歐陽安

（工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心，北京 100846）

0 引言

農(nóng)用無人機是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的無人駕駛航空器。通過搭載噴灑系統(tǒng)和對地傳感器，農(nóng)用無人機可以完成播種、施肥、災情探查、噴灑農(nóng)藥、病蟲害防治和農(nóng)作物生長監(jiān)測等多種作業(yè)任務，具有快速高效、適應性廣、易操作等特點[1]。隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的加速推進，農(nóng)用無人機已成為推進農(nóng)業(yè)機械化的重要力量，對緩解農(nóng)村勞動力短缺、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和資源利用率、增強病蟲害防控能力、保障國家糧食和生態(tài)安全具有重要意義[2-3]。本文系統(tǒng)梳理國內(nèi)外農(nóng)用無人機技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，深入剖析國內(nèi)農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的主要問題，提出相關對策建議。

1 國外農(nóng)用無人機發(fā)展現(xiàn)狀

美歐發(fā)達國家高度重視農(nóng)用無人機的發(fā)展應用，整體技術處于國際領先水平，應用范圍涉及農(nóng)田植保、田間管理等諸多方面[4]。據(jù)Fortune Business Insights 報告統(tǒng)計，2019 年全球農(nóng)用無人機市場規(guī)模為10.2 億美元，預計到2027 年將達37 億美元，應用空間廣闊。

美國是世界上農(nóng)業(yè)航空技術最先進、應用最廣泛的國家之一，森林植保和水稻施藥作業(yè)全部采用航空作業(yè)方式。美國大型農(nóng)場主要采用續(xù)航時間較長、載荷量較大的有人駕駛飛機進行植保作業(yè)。美國擁有強大的農(nóng)業(yè)航空組織體系，成立了國家農(nóng)業(yè)航空協(xié)會和近40 個州級農(nóng)業(yè)航空協(xié)會，擁有近2 000 家農(nóng)業(yè)航空作業(yè)服務公司，農(nóng)業(yè)飛機和航空材料制造企業(yè)有500 多家，非常重視對農(nóng)業(yè)航空產(chǎn)業(yè)的扶持。目前，農(nóng)用無人機主要應用于作物播種、施肥和施藥等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。GPS導航施藥技術、航空靜電噴霧技術、航空變量施藥等精準農(nóng)業(yè)技術趨于成熟，作業(yè)更加優(yōu)質(zhì)高效，對環(huán)境的污染較低[5-7]。

日本是最早將無人駕駛直升機施藥技術運用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的國家。1987 年，日本生產(chǎn)了世界上首臺農(nóng)用噴藥無人機，農(nóng)藥噴灑技術已非常成熟。2019 年，日本制定了普及農(nóng)用無人機計劃，計劃到2022 年，農(nóng)用無人機作業(yè)覆蓋的農(nóng)田面積增加到100 萬hm2。目前，日本農(nóng)用無人機以植保施藥為主，植保無人機保有量超過5 000 架，操作人員超過14 000 人，已成為世界農(nóng)用無人機大國。日本農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)達，雅馬哈的RMAX 系列無人直升機能適應多種復雜環(huán)境下的作業(yè)需求，可切換人工控制和自主控制模式，具備較高的自主飛行能力，植保作業(yè)效率為7～10 hm2/h[8]。洋馬的農(nóng)用無人機采用雙缸水冷發(fā)動機，功率16 kW，可攜帶28 kg 負載，用于農(nóng)田植保、棉花落葉、作物播種和田間信息采集等作業(yè)，已經(jīng)擁有3 000 名專業(yè)操作員。

歐洲無人機較多應用在飛機施藥、農(nóng)業(yè)測量、農(nóng)作物監(jiān)測等方面。法國ARB100-B 型無人機被用于農(nóng)業(yè)測量，利用配備數(shù)碼相機的遙控滑翔機CropCam，通過手動操作或預編程序搜集圖像數(shù)據(jù)以供農(nóng)業(yè)、林業(yè)及環(huán)保等使用。西班牙對農(nóng)用無人機技術理論創(chuàng)新研究較多，主要關注無人機遙感監(jiān)測技術、空中定量精準噴藥技術、圖像處理和傳感器研究等方面[9]。此外，近年來，阿根廷、巴西、澳大利亞等國家航空施藥發(fā)展迅速，農(nóng)用無人機主要應用于牧場的牧群定位，以及農(nóng)作物生長、旱澇、病蟲害監(jiān)測等。

