動噴灑作業(yè)模式，距離真正的無人化越來越近。截至2016年，我國無人機生產(chǎn)企業(yè)已超過400家，植保無人機擁有量超過 6 000臺，年植保作業(yè)面積約 4 000萬畝（1hm2=15畝）次，按全國現(xiàn)有耕地面積20.25億畝計算，所占比例不足2%，發(fā)展空間極為廣闊。

1.2 湖北省內(nèi)植保無人機發(fā)展情況

近幾年來，隨著農(nóng)業(yè)對高效化、智能化服務(wù)要求越來越高，農(nóng)用植保無人機以其技術(shù)優(yōu)勢迅速在湖北省各地得到推廣。據(jù)湖北省植保總站統(tǒng)計，至2016年全省專業(yè)化防治服務(wù)組織數(shù)量達到2 940個，植保無人機擁有量突破1 000臺，并呈現(xiàn)出集中趨勢：一是分布地域集中。植保無人機擁有量與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)自然條件、規(guī)?；?jīng)營程度及機械化發(fā)展水平密切相關(guān)，目前全省植保無人機90%集中在武漢、荊州、襄陽、孝感、荊門等地區(qū)；二是種類集中。多旋翼機電動植保無人機因體積小、重量輕、價格適中、易于操控、安全性好等優(yōu)點，占全省植保無人機總數(shù)95%以上；三是購買對象集中。全省植保無人機購買對象絕大多數(shù)為農(nóng)業(yè)（農(nóng)機）專業(yè)合作社或者植保專業(yè)服務(wù)組織，占據(jù)總數(shù)的90%左右。同時大部分農(nóng)用植保無人機購置依靠政策推動，享受到了地方政府的農(nóng)業(yè)、科技等不同部門的相關(guān)項目補貼。2013年以來，湖北省病蟲害專業(yè)化防治服務(wù)面積逐年上升，至2016年全省主要糧食作物專業(yè)化防治面積逾9 800萬畝次，其中飛防面積約200萬畝次。

湖北省內(nèi)多家大型病蟲害專業(yè)防治組織公司總部均設(shè)在武漢，如湖北卓沃信息科技有限公司、湖北天惠標(biāo)普云農(nóng)業(yè)科技有限公司、湖北明藍科技有限公司等，擁有的產(chǎn)品涵蓋了大疆、極飛、洛克希德、安陽全豐等諸多知名品牌，武漢市植保無人機保有量約為500臺，但大部分由大型植保專業(yè)防治組織集中于荊州、襄陽及荊門等地開展飛防作業(yè)，僅有少量植保無人機在武漢本地作業(yè)。2016年武漢市農(nóng)機化技術(shù)推廣指導(dǎo)中心與植保無人機生產(chǎn)企業(yè)通過項目合作，開展植保無人機水稻病蟲害防治試驗、示范及推廣，當(dāng)年全市植保無人機飛防作業(yè)面積近10萬畝，為農(nóng)民節(jié)省人工、農(nóng)藥成本300多萬元，防治效果明顯，預(yù)計未來利用無人機防治作物病蟲害將在全市逐步普及。

2 無人機在植保應(yīng)用上的優(yōu)勢

2.1 符合綠色發(fā)展理念

黨的十八屆五中全會提出要著力構(gòu)建綠色循環(huán)低碳發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系，強調(diào)綠色發(fā)展理念。2015年農(nóng)業(yè)部出臺《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，要求到2020年農(nóng)業(yè)面源污染加劇的趨勢得到有效遏制，實現(xiàn)“一控兩減”，即嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)用水總量，實現(xiàn)主要農(nóng)作物的化肥、農(nóng)藥的施用總量下降。無人機植保采用的超低容量噴霧噴灑技術(shù)，能夠提高靶標(biāo)作物上藥液沉積和減少農(nóng)藥流失，實現(xiàn)精準(zhǔn)、減量施藥，對比傳統(tǒng)植保施藥方式可省藥30%、省水90%，有效減少對環(huán)境和農(nóng)作物的污染，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)及裝備在推進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展中的主要作用。

2.2 作業(yè)效率高

智能植保無人機結(jié)合RTK定位系統(tǒng)，實地采集作業(yè)范圍和障礙物定位數(shù)據(jù)，進行田塊測繪后自動生成航線，可自動規(guī)避田間障礙，不受地形環(huán)境和作物高度影響。電動多旋翼植保無人機載重可達5～15 kg，油動單旋翼載重可達10～20 kg，作業(yè)噴幅可達5～8 m，作業(yè)飛行速度4～10 m/s，每天作業(yè)量可達300～500畝，作業(yè)效率是人工噴藥的30倍、普通植保機械的8倍，在高稈作物和爆發(fā)性病蟲害防治效率上有突出的優(yōu)勢。

2.3 防治效果好

智能植保無人機噴灑系統(tǒng)配合壓力傳感器與流量傳感器，可精確完成超細霧滴、極低用量的超低容量噴灑。飛行時形成的下壓風(fēng)場，能將超細霧狀的農(nóng)藥噴灑到農(nóng)作物的莖葉背面，將農(nóng)藥霧滴均勻散落于植株各個部位，對作物從上到下進行穿透，完成普通地面機械無法達成的作業(yè)效果。根據(jù)對比試驗，植保無人機對稻飛虱蟲害的防治效果比電動噴霧器提高17.3%，對水稻紋枯病的防治效果比電動噴霧器提高9.07%（見《稻飛虱防治效果情況表》及《水稻紋枯病防治效果情況表》）。

