農業植保無人機發展現狀及趨勢

李欣雨++溫曉鑫+葛宜元

摘 要：無人機在軍用與民用領域都具有良好的實用性，各國對無人機的研發都非常重視。農業航空技術已成為各國現代化農業的關鍵技術，在農業生產中占有很大比重。日本、美國、韓國等國家植保無人機技術成熟，并已廣泛應用于農業。我國的無人機研究起步較晚，技術水平與發達國家存在一定差距，但無人機航攝技術處于領先地位。由于土地流轉等原因，無人機在農業上應用前景廣闊，但價格昂貴和配套服務滯后，導致無人機的推廣受阻。因此，研究適合于中國國情的植保無人機及服務，顯得尤為重要。

關鍵詞：農業；植保；無人機；現狀；發展趨勢

中圖分類號：S252.3 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.08.001

0 引 言

無人機是采用無線電遙控設施和程序進行控制的不載人飛機，包含無人直升機、固定翼飛行器、多旋翼飛行器等機型[1]。從20世紀80年代開始，民用無人機的研究拉開序幕[2]。現在，無人機在農業、國家地理信息測繪、安保監控、綜藝節目外拍等領域應用廣泛，市場前景看好。特別是在農業植保領域，無人機以其作業高效率備受農民青睞。傳統的噴藥機效率低，人工成本相對較高；人工噴藥除勞動強度大，操作人員易中毒外，還存在作物受藥質量差等缺點；人工每天的噴防量僅為10余畝，而無人機日作業面積可達300～500畝，是高架噴霧器作業效率的8倍左右[3]。隨著中國經濟的飛速發展和農村土地流轉規模的不斷擴大，植保無人機產業潛在市場巨大，發展前景可觀，但仍面臨諸多障礙。

1 國外植保無人機發展現狀

1.1 日本植保無人機發展現狀

農用無人機除作業效率高、節約人力物力外，還可節約50%的農藥使用量和90%的用水量，且作業不受作物長勢和地形的限制[3-5]。日本山地多、地塊狹小且分散；農村勞動力短缺，人口老齡化嚴重是促進無人機發展的核心驅動因素。日本農用無人機的應用已有20多年的歷史，1987年，日本雅馬哈公司生產出20 kg級別的噴藥無人機R-50，成為世界上第一個使用農用無人機噴藥的國家。目前登記在冊的田間作業無人機2000多架，防治面積達到100萬hm2，無人機施藥已占總施藥面積的50%以上，是無人機應用最成熟的國家[6-9]。日本無人機采用團隊購買的方式，農業協會、各種社會團體、服務公司、政府和個人手中都持有一定數量的植保無人機。大量的植保服務公司會對無人機操作人員進行30天的飛行培訓；保險公司為無人機提供保險服務；售后服務體系健全，當無人機出現故障后，可以到附近修理廠進行修理，重大故障還可以使用備用飛機[10]。鑒于以上措施，日本無人機市場占有率很高，達到60%以上[11]。日本無人機技術成熟，服務配套健全，值得借鑒和學習。

1.2 美國植保無人機發展現狀

美國無人機研究重點集中在精準農業遙感技術方面，但農藥噴灑領域也引起了高度重視[3，12]。目前，美國主要采用有人駕駛固定翼飛機，年噴灑面積高達3200萬hm2，占總耕地面積的50%以上，采用飛機作業完成65%的化學農藥噴灑，其中水稻施藥作業100%采用航空作業方式[8-9]。美國在2015年之前不允許商業化無人機飛行，2015年夏天放開無人機管制，但目前無人機在植保領域禁用，卻允許進口日本雅馬哈公司無人機[10]。美國擁有“全球鷹”等世界一流水平的無人機技術，在政府開放民用無人機領域管制后，軍事科技應用于民用無人機成為可能。