2 國內(nèi)農(nóng)用無人機發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)農(nóng)用無人機應用主要集中在植保作業(yè)領域。我國從2004 年開始研究和推廣植保無人機，2010年首架商用植保無人機交付市場，拉開了其產(chǎn)業(yè)化的序幕[10]。近年來，得益于國家相關政策的大力支持，通過行業(yè)企業(yè)、高校院所等各方面的共同努力，我國農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術水平日趨成熟，市場培育逐步完善，進入高速發(fā)展階段，呈現(xiàn)5 方面特點。

2.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷加快

近年來，隨著土地流轉面積的持續(xù)增加，土地集中化、生產(chǎn)規(guī)?；粩嗉涌?，國家政策支持力度不斷加大，用戶對農(nóng)用無人機的需求大幅提升，有力推動了農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[11]。2013 年，農(nóng)業(yè)部開始在全國范圍內(nèi)推廣植保無人機低空低量航空施藥技術。2017 年，農(nóng)業(yè)部、財政部、民航總局聯(lián)合印發(fā)《關于開展農(nóng)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》，將植保無人機納入購置補貼目錄，并逐步在20 個省份開展試點。在補貼政策的拉動下，農(nóng)用無人機特別是植保無人機產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴大，裝備總量、作業(yè)面積均以指數(shù)級增長。2013 全國植保無人機只有100 架左右，作業(yè)面積不足6 667 hm2；2019 年植保無人機進入全面推廣階段，保有量約5.5 萬架，作業(yè)面積達0.33 億hm2次；2020 年植保無人機保有量為7.07 萬架，作業(yè)面積0.73 億hm2次，占我國病蟲害防治面積的20%以上。

2.2 技術水平持續(xù)提升

我國相關院所企業(yè)聚焦機載信息探測、自主飛行控制、施藥作業(yè)控制和超聲波測距等方面開展技術攻關，在多源傳感器融合的農(nóng)情遙感探測、基于病蟲害識別處方圖的精準施藥技術、作業(yè)路徑自主規(guī)劃與導航技術、基于藥液沉積運動規(guī)律的精準施藥技術等方面都取得了一些突破，研制了有效載荷10～35 kg 的多系列農(nóng)用無人植保作業(yè)裝備，巡航時間超過30 min[12-13]。植保無人機具備手動增穩(wěn)模式操控飛行和全自主飛行作業(yè)模式，可實現(xiàn)無人機超低空仿地飛行和超低空施藥，病蟲害防治效果已接近地面大型噴桿噴霧機的水平，平均防效達到80%左右。與此同時，植保無人機智能化水平加快提升，部分企業(yè)產(chǎn)品已具有4D 雷達成像、自主避障、仿地飛行、變量施藥、多機協(xié)同和快速裝藥等功能，產(chǎn)品田間適應性增強，操控更加簡單。部分產(chǎn)品配置智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)操作系統(tǒng)，通過RTK 導航、高清數(shù)字農(nóng)田、電子圍欄、物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等基礎設施，可實現(xiàn)測繪輔助+自主作業(yè)，以及自主決策、自動執(zhí)行，支撐植保無人機理論作業(yè)效率從不足6.67 hm2/h 提升至16.67 hm2/h[14-15]。

2.3 產(chǎn)品種類不斷豐富

農(nóng)用無人機以電池或燃油作動力，在結構上可分為單旋翼和多旋翼兩種機型。多旋翼無人機以電池驅(qū)動為主，因售價較低、操作簡單，市場占有率較高，但電動載荷量小、續(xù)航時間短。單旋翼無人機多以燃油作動力，載荷量和續(xù)航時間有所提升，但結構復雜、售價較高、市場份額較小。隨著市場規(guī)模不斷增長，無人機產(chǎn)品種類型號也不斷豐富，據(jù)統(tǒng)計，目前我國農(nóng)用無人機品牌超過400 個，型號有232 種，其中多旋翼168 種、單旋翼64 種，以電動多旋翼為主導的品牌型譜不斷拓寬。與此同時，隨著技術不斷發(fā)展進步和廣泛推廣應用，我國農(nóng)用無人機產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性有所提升，產(chǎn)品墜機率和事故率大幅降低。如整機模塊化技術的應用使農(nóng)用無人機框架強度提高30%，高效電池技術提升了電池充電速度和耐用度，機身防水密隔艙設計最高防水等級可達到IP67。

