顏 軍，李妍芬

（長沙市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湖南 長沙 410128）

隨著黨的“十九大”勝利召開，農(nóng)村土地承包期限再延長，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迎來了又一輪發(fā)展熱潮。土地確權(quán)帶來了新的農(nóng)業(yè)投資機(jī)遇。各種基礎(chǔ)設(shè)施，生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)井噴勢發(fā)展。我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展迅猛，耕、種、收的綜合機(jī)械化率普遍達(dá)到70%以上，但機(jī)械植保仍是薄弱環(huán)節(jié)。近年來，我國無人植保飛機(jī)迅速發(fā)展，較好地破解了這個(gè)關(guān)鍵難題。

1 植保無人機(jī)作業(yè)的特點(diǎn)

1.1 作業(yè)適應(yīng)性廣

首先，植保無人機(jī)可垂直起降，不受地形限制，能在地面裝備難以進(jìn)入的區(qū)域之內(nèi)作業(yè)，可很好地解決地面機(jī)具難以進(jìn)入山地、梯田、水田、濕地、密林等地作業(yè)的難題。尤其是遇到嚴(yán)重內(nèi)澇季節(jié)，當(dāng)?shù)孛鏅C(jī)械無法進(jìn)入作業(yè)時(shí)可發(fā)揮奇效；同時(shí)，作業(yè)時(shí)不受作物長勢的限制。當(dāng)作物生長至封行后行壟不清晰，特別是對(duì)于玉米等高桿作物也能實(shí)現(xiàn)高效率作業(yè)。因玉米大喇叭口期高度一般都在1.2m以上；水稻制種生產(chǎn)中父本可高達(dá)1.8m以上，人工作業(yè)難以全面實(shí)現(xiàn)覆蓋，但通過高空作業(yè)可輕松實(shí)現(xiàn)。其次，與地面裝備田間作業(yè)相比，不會(huì)留下轍印和損壞農(nóng)作物，破壞土壤物理結(jié)構(gòu)，影響作物后期生長；最后，能在人居與農(nóng)田混雜區(qū)域作業(yè)。

1.2 作業(yè)效率高

無人機(jī)在超低空作業(yè)時(shí)，飛行速度為3～6m/s，噴幅可達(dá)5～9m，除去續(xù)航加藥時(shí)間，每小時(shí)作業(yè)面積可達(dá)5～8hm2，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工水平。

1.3 作業(yè)質(zhì)量好

無人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下降氣流吹動(dòng)葉片，可提高作物下部及葉片背面藥液附著率，防治效果相比人工與傳統(tǒng)施藥機(jī)械可提高15%～35%，應(yīng)對(duì)突發(fā)、爆發(fā)性病蟲害的防控效果好。無人機(jī)作業(yè)，藥液霧化，其霧滴更小，更易附著在作物的葉片上。根據(jù)農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所進(jìn)行的“航空植保藥液沉積率試驗(yàn)”，水稻下部附著率為上部附著率的53.2%;葉背附著率是葉面附著率的47.8%。根據(jù)“水稻分蘗期田間防效試驗(yàn)”結(jié)果顯示植保無人機(jī)作業(yè)對(duì)縱卷葉螟和稻飛虱的防治效果明顯高于常規(guī)防治。

1.4 作業(yè)成本低

無人機(jī)采用低量噴霧，用藥量400～1000ml/畝，一般來說，可節(jié)水90%，節(jié)藥15%～30%，大大降低了成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)：采用25kg有效載荷的單旋翼油動(dòng)力無人機(jī)進(jìn)行噴施作業(yè)的年度收益是使用機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)的33倍，是人工手動(dòng)噴霧的133倍；采用15kg有效載荷的單旋翼電動(dòng)無人機(jī)進(jìn)行噴施作業(yè)的年度收益則分別是機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)的25倍和人工手動(dòng)噴霧的93倍。

1.5 應(yīng)付突發(fā)災(zāi)害的能力強(qiáng)

針對(duì)連片大面積農(nóng)田病蟲害防治、大面積衛(wèi)生防疫消殺等突發(fā)性災(zāi)害的防治，能迅速、有效地應(yīng)對(duì)。

1.6 實(shí)現(xiàn)人、藥分離，減少人員傷害

無人機(jī)在噴藥的作業(yè)過程中，可讓操作手和農(nóng)藥保持一定的距離，減少對(duì)人員的危害。

2 我國植保無人機(jī)的現(xiàn)狀

2.1 農(nóng)用無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

農(nóng)用無人機(jī)主要應(yīng)用于低空農(nóng)情信息遙感獲取、農(nóng)業(yè)航空植保及作物制種輔助授粉等，目前應(yīng)用得最多，也是最主要的是“農(nóng)業(yè)航空植保”。

2.2 無人機(jī)植保的發(fā)展特點(diǎn)

第一起步晚。首先國內(nèi)農(nóng)用植保無人機(jī)研發(fā)始于2005年，2010年國內(nèi)研制成功第一架油動(dòng)植保無人機(jī)并開展田間試驗(yàn)，隨著科技進(jìn)步和量產(chǎn)化帶來的成本下降，自2015年起我國植保無人機(jī)進(jìn)入高速發(fā)展期；第二發(fā)展快。2015年前無人機(jī)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(jī)發(fā)展出自主作業(yè)模式，即采用精準(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(dòng)噴灑作業(yè)模式；第三應(yīng)用廣。雖然我國的農(nóng)用無人機(jī)技術(shù)起步較晚，但近年來隨著科技力量的不斷投入，我國農(nóng)用植保無人機(jī)的研究也步入了新的發(fā)展階段，機(jī)型越來越多，應(yīng)用范圍越來越廣，技術(shù)研究越來越深入，推廣速度也越來越快。目前已可應(yīng)用于植保作業(yè)、林業(yè)監(jiān)測、作物授粉、牧群定位等多個(gè)方面。