1.3 其它國家植保無人機發展現狀

歐洲無人機智能化水平較高，擁有多家無人機廠家和服務公司。2013年，歐盟無人機管理協會將無人機納入歐盟民用航空系統[13]。20世紀80年代末至90年代初，出于對環境及安全的重視，航空噴灑在歐洲禁用[14]。歐洲直升機必須經相關政府批準后使用。韓國是繼日本之后，率先實現農業機械化的國家，也是農用無人機發展較早的國家，對植保無人機的接受程度較高[15]。韓國植保無人機市場主要是進口無人機，且90%以上來自于中國。2005年雅馬哈成功進駐韓國，2016年深圳天鷹兄弟無人機進駐韓國市場，并設立多個服務點來解決售前售后的問題。目前，韓國各地方農協會擁有80%的農用無人機，其余的則是營農組合法人或個人接受政府援助購置。作為農業航空大國的俄羅斯，擁有農用飛機11 000架，航空作業面積占總耕地面積的35%。俄羅斯是一個空中管制嚴格的國家，在民用無人機方面案例較少[15]。除此之外，南非、澳大利亞、智利、阿根廷、巴西等國家都已經將無人機應用于農業植保作業[3]。

2 國內植保無人機發展現狀

中國的植保無人機研究主力主要集中在部分高校和航模飛行器科技公司。高校研究主要著重于理論研究，比如數學模型的建立及控制方法的設計與驗證等方面，其中國防科技大學、天津大學、南京航空航天大學、北京航空航天大學等走在了研究四旋翼飛行器的前列。2004年，科技部863計劃、農業部南京農機化所等項目和機構開始了植保無人機的研究和推廣[3，10，14，16]；2008年，開始研究小型無人機單旋翼低量施肥航空噴霧技術；2010年，第一架商用植保無人機的出現，正式揭開了中國植保無人機產業化的序幕[8]。

我國深圳大疆公司的無人機航攝技術處于世界一流水平，生產的無人機遠銷全球，成為行業的領導者，其產品從無人機飛控系統到整體航拍方案、從多軸云臺到高清圖傳，已被廣泛用于航拍、電影、農業、能源、遙感測繪、野生動物保護等領域。2015年12月，推出大疆MG-1智能農業植保機，正式進入農業無人機領域[17-18]。大疆MG-1配備調頻連續波雷達和先進的飛控，具有自動地形跟隨功能，自動保持與農作物之間的距離，保障均勻的噴灑效果[19]。深圳天鷹兄弟無人機目前旗下擁有8家子公司，并且在海外成立了分支機構。與美國麻省理工、河南工業大學、佳木斯大學等國內外院校簽訂合作協議，共同研發無人機。天鷹兄弟無人機進入韓國市場，并獲得韓國政府80%的購機補貼，成功拓展東南亞等海外市場[20-22]。

中國幅員遼闊，作物結構及地形復雜化，所以對無人機的要求也不同。據相關資料顯示，中國植保無人機市場大概為1100億元，而且這個市場是持續增長的剛性需求。企業在分享這個巨大蛋糕的同時，也出現了行業發展混亂、配套設施不健全等問題。針對中國無人機市場的諸多特點，市場本身的良性發展和國家政策的支持尤為重要。我國近幾年也頒布了相關的鼓勵政策。中央1號文件連續11年聚焦“三農”，2014年中央1號文件要求“推進農業科技創新”“加快農用航空建設”。湖南省是第一家頒布低空飛防作業的省份，也是享受農機補貼的第一個省份。2016年有5～7個省規定無人機享受國家農機補貼政策。另外，植保系統的飛防項目補貼也可以報相關部門審批。隨著中國農業向精準農業、綠色有機農業方向的發展，使用植保無人機作業已成為中國農業的發展趨勢。

3 中國植保無人機行業存在的問題及發展趨勢

3.1 存在的問題

植保無人機的高效率等優點，使其成為農業植保領域的一個利器。面對中國巨大的市場潛力，無人機企業也如雨后春筍般快速發展。縱觀中國無人機的發展現狀，在迅速發展的同時，也存在著一些亟待解決的問題。

（1）技術研發能力薄弱、故障率高、續航時間短。目前，中國官方數據注冊無人機的企業達400多家，而真正生產出產品的企業約為100家。除少數植保無人機企業有一定技術優勢外，其他企業均沒有足夠的技術積累，導致了無人機故障率高，安全性飽受爭議。據前瞻產業研究院提供的《中國無人機行業市場需求預測分析報告》分析，99%廠商都只能做到組裝，很少有技術基礎[23]。另外，無人機載重量小、續航時間短也是一個難題。