2.4 推廣應用步伐加快

2017 年，農(nóng)機購置補貼引導植保無人機規(guī)范應用試點在20 個省份展開，植保無人機推廣應用步伐加快。其中，在新疆、黑龍江、江蘇、湖南等農(nóng)業(yè)大省（區(qū)）植保無人機分布較為集中，主要用于水稻、小麥、玉米等大田農(nóng)作物的植保和噴施棉花脫葉劑作業(yè)。隨著農(nóng)用無人機的大規(guī)模應用，其對人力的替代效應進一步顯現(xiàn)。目前，植保無人機市場滲透率逐漸提升，已逐步替代傳統(tǒng)人力背負式噴霧器。2021 年新疆飛防滲透率高達80%，黑龍江省無人機開展水稻肥料撒播占比近50%，我國人力背負式植保作業(yè)占比已從2012 年的70%降至2020 年的40%。此外，農(nóng)用無人機的作業(yè)范圍逐漸由以植保作業(yè)為主拓展到種子撒播、肥料撒布、飼料撒布和水產(chǎn)養(yǎng)殖投食等方面，作業(yè)對象也由大田作物拓展到果園、茶園等經(jīng)濟作物，作業(yè)市場逐步細分，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益大幅提升。

2.5 市場主體發(fā)展壯大

近年來，全國從事農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的市場主體日益增多。目前，無人機制造企業(yè)有250 余家，零配件生產(chǎn)企業(yè)有400 多家，科研院所有20 多家。國內(nèi)企業(yè)主要集中在廣東、山東、江蘇、河南等地，涉及無人機的研發(fā)、銷售、作業(yè)服務、人才培訓和金融保險等領域。制造企業(yè)中，深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司、廣州極飛科技股份有限公司、無錫漢和航空技術有限公司、安陽全豐航空植?？萍脊煞萦邢薰尽⑸钲谔禚椥值軣o人機創(chuàng)新有限公司、北京韋加航通科技有限責任公司、羽人無人機（珠海）有限公司、北方天途航空技術發(fā)展（北京）有限公司等屬于行業(yè)代表，深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司和廣州極飛科技股份有限公司兩家占據(jù)國內(nèi)電動多旋翼植保無人機的主要市場。這些企業(yè)不僅在國內(nèi)迅速發(fā)展，并且相繼在美國、日本等30 多個國家和地區(qū)開拓了市場。

隨著農(nóng)機、農(nóng)技與農(nóng)資不斷融合，無人機制造企業(yè)和農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)、新型經(jīng)營主體共同組建專業(yè)社會化服務組織，推動植保無人機的作業(yè)服務。生產(chǎn)企業(yè)和服務組織通過云服務平臺，開展統(tǒng)一訂單管理、作業(yè)全程可溯和作業(yè)監(jiān)測監(jiān)督，建立了農(nóng)業(yè)社會化服務新模式。目前，農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)帶動了超過8 000 家飛防專業(yè)社會化服務組織的發(fā)展，已初步形成研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

3 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

3.1 關鍵部件自主化水平不足，產(chǎn)品質(zhì)量有待提升

農(nóng)用無人機關鍵部件包括主控芯片、電池、云臺、圖傳系統(tǒng)等硬件，以及航測軟件與云系統(tǒng)等。目前，我國主控芯片嚴重依賴進口，供應商包括高通、英特爾、德州儀器、三星等企業(yè)，芯片通常供應短缺，并且價格高。國內(nèi)主控芯片品質(zhì)不高，智能化、微型化程度較低，為保障無人機飛行的穩(wěn)定性與流暢性，中高端產(chǎn)品優(yōu)先選擇海外供應商。此外，國內(nèi)無人機產(chǎn)品存在電池續(xù)航時間短、噴灑作業(yè)效果較差、故障率高等問題，甚至出現(xiàn)作業(yè)過程中墜地的情況，總體性能和可靠性有待提升[16-17]。電池影響無人機的飛行速度和續(xù)航能力，具有較高的技術壁壘和準入門檻。國內(nèi)無人機普遍續(xù)航時間偏短，負重能力不足，特別是應用最為廣泛的電動多旋翼無人機，由于飛行效率較低，在載荷指標、航程、航時方面的短板十分明顯，需要頻繁更換電池和補充藥劑，油動力無人機可增加一些飛行距離和載荷量，但對操控者要求較高，買家較少使用。無人機施藥還存在藥液漂移等情況，導致漏噴、錯噴、重噴等現(xiàn)象。

