肖進 高星星 王琢

[摘要] 介紹了植保無人機的飛行原理和特點，對國內外及湖北省植保無人機的應用情況進行梳理和總結，分析了湖北省在農用植保無人機推廣應用中存在的主要問題，并提出了進一步促進其在湖北發(fā)展應用的意見與建議。

[關鍵詞] 無人機；植保；湖北??；對策建議

[中圖分類號] S494 [文獻標識碼] A

在一片片農田上方，植保無人機滿載著藥液騰空而起，實施噴防作業(yè)……這樣的場景，如今在農村地區(qū)越來越常見。植保無人機作為新型農機具，開始成為農業(yè)的“標配”。它已經蜂擁出現在各地的農博會、智慧農業(yè)展、植保展會上，各大植保無人機企業(yè)也相繼發(fā)布新產品。植保無人機正迎來歷史性的發(fā)展，未來有望實現超過千億元的市場規(guī)模。

近幾年來，東北、海南與新疆集中連片的農田受到各大植保無人機企業(yè)青睞，湖南、河南、安徽、江西等也因其糧食作物主產區(qū)的身份，受到關注。整體上看，20hm2以上的大戶以及新疆和東北66.67hm2以上的大戶對植保無人機接受程度最高。植保飛防在湖北省各地也得到重視和熱捧，孝感市早在2015年就已將無人機納入農機補貼，作為試點全省推廣；2017年5月，第二屆航空植保技術應用論壇在武漢舉辦，會議上探討了未來三年植保無人機的發(fā)展方向；2017年9月，首屆中國無人機與機器人應用大賽決賽在湖北武穴開賽，來自國內18家知名品牌的植保無人機企業(yè)和服務隊參賽，全方位展示產品成果和飛防技術，決賽決出了全國植保機械10強。

1 農用植保無人機的簡介

1.1 農用植保無人機概念

農用植保無人機是用于農林植物保護作業(yè)的無人駕駛飛機，由飛行平臺、GPS飛行控制器、噴灑機構三部分組成，通過地面遙控或GPS飛控，來實現噴灑作業(yè)，通過更換不同的噴灑機構可以噴灑藥劑、種子、粉劑等。

植保無人機按飛行平臺可分為固定翼無人機、單旋翼無人機、多旋翼無人機等。固定翼無人機載荷大，飛行速度快，但價格高且不能垂直起飛，比較適合平原地區(qū)的大面積作業(yè)。單旋翼無人機作業(yè)效果好，但價格更貴。多旋翼無人機技術門檻較低，價格便宜，能夠實現空中懸停，受到市場青睞，應用最廣泛。

植保無人機按飛行動力可分為油動無人機、電動無人機和油電混合概念無人機。電動無人機輕巧，操作簡單，對飛手要求低，而油機自主飛行能力相對差，不易控制，控制精度不夠，維修保養(yǎng)要求都相對較高，價格昂貴，導致目前國內油動植保無人機機型只占19.7%，但隨著土地流轉的推進，其載荷大和續(xù)航時間長的性能優(yōu)勢會凸顯出來，未來發(fā)展空間很大。

未來幾年，中國植保無人機仍將以電動多旋翼無人機為主。

1.2 多旋翼電動植保無人機飛行原理

多旋翼無人機電機連接螺旋槳通過高速轉動切割空氣使其產生向下的氣流，同時產生向上的升力，當升力大于飛行器本身的重力時，飛行器就可以實現上升的動作，反之下降；當升力等于飛行器本身的重力時，則飛行器處于懸停狀態(tài)。通過調節(jié)多個電機轉速來改變螺旋槳轉速，實現升力的變化，實現4個方向上的運動，分別為：垂直、俯仰、橫滾和偏航，從而達到飛行姿態(tài)控制的目的。

