杜書榮， 董曉明， 王 威， 吳豪豪， 吳其深， 白巖森

（中國農業(yè)機械化科學研究院集團有限公司，北京 100083）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，越來越多的高新技術成果被應用于農業(yè)領域。無人機具有不受地形限制、操作靈活、起降簡單、對人員傷害小等特點，被廣泛應用于農林作業(yè)、地質勘探 、應急救援、道路交通安全、藝術創(chuàng)作等多個領域[1-2]。農用無人機是農業(yè)領域用于農林作業(yè)的無人駕駛飛機，由飛行平臺（固定翼、單旋翼、多旋翼）、飛行控制系統(tǒng)、作業(yè)裝備及其他附件組成，通過地面遙控或導航來飛行。農用無人機不僅對丘陵水田等多種地形的適應能力強，而且作業(yè)質量好，能做到精準施肥噴藥、氣流下壓藥滴至作物表面、近距離監(jiān)測目標物等，還可有效解決農業(yè)生產人手不足、人工效率低的問題，無人機作業(yè)效率可達人工作業(yè)的60～90 倍[3]。近幾年，我國農用無人機低空作業(yè)技術發(fā)展迅速，無人機在種植業(yè)中用于植保、播撒種子肥料及授粉、作物長勢及病蟲害等農業(yè)環(huán)境監(jiān)測，在畜牧業(yè)中用于牧區(qū)定位、野生動物保護，在漁業(yè)中用于水體或水生生物監(jiān)測、打擊追蹤非法捕撈行為[2,4-5]。農業(yè)機械展覽已成為“農用無人機”主展區(qū)，無人機在農業(yè)領域的深化應用，有助于提高農業(yè)信息化、智能化、精準化水平，對促進我國農業(yè)現代化發(fā)展具有重要作用[6-8]。

目前，我國農用無人機品牌企業(yè)有深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司、廣州極飛科技股份有限公司、珠海羽人農業(yè)航空有限公司、北方天途航空技術發(fā)展（北京）有限公司、無錫漢和航空技術有限公司等。數據顯示，截至2021 年8 月，中國無人機專利申請量占全球無人機專利總申請量的70.58%；其次是美國占12.62%[9]。在無人機市場份額占76.1%的大疆創(chuàng)新是無人機行業(yè)專利申請數量居全球首位的申請人，但在被引用次數最多專利申請人前10 名中卻未上榜。國內農業(yè)無人機大部分由航模企業(yè)發(fā)展而來，還有一部分由農藥生產或農資企業(yè)、與無人飛機有關的軍工企業(yè)及新成立的高新科技公司發(fā)展而來[10]。從事核心技術研究的農用無人機企業(yè)仍處于較低水平，大多生產企業(yè)規(guī)模較小，企業(yè)研發(fā)能力薄弱，科技創(chuàng)新能力不足；目前無人機的標準存在空白區(qū)，農用無人機還沒有國家標準，已有的其他標準（如行業(yè)標準、地方標準、團體標準）通用性較強，而行業(yè)適用性較弱；農用無人機市場準入門檻低，監(jiān)管部門職能劃分不明確，監(jiān)督檢驗不到位，以致無人機產品質量無法保證，無人機炸機跌落時有發(fā)生，無人機農業(yè)航空被稱為“無人機無人管”[10-12]。對此，建立農用無人機專業(yè)檢測平臺，加強對無人機的監(jiān)督檢驗，是提高無人機質量的有效途徑之一。本文從國家監(jiān)管的角度出發(fā)，探討建設農用無人機監(jiān)督檢驗平臺的必要性，并就監(jiān)督檢驗平臺建設內容的重點進行介紹，以期為完善市場監(jiān)督管理提供思路。

1 建設檢測平臺背景及意義

我國農用無人機與發(fā)達國家相比起步較晚，但發(fā)展迅速。2012 年農用無人機僅幾百架，2020 年特殊大環(huán)境下累計銷售量達6 萬架[13]。不過發(fā)展至今，該行業(yè)還未形成一個完整的質量管理體系，學者們對此進行了積極探索。羅錫文[14]通過對比國內外農業(yè)航空技術的發(fā)展、管理及應用等各方面的現狀，提出發(fā)展我國農業(yè)航空技術既需要加強研究攻關，也需要通過明確監(jiān)管部門、制定制造和鑒定標準、建立準入制度等多種方式加強管理規(guī)范。周鈺哲[15]指出我國無人機生產企業(yè)很大一部分由航模生產企業(yè)轉型而來，無人機現在正處于蓬勃發(fā)展時期，但尚未形成完善的法律法規(guī)和標準體系，違規(guī)飛行帶來安全隱患，多部門監(jiān)管協調困難、存在管理漏洞和重疊，他呼吁相關部門借鑒國外管理經驗，從建立法規(guī)標準體系、實行實名登記制度、建設審批監(jiān)測的監(jiān)管平臺3 個方面完善我國無人機的管控。李忠昊等[16]提出國家應嚴格對無人機質量進行檢驗監(jiān)督，他認為我國缺乏針對無人機質量檢驗和監(jiān)督的法律法規(guī)，相關部門的檢驗人員也缺乏責任意識，缺少監(jiān)督檢驗的明確規(guī)范和流程。他根據無人機質量檢驗監(jiān)督的現狀提出3 點對策：一是完善制度和機制，加強監(jiān)督抽查和懲處措施，促使無人機企業(yè)提高質量；二是加強質量安全的正面宣傳，增強無人機企業(yè)的安全意識；三是監(jiān)督和檢驗人才培養(yǎng)，杜絕不合格產品的出廠售賣。