3.2 行業(yè)管理亟待規(guī)范，標準建設尚不完善

我國農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)應用較晚但發(fā)展較快，行業(yè)管理尚不規(guī)范，標準缺失問題突出，法律法規(guī)不健全，監(jiān)管體系尚未成型。目前農(nóng)用無人機的生產(chǎn)和應用管理涉及多個部門，監(jiān)管職責不明晰，飛行作業(yè)審批手續(xù)復雜，農(nóng)地測繪數(shù)據(jù)的開放使用受到法律限制，無人機的購置、登記、年檢等工作還處于空白狀態(tài)。標準方面，農(nóng)用無人機目前尚未發(fā)布國標，已發(fā)布的3 項行標和16 項團標主要涉及質(zhì)量評價技術規(guī)范、安全操作、接口數(shù)據(jù)規(guī)范等方面?？傮w上，標準數(shù)量較少，多數(shù)標準集中在植保無人機領域，其他產(chǎn)品應用標準較少；標準體系建設滯后，無人機分類、分級標準、生產(chǎn)質(zhì)量檢測、檢測指標要求等不夠明確，專用藥劑相關標準不完善，應用運營、人員管理等環(huán)節(jié)專業(yè)標準缺失，有的仍沿用民用無人機通用性法規(guī)標準，甚至有部分地方標準和團體標準互不兼容[18-19]。

3.3 專業(yè)操作人員緊缺，技術人才亟待培養(yǎng)

相比人工和傳統(tǒng)農(nóng)機，農(nóng)用無人機存在施藥效果不穩(wěn)定和操控相對困難的問題，對操作人員的專業(yè)性要求比較高。如農(nóng)用無人機施藥時，需要操作人員結合作物的特點選擇合適的農(nóng)藥種類，對藥劑選用配比進行精準掌握，對噴灑濃度進行控制，對無人機調(diào)試、操控、維修、養(yǎng)護方面也需要具有較高的水平，否則容易出現(xiàn)違規(guī)操作或不當操作，從而造成安全事故，影響無人機作業(yè)效果[20]。目前，無人機制造商主要為用戶提供專業(yè)培訓服務，但受用戶分散等多重因素影響，培訓效果有限，具備專業(yè)操作技能的人員相對匱乏。從行業(yè)發(fā)展角度看，隨著農(nóng)用無人機智能化水平提升，需要一批機械、農(nóng)業(yè)、農(nóng)藥、電子技術方面的復合型技術研發(fā)人才，但目前大部分行業(yè)從業(yè)人員水平不高，人才培養(yǎng)和儲備相對落后。

3.4 配套服務不健全，推廣應用有待加強

良好的配套服務將促進農(nóng)用無人機市場擴展，反之將阻礙農(nóng)用無人機進一步推廣應用。目前我國農(nóng)用無人機相關保險、租賃、維修和推廣等配套服務組織大多仍處于起步階段，規(guī)?；?、規(guī)范化發(fā)展不足，存在機制不健全、組織實力弱、服務供給不足、管理不規(guī)范、市場開拓和抗風險能力弱等問題。如農(nóng)用無人機使用出現(xiàn)故障需要找專業(yè)人員進行維修，但一些售后服務網(wǎng)點覆蓋面較窄，無人機發(fā)生故障后難以快速修復，因此錯過植保作業(yè)最佳時期，影響植保作業(yè)效率。此外，無人機保險有效期短、保費較高、維修保養(yǎng)成本高也將制約農(nóng)用無人機的推廣應用。