（2）價格高、農機補貼政策滯后。目前，價格過高是限制農民使用植保無人機的主要原因。各生產企業無人機價格基本保持在5萬～20萬不等。在國家實行土地流轉政策后，農業規模化生產條件較好的北方平原地區已開始嘗試使用植保無人機，但是作為新興農機，無人機能享受到補貼的省份卻很少，一些潛在客戶面對高價格望而卻步。為此，政府應制定相關農機補貼政策，并對植保無人機企業在資金、場地、稅收等方面予以更多支持[24-25]。

（3）配套服務、飛控人員培訓體系不健全。無人機行業實力不均、配套服務不足是我國植保無人機在實際應用中的一大瓶頸，全國各地均有植保無人機制造企業，但相關配套的產業鏈分布地區不均，農戶遇到產品損毀問題時，不能及時得到維修或者維修時間成本較高[26]。此外，植保無人機保險服務今年剛剛興起，還需要不斷完善，以支持植保無人機領域良性發展。使用人員操作不當也是無人機故障率高的原因之一，目前無人機操作員的培訓大多由生產制造企業完成，缺乏規范的程序和教學體系，培訓質量難以保證，真正合格的操作員很少。在《民用無人駕駛航空器系統駕駛員管理暫行規定》發布之后，我國無人機駕駛進入持證飛行階段。但該項規定屬于臨時性管理規定，培訓機構、培訓標準、執照等級等問題仍需進一步確定[27]。

（4）行業標準不完善、監管性法律法規欠缺。首先，植保無人機的生產缺乏統一的標準，包括技術標準、性能標準及植保標準，造成企業重復研發投入、低水平競爭和不安全事件的發生。這也導致了政府無法出臺確切的扶持政策。據了解，目前僅有深圳針對民用無人機制定了較為完備的標準體系[28]。其次，植保無人機運營監管仍不明確。目前出臺的《民用無人機空中交通管理辦法》和《關于民用無人機的管理有關問題的暫行規定》，只有籠統的說明，對無人機如何運行、如何申請空域和管理、具體的管理部門和申辦飛行許可證件等流程卻未提及。政策的不明確以及空域、飛行許可等證件申請時通過率低，使無人機出現了嚴重的“黑飛”“亂飛”現象，還可能被不法分子利用進行違法犯罪活動[27-29]。

3.2 植保無人機發展趨勢

針對中國無人機產業的現狀，植保無人機的發展趨勢歸納為以下幾個方面。

（1）提高續航時間、載重量，降低故障率。整合植保無人機生產企業，加大無人機關鍵技術研發投入，如無人機故障懸停技術以及飛控系統精確度、簡便性的研究等，避免資源重復投入導致的資源浪費情況。目前，植保無人機載重量在5～20 kg，載重量過少使得操作及路徑規劃更為復雜。無人機的續航時間也是一個關鍵性問題。續航時間的長短取決于所用電池系統的功能，加大電池系統的研究尤為重要。2017年2月，由中國航空技術進出口總公司和科比特航空聯合推出了多旋翼垂直起降無人機HYDrone-1800，其采用先進的氫燃料電池系統，創造了該級別無人機270 min續航的新世界紀錄。

（2）制定行業標準、監管法律法規、農機補貼政策及售后服務。隨著植保無人機行業的不斷發展，相關配套服務維修、保險等也會更加完善和成熟[16]。加強民航主管部門間的協作，從生產、銷售和使用環節對無人機進行全面管理，制定統一的行業標準，提升無人機的可靠性[27]。明確飛行任務申請及空域申報程序，細化管制規則，使飛行合理合法。希望國家盡快推動低空空域改革，進一步減少行政審批。加強民用無人機駕駛員的操作技能、專業知識和技能的培訓，培養合格駕駛員，確立駕駛員培訓機構和認證標準，規范飛行活動[27]。

（3）飛防專用藥劑的研制。植保無人機的飛速發展將推動農藥企業的改革創新和轉型整合。根據植保的特點，研制生物性環保飛防專用農藥，提高藥劑利用率，可以降低農藥殘留，提高農作物的品質。

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