2.3 植保無人機(jī)的類型

農(nóng)用無人機(jī)按照動(dòng)力系統(tǒng)的不同可分為:燃油動(dòng)力和電池動(dòng)力兩類。燃油動(dòng)力系統(tǒng)無人機(jī)以燃油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力、機(jī)身大、靈活性相對(duì)較差，需要一定的起降時(shí)間，且維護(hù)較為復(fù)雜，但單次飛行時(shí)間可超過1h；以電力為動(dòng)力的無人機(jī)起降迅速，并具有操作靈活的優(yōu)點(diǎn)，但單次飛行時(shí)間一般只有10～15min。

農(nóng)用無人機(jī)按旋翼的不同可分為固定翼式、單旋翼式及多旋翼式。固定翼無人機(jī)由機(jī)翼產(chǎn)生升力，機(jī)翼位置和掠角等參數(shù)在飛行過程中保持不變；單旋翼無人機(jī)由主槳切割空氣產(chǎn)生推力，尾槳保證平衡，可垂直起降和穩(wěn)定地懸停；多旋翼無人機(jī)以3個(gè)或者偶數(shù)個(gè)對(duì)稱非共軸螺旋槳產(chǎn)生推力上升，以各個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)速改變帶來的飛行平面傾斜實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和左右運(yùn)動(dòng)，以螺旋槳轉(zhuǎn)速次序變化實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)垂直起飛降落，場地限制小，可在空中穩(wěn)定地懸停。

2014～2015年，一大批新型農(nóng)業(yè)航空企業(yè)迅速誕生，植保無人飛機(jī)正式進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。植保無人機(jī)機(jī)型數(shù)約233個(gè)，其中單旋翼機(jī)型64個(gè)，約占27.5%，多旋翼機(jī)型168個(gè)，約占72.1%，固定翼機(jī)型1個(gè)，約占0.4%；油動(dòng)力約占19.7%，電池動(dòng)力約占80.3%。上述數(shù)據(jù)表明，當(dāng)前中國植保無人機(jī)以電池為動(dòng)力的多旋翼機(jī)型為主。同時(shí)由于多旋翼無人機(jī)相對(duì)于單旋翼無人機(jī)和固定翼無人機(jī)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、操作簡易以及對(duì)起飛地點(diǎn)要求不高等特點(diǎn)，預(yù)計(jì)未來幾年內(nèi)，中國植保無人機(jī)仍將以多旋翼電動(dòng)無人機(jī)為主。無人植保機(jī)開始納入國家農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼試點(diǎn)，服務(wù)作業(yè)量劇增，大量銀行、保險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)投資開始涌入植保無人飛機(jī)市場。2016年，我國載荷5升以上的農(nóng)用無人機(jī)保有量已達(dá)4869臺(tái)，超過日本位居世界第一；植保作業(yè)面積從2013年的不足10萬畝（1畝=667m2,下同）增長至2015年的1016萬畝；農(nóng)用無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)從2010年的不足10家增至2016年的260余家，無人機(jī)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用產(chǎn)值達(dá)5億元。農(nóng)用無人機(jī)產(chǎn)品覆蓋單旋翼、多旋翼、油動(dòng)、電動(dòng)等品種，已形成具有中國特色的新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，具備了一定的國際影響力。

3 我國植保無人機(jī)目前需要攻克的政策和技術(shù)難點(diǎn)

3.1 我國對(duì)植保無人機(jī)管理及政策不明確

雖然相關(guān)農(nóng)業(yè)部門出臺(tái)了國家和地方標(biāo)準(zhǔn)，但植保無人機(jī)同時(shí)也屬于航空器，國家在低空領(lǐng)域的管理仍然屬于航空管理部門，無人機(jī)黑飛現(xiàn)象仍不時(shí)被報(bào)道。

3.2 缺乏高穩(wěn)定性農(nóng)用無人機(jī)作業(yè)平臺(tái)

目前我國的植保無人機(jī)普遍存在“心臟病”問題。油動(dòng)植保無人機(jī)主要采用風(fēng)冷機(jī)，有效壽命500小時(shí)，電動(dòng)植保無人機(jī)一次作業(yè)時(shí)間10～15min。由于植保作業(yè)時(shí)特殊的高溫、高濕環(huán)境特點(diǎn)，油機(jī)易出現(xiàn)散熱不好導(dǎo)致拉缸的現(xiàn)象，電池也容易出現(xiàn)鼓泡。

3.3 無人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化

在坡度飛行、自動(dòng)避障、自動(dòng)路徑規(guī)劃、仿地飛行等方面仍需提高。

3.4 國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)過多，質(zhì)量參差不齊

由于植保無人機(jī)發(fā)展迅速，生產(chǎn)企業(yè)一哄而上，質(zhì)量良莠不齊，不少企業(yè)缺乏核心技術(shù)，只重銷售，在技術(shù)研發(fā)、機(jī)手培訓(xùn)等方面跟不上。

3.5 農(nóng)業(yè)航空噴施主要?jiǎng)┬偷暮Y選與評(píng)價(jià)

目前我國的植保無人機(jī)主要采用的是80～150目的噴頭，藥劑在噴灑過程中易蒸發(fā)，形成局部藥害，且使用的一般為高濃縮藥 ，為應(yīng)對(duì)這種情況，在作業(yè)時(shí)需添加抗蒸發(fā)劑，缺乏 用于航空植保的專用藥劑。