4 對策建議

4.1 明確監(jiān)管職責，強化相關政策支持

推動盡快發(fā)布《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》，明確農(nóng)用無人機安全監(jiān)管職責，建立跨部門協(xié)調(diào)機制，強化農(nóng)用無人機各管理部門協(xié)同聯(lián)動，加強對無人機市場的引導和監(jiān)管。制定針對性的產(chǎn)業(yè)規(guī)范、相關服務制度標準及市場準入準則，保證農(nóng)用無人機的產(chǎn)品質(zhì)量。完善執(zhí)法部門關于審批方式的報批報備機制。加快建立農(nóng)用無人機的監(jiān)管平臺，實現(xiàn)多部門數(shù)據(jù)互通。加快完善農(nóng)用無人機安全管控體系，推進農(nóng)地測繪數(shù)據(jù)的共享應用。加大對農(nóng)用無人機推廣應用的政策導向和扶持力度，優(yōu)化植保無人機等農(nóng)用無人機的補貼分檔和補貼方式。

4.2 整合資源力量，加強關鍵核心技術攻關

堅持需求牽引，整合各方面的資源力量，著力構建企業(yè)為主體、產(chǎn)學研用緊密結合的創(chuàng)新體系，加大關鍵核心技術攻關力度，提升產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈自主可控能力。鼓勵開展關鍵技術的設計與優(yōu)化，支持專用藥劑的篩選與研發(fā)，重點加強無人機控制芯片、專用施藥噴嘴等核心零部件的攻關，加快突破實時精準定位、動態(tài)場景感知與避讓、面向復雜環(huán)境的自主飛行、群體作業(yè)等核心飛行控制技術，開發(fā)精準噴施、多機協(xié)同作業(yè)智能控制、農(nóng)情低空遙感信息獲取等核心航空作業(yè)技術，研發(fā)高效輕量化航空精準噴施關鍵部件，研制空機質(zhì)量多等級的農(nóng)用無人機系列產(chǎn)品，加快研發(fā)生產(chǎn)無人機專用高效、低毒、低殘留、低污染的藥劑。

4.3 健全標準體系，引導行業(yè)健康有序發(fā)展

加快完善農(nóng)用無人機標準體系，重點推動農(nóng)用無人機及作業(yè)部件在產(chǎn)品（質(zhì)量）標準、作業(yè)質(zhì)量、鑒定標準、質(zhì)量檢測認證標準、操作規(guī)范與人員培訓等管理標準方面的標準化建設，加快制定播種、施肥、遙感、輔助授粉等應用標準，加快推動制定專用藥劑技術標準、評價標準、檢測標準。充分發(fā)揮科研院所、高校等優(yōu)勢試驗資源，加快構建無人機性能評價標準體系，加快構建性能評價標準體系及配套性能檢測平臺。積極參與國際標準制定組織（ISO）無人機相關標準起草工作，增強產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際話語權和影響力。

4.4 優(yōu)化配套措施，完善社會化服務體系

著力優(yōu)化基礎設施建設，建立專業(yè)性培訓機構，推進技術人才培養(yǎng)，制定農(nóng)用無人機人才培訓計劃，明確培訓方式和內(nèi)容，全面加強機手操作技能和農(nóng)業(yè)知識培訓，打造高素質(zhì)農(nóng)機手隊伍。建立健全售后服務體系，提升植保無人機技術保障水平，加強農(nóng)業(yè)技術管理服務部門、農(nóng)機合作社、農(nóng)機作業(yè)公司、維修廠及經(jīng)銷企業(yè)等合作，為農(nóng)戶運用植保無人機提供全程技術保障。加大社會化服務體系的政策扶持，大力發(fā)展技術能力強、管理先進的專業(yè)服務組織，推進統(tǒng)防統(tǒng)治社會化服務。探索實行用戶購買強制保險、國家進行部分補貼、生產(chǎn)商提供額外補充保險的機制，降低用戶風險、鼓勵推廣使用。鼓勵企業(yè)通過海外農(nóng)業(yè)援助，加快農(nóng)用無人機和數(shù)字智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)“走出去”步伐。

5 結束語

近年來，我國農(nóng)用無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術水平日趨成熟，市場培育逐步完善，已進入高速發(fā)展階段?？偨Y梳理了國內(nèi)外農(nóng)用無人機技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，針對當前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)面臨的關鍵部件自主化水平不足、行業(yè)監(jiān)管不明確、標準建設不完善、專業(yè)操作人員缺乏和配套服務不健全等問題，從健全管理機制、加強關鍵技術攻關、強化標準體系建設和完善社會化服務體系等方面提出了對策建議，為推動我國農(nóng)用無人機技術進步和產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供借鑒參考。