1.3 多旋翼電動植保無人機特點

目前市場應用廣泛的多旋翼電動無人植保機機身大量采用碳纖維、航空鋁等復合材料，售價一般在幾萬至十幾萬元左右，作業(yè)飛行高度為距離農作物1～3m，藥箱容積為5～20L，作業(yè)速度3～10m/s（風速2～3級），噴幅寬度3～8m，單次作業(yè)時間8～15分鐘。操作手通過地面遙控器及GPS定位在視距內對其實施控制，可手動操控飛行，也可自動生成航線，自主完成航線飛行；支持低電、無藥報警，一鍵返航，在噴灑中斷點可自動記憶中斷點位置，補充完電量和藥劑后可自動返回中斷點繼續(xù)作業(yè)；實現雷達定高仿地形飛行，自動保持與農作物間的相對高度；采用低容量霧噴方式施藥，旋翼產生的巨大向下氣流推動農藥霧滴對作物從上到下進行穿透，有利于農藥霧滴均勻散落于植株各個部位，作業(yè)效率是人工作業(yè)效率的幾十倍，并可以節(jié)約50%的農藥使用量、90%的用水量。

到目前農用植保無人機植保作業(yè)對象幾乎覆蓋了全部農作物，包括水稻、玉米和小麥等主要糧食作物，瓜果蔬菜如葡萄、柑橘、茄子、白菜和各種經濟作物如棉花、花生、油菜、茶園等，并取得了理想的防治效果和防治經驗。

2 農用植保無人機的發(fā)展現狀

2.1 應用概況

從世界范圍來看，美國、日本的植保無人機技術處于世界領先水平，除此之外，還有澳大利亞、加拿大、俄羅斯、巴西、韓國等國家比較發(fā)達。植保無人機已經成為發(fā)達國家農業(yè)生產不可或缺的部分，對現代農業(yè)生產的貢獻率將不斷加大。

2004年起，我國科技部、農業(yè)部等開始研究植保無人機，2007年開始進行產業(yè)化探索。2010～2012年期間，植保無人機傳播范圍僅在行業(yè)內，沒有實際作業(yè)能力，這個階段的無人機不能干活、不能賺錢。2013～2015年植保無人機行業(yè)進入演示驗證階段。據農業(yè)部統(tǒng)計數據，2015年底我國農用無人機保有量為2324架，但真正做植保的并不多，更多是在做演示。這個時期它作業(yè)可靠性差、作業(yè)效率偏弱，能干活、不能賺錢。2016～2017年植保無人機得到大面積推廣應用，越來越多的人進入這個行業(yè)，經營模式和無人機作業(yè)能力得到發(fā)展和驗證，它能干活、能賺錢。從概念到實際應用，從不能干活、不能賺錢到能干活、能掙錢，這是我國農業(yè)植保機械的重大突破。

至2017年底，據不完全統(tǒng)計，全國植保無人機保有量超過10000架，作業(yè)面積超過670萬hm2。湖北飛防的真正起步始于2014年3月——鐘祥市常發(fā)農機專業(yè)合作社花費18萬元從山東買回我省第一架無人植保機。當年底全省的保有量達到170多臺，2015年增加至230多臺，2016年購買植保無人機的服務組織開始增多，全省專業(yè)化防治服務組織達到2940個，市場保有量快速突破1000臺。湖北省植保無人機保有量從1到1000的突破只用了三年。2017年湖北省小麥病蟲害的飛機防治已經十分火熱，再加水稻飛防，全省的飛防作業(yè)面積有望突破66.67萬hm2次。

沒有地方保護、高度的市場化自由競爭是湖北省飛防取得快速發(fā)展的關鍵，群雄涌入，各憑實力搶占市場，其中產品品牌以深圳大疆、廣州極飛、無錫漢和、武漢洛克希德、安陽全豐為代表。經過市場多年淘汰，競爭格局開始走向穩(wěn)定。目前，在主流的電動多旋翼植保無人機市場，已經形成以大疆、極飛占據多數市場，漢和、全豐位居第二陣營，其他企業(yè)分食剩余市場的格局。2017年整個飛防市場是跑馬圈地階段，2018年正式步入降價競爭階段，價格已經成為各企業(yè)爭奪的焦點，比較顯著的是在2018年4月北京舉辦的“世界精準農業(yè)航空大會”上湖北龍翼機器人有限公司推出了6kg機型，采用鋁合金機身，簡化操控系統(tǒng)，成功將價格壓縮在1萬元之內，而價格的降低，則意味著普通農戶市場將會進一步被打開。

2.2 植保飛防的服務模式

植保飛防行業(yè)的快速發(fā)展得利于瞄準了農村勞動力缺乏、機械化植保服務需求迫切的市場痛點，在市場需求和生產企業(yè)共同推動下，逐步形成了一些全新的飛防服務模式，形成了一群以飛防服務為主的新型“農業(yè)人”。2017年，飛防服務市場由最初野蠻生長階段向秩序化、規(guī)模化轉變。