稻飛虱防治效果情況表

水稻紋枯病防治效果情況表

2.4 安全性較好

無人機進行植保作業(yè)時，操作人員通過遠距離遙控或設(shè)置自動巡航作業(yè)，實現(xiàn)了人機、人藥分離，有效避免了農(nóng)藥對人體的直接傷害，安全性高于人工噴藥和普通地面機械植保作業(yè)。

2.5 創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)格局

智能無人機將產(chǎn)品的功能重心從機械部件轉(zhuǎn)向軟件和傳感器，通過移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的融合，將無人機、使用者、生產(chǎn)企業(yè)與農(nóng)業(yè)部門緊密聯(lián)系在一起。通過分析植保大數(shù)據(jù)，可以了解各種農(nóng)藥對作物、病蟲害的實際效果，為植保專業(yè)服務(wù)組織提供技術(shù)解決方案和市場需求信息，為農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)計劃提供依據(jù)；可以準(zhǔn)確掌握無人機植保的動態(tài)、方位、歷史作業(yè)面積、農(nóng)藥的流向與使用量，實現(xiàn)農(nóng)藥流向可追溯系統(tǒng)、環(huán)境污染控制、農(nóng)機管理調(diào)度等，為農(nóng)業(yè)管理部門提供決策依據(jù)。

“互聯(lián)網(wǎng)+無人植保機大數(shù)據(jù)”重構(gòu)了智能無人機、植保專業(yè)化服務(wù)組織、農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)等上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，農(nóng)田管家、農(nóng)飛客等作業(yè)服務(wù)平臺紛紛涌現(xiàn)，“平臺+技術(shù)方案+終端+服務(wù)+網(wǎng)絡(luò)信息”的全新商業(yè)運行模式，顛覆了傳統(tǒng)的經(jīng)營手段和盈利模式，創(chuàng)造了新的生態(tài)產(chǎn)業(yè)格局。

3 當(dāng)前面臨的問題

3.1 標(biāo)準(zhǔn)體系不完善

目前植保無人機行業(yè)并無明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括無人機產(chǎn)品的技術(shù)、性能標(biāo)準(zhǔn)和植保作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和管理機制，導(dǎo)致植保無人機生產(chǎn)企業(yè)眾多、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，購機者權(quán)益及植保作業(yè)效果也得不到保證，限制了植保無人機的發(fā)展。

3.2 飛防專用制劑研發(fā)仍是短板

植保無人機采用超低容量噴霧，首選農(nóng)藥劑型為油劑。但至2017年，我國登記的油劑僅有14個，市場主流農(nóng)藥劑型多為可濕性粉劑、懸浮劑、分散粒劑等，適用于傳統(tǒng)人工噴霧機械，并不適用于植保無人機的精密噴霧作業(yè)系統(tǒng)，容易影響作業(yè)質(zhì)量，提高植保無人機故障率。

3.3 機具價格較高

目前油動單旋翼植保無人機價格普遍超過10萬，電動多旋翼植保無人機價格一般在5～8萬元，是普通機動噴霧器價格的數(shù)十倍以上，農(nóng)業(yè)種植大戶和植保專業(yè)化服務(wù)組織較難承受，推廣應(yīng)用受到很大的限制。

3.4 缺乏專業(yè)培訓(xùn)

智能無人機技術(shù)集成度高，操作和維護保養(yǎng)遠較一般農(nóng)機產(chǎn)品復(fù)雜，需要操作人員能夠熟練掌握無人機的調(diào)試、維護、操控等多種基礎(chǔ)能力，同時還要了解針對不同作物、不同病蟲害的施藥技術(shù)方案及國家相關(guān)法律法規(guī)。而當(dāng)前購機者多是簡單練習(xí)遙控操作后即開始植保作業(yè)，缺乏系統(tǒng)的專業(yè)培訓(xùn)。

4 意見和建議

4.1 加快標(biāo)準(zhǔn)制定

政府相關(guān)部門要加強中國農(nóng)業(yè)航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定，盡快組織專家制定農(nóng)用植保無人機安全與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、試驗檢測方法及施藥作業(yè)操作規(guī)范，制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，盡早出臺和完善行業(yè)服務(wù)制度，建立市場準(zhǔn)入制度，實現(xiàn)政府對航空植保產(chǎn)業(yè)技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量和作業(yè)安全的有效監(jiān)管，統(tǒng)籌推動農(nóng)業(yè)航空植保產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

4.2 加快飛防專用制劑研發(fā)

科研院所、無人機生產(chǎn)企業(yè)與農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)建立廣泛的合作機制，研究在航空施藥條件下，農(nóng)藥霧滴沉降、黏附、鋪展規(guī)律，加快研發(fā)飛防專用超低容量噴霧制劑，篩選易于沉積、潤濕、鋪展、滲透和吸收的飛防制劑，保證植保無人機的作業(yè)效果。

4.3 加大政策扶持力度

農(nóng)業(yè)（農(nóng)機）主管部門應(yīng)將農(nóng)用植保無人機納入農(nóng)機購置補貼等惠農(nóng)政策范圍，降低農(nóng)業(yè)植保無人機購機成本，調(diào)動種植大戶、農(nóng)業(yè)合作社及植保專業(yè)化服務(wù)組織的購機積極性，加快無人機植保技術(shù)推廣應(yīng)用。

4.4 開展系統(tǒng)專業(yè)培訓(xùn)

農(nóng)業(yè)管理部門和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)要充分利用各類培訓(xùn)資源，對植保無人機操作人員開展集中培訓(xùn)，加強施藥技術(shù)知識及相關(guān)法律法規(guī)的學(xué)習(xí)，提高其作業(yè)技能和科學(xué)管理水平，培養(yǎng)農(nóng)用植保無人機技術(shù)人才，完善農(nóng)用植保無人飛機配套服務(wù)，提高無人機的使用效率。

2017-11-10)