完善農用無人機質量管理體系，提高農用無人機的安全性，需要生產企業(yè)、國家管理部門和農戶等多方的共同努力。通過有效且完善的檢測平臺完成監(jiān)督檢驗，是國家監(jiān)管的重要方式之一。

農用無人機生產許可認證需要檢測平臺。近5 年，我國小型農用無人機發(fā)展很快，市場潛力巨大，但也出現一些亟待解決的問題，如無人機產品質量參差不齊的問題。這種情況如不盡快加強管理，無人機安全難以保證，可能導致無人機行業(yè)的無序發(fā)展，后果堪憂。農用無人機企業(yè)在申請生產資質時，管理部門應該對其生產的首個無人機產品進行嚴格的檢驗檢測。經過在專業(yè)檢測平臺的全面測試，才能確保企業(yè)有足夠的生產能力。對企業(yè)生產能力的監(jiān)督不僅要注重首次申請的企業(yè)，更要注重平時生產中隨機的一致性抽查和監(jiān)督檢查。建立專業(yè)的農用無人機檢測認證平臺可以統(tǒng)一入市標準，提高市場準入的門檻，強化監(jiān)督管理，促進無人機產業(yè)健康發(fā)展。

無人機安全性認證需要檢測平臺。無人機安全性認證主要包括“產品安全性”和“防空安全性”兩方面[17-18]。產品安全性要求各廠家生產的無人機質量可靠、性能穩(wěn)定，盡可能降低其對人身安全和財產造成的威脅；防空安全性是指無人機要具備自動識別禁飛空域的能力，以防不法分子利用無人機進行非法活動，威脅國家安全。提高農用無人機安全性，源頭管理是關鍵。無人機企業(yè)在進入市場之前需要申請獲得國家審批認定的生產資質，同樣地，具有生產資質的企業(yè)生產的新產品在進入市場前也需要進行檢測。該項檢測應該圍繞無人機本身安全和對周圍人及物的安全展開，這就需要通過檢測平臺對其性能和參數進行全面的檢驗檢測。通過檢測平臺的強制性檢驗，進一步監(jiān)督無人機的安全性能，嚴把質量關。

購機補貼需要檢測平臺。2017 年9 月，農業(yè)部、財政部、中國民用航空局聯合發(fā)布《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》[19]。購機補貼作為重要的惠農政策之一，對購買農機的農民和合作社來說是一項重要的補助，它可以引導群眾選購優(yōu)質安全的產品。對于通過檢驗檢測且符合要求的達標產品給予購機補貼，既能正面引導群眾使用安全無人機，倒逼企業(yè)注重產品安全，也能防止不法分子利用不合規(guī)產品騙取補貼的行為。建立明確的行業(yè)檢測標準和專業(yè)的檢測平臺能確保購機補貼發(fā)揮最大的作用：一方面切實做到減輕農民負擔，另一方面確保農業(yè)無人機的安全性。

綜上所述，建立建全適合我國國情和農用無人機發(fā)展需要的行業(yè)檢測標準體系，研發(fā)相應的檢驗檢測平臺，能有效保證農用無人機產品質量，提高我國農用無人機行業(yè)的規(guī)范化和有序化水平，確保農業(yè)無人機的安全性，促進農用無人機行業(yè)良性發(fā)展。