2.2.1 政府招標采購植保無人機及統(tǒng)防服務。2015年武漢市江夏區(qū)財政撥出?？钔ㄟ^政府招標，采購了3臺植保無人機。同時，區(qū)農委組織基層農技人員進行“植保無人機飛控手”培訓，積極在全區(qū)大面積推廣應用植保無人機。3年來，江夏區(qū)使用無人機開展植保累計飛防面積達到近3333.33hm2。鐘祥市利用地方財政資金，以每架補貼2.5萬元標準，購置33臺無人機，另外還購買了8臺獎勵種糧大戶，該市去年共開展了0.93萬hm2無人機統(tǒng)防服務。2017年團風縣政府共買單小麥1266.67hm2統(tǒng)防服務，全部由無人機完成，而前年僅有66.67hm2。

2.2.2 各種植保飛防服務組織。這類植保飛防服務組織主要包括普通農戶自購無人機服務模式、農機合作社服務模式、農資渠道商建立的飛防服務隊以及農業(yè)服務公司建立的飛防隊等。這種模式的優(yōu)勢是對當地的種植情況和植保需求情況比較了解，業(yè)務更容易被農戶接受和開展，但這些服務組織規(guī)模都不是很大，一般只服務于本地。例如：截至2017年，荊門市擁有植保無人機129臺，有 14個從事農業(yè)植保作業(yè)服務的農機合作社、農業(yè)種植合作社和無人機研發(fā)與服務企業(yè)，全市飛防作業(yè)面積近5.3萬hm2次。

2.2.3 連接飛防服務供給端和需求端的互聯(lián)網服務平臺。隨著飛防市場需求井噴，植保飛防已經迎來了百萬畝訂單時代，而且這樣的訂單會更多的出現。大規(guī)模飛防作業(yè)是一個生態(tài)系統(tǒng)，只有專業(yè)化的植保飛防組織干得了，這也是農田管家、大黃蜂農服、農飛客、標普農業(yè)、農博士……這些互聯(lián)網服務平臺快速發(fā)展的原因。相比中小服務商單打獨斗、競爭能力不足等缺點，飛防服務平臺化可以實現供需有效匹配，這將成為一個重要發(fā)展趨勢，未來無人機植保產業(yè)必將走向聚合而非零散存在。2017年，受到資本市場追捧獲得多輪融資的“農田管家”與湖北省農業(yè)廳達成共識，由農田管家贈予湖北省666.66hm2飛防作業(yè)服務，襄陽市、仙桃市、潛江市、黃岡市、荊門市均在此次贈予名單中。截至目前，“農田管家”平臺上已入駐超過3000個飛防組織，可調度無人機近萬架，在黑龍江、湖北、湖南、山東、江蘇、河南、河北、安徽、江西等地建立分支機構，2017年總作業(yè)面積超過53.33hm2。

2.2.4 共享植保無人機。2018年2月，廣州極飛科技有限公司與湖北省農業(yè)機械總公司在湖北仙桃簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。與此同時，由極飛科技開發(fā)、湖北省農業(yè)機械總公司運營的湖北首家農用無人機共享系統(tǒng)正式啟動。我省共享無人機將以仙桃為運營試點中心，逐步向周邊縣市輻射，一期將建設7～8個共享服務站，投放共享無人機50～60架開展共享飛防植保，可以滿4萬hm2次的飛防植保面積。屆時，無人機用戶可以通過關注極飛科技公眾號，進入后選擇農事服務，選擇一家附近的共享服務站，攜帶相關證件，繳納一定的押金及費用，便可使用無人機開展飛防植保作業(yè)服務，用完后歸還設備即可。

2.2.5 植保無人機+農業(yè)大數據。當植保無人機企業(yè)憑借硬件積累足夠的數據后，什么農作物到什么時間、地點可能遇到什么病蟲害，病蟲害發(fā)生發(fā)展情況等都能提供精準的分析和預測。洛克希德（武漢）無人機科學研究院有限公司在國內最早開發(fā)完成了“無人機植保大數據系統(tǒng)平臺”，建立植保及農業(yè)大數據庫，收集地理、氣象、植保、糧食安全等信息，并為第三方提供可靠的信息數據，從而顛覆傳統(tǒng)植保服務利益模式，重構新型的農藥生產、銷售、植保作業(yè)服務生態(tài)鏈和利益鏈。未來植保無人機將會成為一個大數據入口，后端的大數據挖掘、與行業(yè)應用的結合將會是無人機服務業(yè)務的核心。

3 制約湖北省植保無人機推廣應用的因素

3.1 行業(yè)標準不完善

目前植保無人機行業(yè)缺乏行業(yè)標準，包括無人機的機身質量性能標準、植保作業(yè)標準、安全防護標準、維修保養(yǎng)規(guī)范等。缺乏相關行業(yè)標準，導致植保無人機企業(yè)眾多，產品質量參差不齊，購機者權益及植保作業(yè)效果得不到保證。

3.2 亟待解決的技術難題

載重偏小：大多數電動無人機的載重一般在5～20kg之間，噴灑一箱藥劑只要幾分鐘，需頻繁添加藥劑；續(xù)航時間過短：絕大多數的電動無人機，一組電池維持的飛行時間在8～20 分鐘之間，需頻繁更換電池；對高桿作物的噴灑效果有待進一步提高；有風的時候，藥液漂移問題需要克服；不規(guī)則地塊的重噴和漏噴問題。

3.3 缺乏航空植保專用藥劑

航空植保無人機首選的農藥劑型應以油劑最好，而市場上銷售的農藥劑型多為可濕性粉劑、懸浮劑等，這些傳統(tǒng)人工噴霧設備所用的劑型并不適合航空作業(yè)。2017年登記的油劑僅有11個，而超低容量劑的數量更是屈指可數地僅有7個，開發(fā)適用于無人機飛防作業(yè)的新劑型迫在眉睫。

3.4 缺乏監(jiān)督管理和制度引導

目前從事植保無人機飛防的單位很多，導致飛防市場剛剛起步沒有多久就陷入惡性競爭，市場混亂無序，如飛防藥劑的亂配亂用導致作物藥害時有發(fā)生，提供飛防服務時偷工減料或者在服務費用方面大打價格戰(zhàn)等。植保無人機飛防目前沒有明確的行業(yè)主管部門，缺乏相關監(jiān)管法規(guī)。

4 意見和建議

4.1 加快建立完善的標準體系

據中國農業(yè)機械化協(xié)會透露，在農用無人機方面，已完成《農用遙控飛行植保機安全技術要求》征求意見稿，農業(yè)部正在制訂《農用遙控飛行器通用技術要求》、《農用遙控飛行噴霧機安全施藥技術規(guī)范》；民航局正在制訂《無人機系統(tǒng)適航性要求》，未來農業(yè)部還將配合國家空管委制定《無人駕駛航空器飛行管理規(guī)定》。這些標準都將會給將來植保無人機作業(yè)帶來“金規(guī)鐵律”，規(guī)范行業(yè)發(fā)展，應加快其發(fā)布實施。

4.2 優(yōu)化植保無人機推廣的技術創(chuàng)新環(huán)境

建立以企業(yè)為主體，以市場為導向，以大專院校、科研機構、用戶為載體的產、學、研、推、用一體化的技術研發(fā)體系。加大植保無人機的高精度位置服務、一站多機全自主協(xié)同作業(yè)、自動加藥換電池、農田測繪、精確噴灑控制、高容量電池、航空植保專用藥劑等技術的研究與攻關。

4.3 加大政府扶持和管理力度

2017年9月18日，農業(yè)部、財政部、民航局聯(lián)合下發(fā)《關于開展農機購置補貼引導植保無人飛機規(guī)范應用試點工作的通知》，決定2017年選擇浙江（含寧波）、安徽、江西、湖南、廣東、重慶6個?。ㄊ校?，開展以農機購置補貼引導植保無人飛機規(guī)范應用試點工作。雖然湖北省農機部門也在考慮購機補貼這個問題，但此次湖北省并沒有列入，應盡快推動購機補貼落地。政府應加大植保無人機操作人員的培訓力度，加強其施藥知識及相關法律法規(guī)的培訓學習，建立市場準入制度和管理規(guī)范，實現政府對農業(yè)航空產品的質量和作業(yè)安全有效監(jiān)管，統(tǒng)籌農業(yè)航空植保產業(yè)健康有序發(fā)展。

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