2 國內檢測平臺現狀

2019 年11 月，深圳市龍崗區(qū)無人機測試場正式啟用，該測試場面向區(qū)內外無人機產業(yè)鏈企業(yè)提供無人機測試專用場地并可滿足無人機任務載荷驗證、數據鏈測試、檢測、維修、保養(yǎng)、飛行培訓、青少年科普、無人機賽事舉辦等場地需求[20]。2021 年9 月，由西北工業(yè)大學無人機研究所（西安愛生技術集團有限公司）建設運營的國內首個面向全行業(yè)的專業(yè)無人機系統(tǒng)試驗測試公共服務平臺?靖邊通用機場（無人機試驗測試中心）獲頒機場使用許可證正式投用，建設有無人機科研試驗、定型鑒定、試航認證、操作維護人才培養(yǎng)、科普教育、無人機試驗測試標準研究和無人機試驗測試技術研究等12 大功能平臺。作為中國首個專業(yè)無人機試驗測試基地，有效填補了我國無人機產業(yè)鏈在試驗測試環(huán)節(jié)的空白[21]。

深圳深光標準技術有限公司可以根據國標GB/T 38058?2019 進行最大起飛質量在150 kg 以下的無人機進行性能測試，測試內容主要包括民用多旋翼無人機的最大起飛質量測試、最大作業(yè)半徑測試、最大平飛速度測試、航跡精度、高低溫及濕熱條件性能測試、輻射發(fā)射測試、 測試頻段在30 MHz～6 GHz 的輻射發(fā)射測試、按照GB/T 17626.3 進行布置的射頻電磁場輻射抗擾度測試[22]。第三方檢測機構北京中科光析化工技術研究所分析檢測中心可以進行軍用民用多類型無人機的可靠性檢測、跌落試驗、飛行性能測試、碰撞試驗、電磁兼容檢測、抗電強度檢測、抗高低溫檢測、絕緣電阻檢驗、無人機抗風能力檢測等[23]。2017 年，國家精準農業(yè)航空施藥技術國際聯合研究中心成立了農用無人機檢測中心平臺，搭建了多旋翼無人飛行器性能測試平臺、抗風性測試平臺?風墻模塊、懸停與升力檢測平臺、室內軌道式霧滴沉積漂移測試平臺，為專業(yè)化農用無人機檢測平臺的建設做了很好的前期探究，但該平臺尚未達成面向社會提供檢驗檢測的規(guī)模[24]。2018 年經工業(yè)和信息化部推薦、國家認監(jiān)委組織專家論證并批準，工業(yè)和信息化部電子第五研究所與深圳賽寶工業(yè)研究院共同籌建了一所國家無人機系統(tǒng)質量監(jiān)督檢驗中心，可向無人機全產業(yè)鏈提供檢測認證服務和技術支持。

與傳統(tǒng)農業(yè)機械、機動車等行業(yè)相比，國內缺乏專門針對農用無人機的國家級監(jiān)督檢驗機構和檢測平臺。農用無人機作為無人機的一個應用分支，與其他類型民用無人機相比具有共性，也有其特有的個性。農用無人機的作業(yè)環(huán)境較為復雜多變，涉及山地、水田、森林、湖泊等；其作業(yè)對象通常為農作物、樹木叢林或者牛羊魚蝦；為實現作業(yè)目的，農用無人機通常要搭載特定的設備，如農藥噴灑裝置、花粉撒布裝置、紅外光譜或高光譜等光譜儀及可見光圖像攝取裝置等，因此農用無人機的檢測平臺需要針對其作業(yè)特性進行建設。部分農用無人機生產企業(yè)為了檢測自己的設備自行搭建了無人機測試中心，大致分為動力系統(tǒng)測試、整機干擾測試、電池系統(tǒng)測試、整機強度測試、空間環(huán)境適應性測試（使用風洞實驗室對飛機外殼作氣動性測試）、負載提升力測試、環(huán)境測試等。

我國農業(yè)各方向專用的無人機仍缺乏全面的行業(yè)檢測標準，也急需專業(yè)的檢測平臺。我國農田多為散戶耕種，分布零散，所以農用無人機以小型為主。檢測平臺的對象主要是小型單旋翼和多旋翼無人機，檢測平臺的建設規(guī)模要求相對較小，安全性和可靠性檢測方面的要求較高。

3 農用無人機檢測平臺建設內容

在農用無人機設計與開發(fā)、產品鑒定與認證過程中，專業(yè)的農用無人機性能檢測場及測試裝備具有非常重要的作用，它既可以保證無人機設計研發(fā)過程中的安全性和可靠性，也為市場鑒定提供了必要條件。明確的農用無人機檢測規(guī)范可以大力提升農用無人機行業(yè)的技術水平，加快行業(yè)洗牌，促進農用無人機企業(yè)的優(yōu)勝劣汰[25]。針對農用無人機的性能和特點，建設農用無人機檢測平臺需重點關注以下方面。

3.1 飛行安全區(qū)域監(jiān)控性能檢測平臺

建立“多星兼容式”偽衛(wèi)星模擬發(fā)射系統(tǒng)，提供全球區(qū)域衛(wèi)星模擬信號，檢測無人機能否自動識別標準所規(guī)定的安全飛行區(qū)域，是否會在禁飛區(qū)域內“起飛”或“飛越”。農用無人機應當具備自動識別特定空域的能力，能夠智能感知和規(guī)避政治敏感空域、機場空中交通走廊等限制空域。無人機“黑飛”的行為屢屢爆出，僅靠地面禁飛標志并不能完全切斷“黑飛”路徑，建立“多星兼容式”偽衛(wèi)星模擬發(fā)射系統(tǒng)有效檢測無人機區(qū)域感知性能，確保無人機能主動識別禁飛區(qū)域，為安全飛行增加保障。

3.2 飛行控制系統(tǒng)電磁兼容性檢測平臺

建立大功率電磁兼容性試驗場，提供寬頻高壓脈沖電磁干擾場，測試無人機電磁兼容性能。電磁兼容試驗場由屏蔽主體結構、測試儀表設備、操作監(jiān)控室組成，需要覆蓋所有民用頻段電磁波，以便完成全頻段范圍的農用無人機電磁兼容性測試。農用無人機體積一般較小，要在試驗場的空間內安裝數十種電子、電氣及計算機設備，提供不同等級的電磁兼容試驗環(huán)境，考察飛機的抗電磁干擾的能力。飛行控制與管理計算機是飛機控制系統(tǒng)的中樞，需要在各種電磁干擾的條件下可靠的工作，完成飛機控制及各種任務設備的管理，意義重大。

3.3 空地通訊鏈路抗干擾性能檢測平臺

設計大功率無線電掃頻裝置，檢測無人機與地面站通訊系統(tǒng)抗干擾能力及誤碼率。無人機控制、通訊鏈路由大量的電子設備（數傳電臺、遙控器信號、圖傳及差分電臺等）組成，這些設備在使用過程中會產生大量的電磁輻射。如果系統(tǒng)設計不當，無人機空地通訊鏈路不僅會受到外界無線電的干擾，自身設備之間也會相互干擾，對無人機的飛行安全產生隱患?？盏赝ㄓ嶆溌返目垢蓴_能力是無人機能否安全飛行的決定性條件。

3.4 抗風性能檢測平臺

建立大型風洞試驗場，模擬現場急促風和陣風環(huán)境，測試無人機在不同風力下的響應，檢測其抗風性能，鑒定抗風能力等級。風洞是人工產生和控制氣流，模擬飛行器周圍氣體的流動，并可量度氣流對物體的作用，以及觀察物理現象的一種管道狀試驗設備，它是進行空氣動力試驗最常用、最有效的工具，可以近似模擬飛行過程中的風力擾動狀態(tài)，有效地評價無人機的飛控性能，減小后續(xù)使用階段的風險。

3.5 基本性能參數檢測平臺

建設農用無人機綜合性能自動測試平臺，檢測無人機有效任務載荷、續(xù)航時間、飛行速度、避障能力、導航精度及高程控制精度等基本性能參數。這些參數在地面模擬過程中較難獲取，所以有必要研發(fā)構建合適的機載測試系統(tǒng)在飛行試驗中實時測量、記錄農用無人機基本性能參數，為產品性能鑒定提供依據。

3.6 作業(yè)裝備性能及作業(yè)效果檢測平臺

建立農用無人機機載作業(yè)裝備性能檢測平臺及作業(yè)效果分析試驗場，鑒定評價農用無人機作業(yè)效果。以植保無人機為例，可以建立霧滴空間分布場自動檢測系統(tǒng)，自動檢測霧滴大小、空間分布、噴藥量及飛行器自身風場造成的霧滴漂移狀況檢測，評估航空噴灑效率；建立藥效分析試驗場，檢測不同藥劑及噴灑模式對藥效的影響。針對各種無人機的作業(yè)類型和特點，設計全面有效的檢測平臺。

4 結束語

近年來，針對農用無人機的法律法規(guī)與作業(yè)標準不斷出臺，隨著農用無人機在各個環(huán)節(jié)和農業(yè)分支中的廣泛應用，市場需要完整的行業(yè)法律法規(guī)和 “從行業(yè)準入、生產、作業(yè)、環(huán)保監(jiān)測到評價反饋”完整的標準體系為質量和安全保駕護航，而監(jiān)督檢驗是提高質量的重要環(huán)節(jié)之一。我國農用無人機正處于發(fā)展勢頭，建立專業(yè)的檢測平臺，明確檢驗檢測標準，從無人機的安全性、可靠性、基本性能參數、作業(yè)效果等各個方面進行監(jiān)督檢測，可以引導農用無人機進入高質量發(fā)展階段，對加快我國農業(yè)現代化進程具有重要意義。