我國農用無人機產業發展現狀及建議

歐陽安

（工業和信息化部裝備工業發展中心，北京 100846）

0 引言

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

1 國外農用無人機發展現狀

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

美國是世界上農業航空技術最先進、應用最廣泛的國家之一，森林植保和水稻施藥作業全部采用航空作業方式。美國大型農場主要采用續航時間較長、載荷量較大的有人駕駛飛機進行植保作業。美國擁有強大的農業航空組織體系，成立了國家農業航空協會和近40 個州級農業航空協會，擁有近2 000 家農業航空作業服務公司，農業飛機和航空材料制造企業有500 多家，非常重視對農業航空產業的扶持。目前，農用無人機主要應用于作物播種、施肥和施藥等生產環節。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業技術趨于成熟，作業更加優質高效，對環境的污染較低[5-7]。

日本是最早將無人駕駛直升機施藥技術運用于農業生產的國家。1987 年，日本生產了世界上首臺農用噴藥無人機，農藥噴灑技術已非常成熟。2019 年，日本制定了普及農用無人機計劃，計劃到2022 年，農用無人機作業覆蓋的農田面積增加到100 萬hm2。目前，日本農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，已成為世界農用無人機大國。日本農用無人機產業發達，雅馬哈的RMAX 系列無人直升機能適應多種復雜環境下的作業需求，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，植保作業效率為7～10 hm2/h[8]。洋馬的農用無人機采用雙缸水冷發動機，功率16 kW，可攜帶28 kg 負載，用于農田植保、棉花落葉、作物播種和田間信息采集等作業，已經擁有3 000 名專業操作員。

歐洲無人機較多應用在飛機施藥、農業測量、農作物監測等方面。法國ARB100-B 型無人機被用于農業測量，利用配備數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據以供農業、林業及環保等使用。西班牙對農用無人機技術理論創新研究較多，主要關注無人機遙感監測技術、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展迅速，農用無人機主要應用于牧場的牧群定位，以及農作物生長、旱澇、病蟲害監測等。

2 國內農用無人機發展現狀

目前，國內農用無人機應用主要集中在植保作業領域。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，拉開了其產業化的序幕[10]。近年來，得益于國家相關政策的大力支持，通過行業企業、高校院所等各方面的共同努力，我國農用無人機產業發展迅速，技術水平日趨成熟，市場培育逐步完善，進入高速發展階段，呈現5 方面特點。

2.1 產業發展不斷加快

近年來，隨著土地流轉面積的持續增加，土地集中化、生產規?；粩嗉涌欤瑖艺咧С至Χ炔粩嗉哟?，用戶對農用無人機的需求大幅提升，有力推動了農用無人機產業的發展[11]。2013 年，農業部開始在全國范圍內推廣植保無人機低空低量航空施藥技術。2017 年，農業部、財政部、民航總局聯合印發《關于開展農機購置補貼引導植保無人飛機規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，農用無人機特別是植保無人機產業規模迅速擴大，裝備總量、作業面積均以指數級增長。2013 全國植保無人機只有100 架左右，作業面積不足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 技術水平持續提升

我國相關院所企業聚焦機載信息探測、自主飛行控制、施藥作業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情遙感探測、基于病蟲害識別處方圖的精準施藥技術、作業路徑自主規劃與導航技術、基于藥液沉積運動規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 的多系列農用無人植保作業裝備，巡航時間超過30 min[12-13]。植保無人機具備手動增穩模式操控飛行和全自主飛行作業模式，可實現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，部分企業產品已具有4D 雷達成像、自主避障、仿地飛行、變量施藥、多機協同和快速裝藥等功能，產品田間適應性增強，操控更加簡單。部分產品配置智慧農業生產操作系統，通過RTK 導航、高清數字農田、電子圍欄、物聯網大數據等基礎設施，可實現測繪輔助+自主作業，以及自主決策、自動執行，支撐植保無人機理論作業效率從不足6.67 hm2/h 提升至16.67 hm2/h[14-15]。

2.3 產品種類不斷豐富

農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、續航時間短。單旋翼無人機多以燃油作動力，載荷量和續航時間有所提升，但結構復雜、售價較高、市場份額較小。隨著市場規模不斷增長，無人機產品種類型號也不斷豐富，據統計，目前我國農用無人機品牌超過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，隨著技術不斷發展進步和廣泛推廣應用，我國農用無人機產品質量和可靠性有所提升，產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，農機購置補貼引導植保無人機規范應用試點在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、湖南等農業大?。▍^）植保無人機分布較為集中，主要用于水稻、小麥、玉米等大田農作物的植保和噴施棉花脫葉劑作業。隨著農用無人機的大規模應用，其對人力的替代效應進一步顯現。目前，植保無人機市場滲透率逐漸提升，已逐步替代傳統人力背負式噴霧器。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占比已從2012 年的70%降至2020 年的40%。此外，農用無人機的作業范圍逐漸由以植保作業為主拓展到種子撒播、肥料撒布、飼料撒布和水產養殖投食等方面，作業對象也由大田作物拓展到果園、茶園等經濟作物，作業市場逐步細分，生產效率和經濟效益大幅提升。

2.5 市場主體發展壯大

近年來，全國從事農用無人機產業發展的市場主體日益增多。目前，無人機制造企業有250 余家，零配件生產企業有400 多家，科研院所有20 多家。國內企業主要集中在廣東、山東、江蘇、河南等地，涉及無人機的研發、銷售、作業服務、人才培訓和金融保險等領域。制造企業中，深圳市大疆創新科技有限公司、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展（北京）有限公司等屬于行業代表，深圳市大疆創新科技有限公司和廣州極飛科技股份有限公司兩家占據國內電動多旋翼植保無人機的主要市場。這些企業不僅在國內迅速發展，并且相繼在美國、日本等30 多個國家和地區開拓了市場。

隨著農機、農技與農資不斷融合，無人機制造企業和農藥生產企業、新型經營主體共同組建專業社會化服務組織，推動植保無人機的作業服務。生產企業和服務組織通過云服務平臺，開展統一訂單管理、作業全程可溯和作業監測監督，建立了農業社會化服務新模式。目前，農用無人機產業帶動了超過8 000 家飛防專業社會化服務組織的發展，已初步形成研發、生產、銷售、服務的完整產業鏈。

3 國內產業發展存在的問題

3.1 關鍵部件自主化水平不足，產品質量有待提升

農用無人機關鍵部件包括主控芯片、電池、云臺、圖傳系統等硬件，以及航測軟件與云系統等。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，芯片通常供應短缺，并且價格高。國內主控芯片品質不高，智能化、微型化程度較低，為保障無人機飛行的穩定性與流暢性，中高端產品優先選擇海外供應商。此外，國內無人機產品存在電池續航時間短、噴灑作業效果較差、故障率高等問題，甚至出現作業過程中墜地的情況，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航能力，具有較高的技術壁壘和準入門檻。國內無人機普遍續航時間偏短，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、重噴等現象。

3.2 行業管理亟待規范，標準建設尚不完善

我國農用無人機產業應用較晚但發展較快，行業管理尚不規范，標準缺失問題突出，法律法規不健全，監管體系尚未成型。目前農用無人機的生產和應用管理涉及多個部門，監管職責不明晰，飛行作業審批手續復雜，農地測繪數據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。標準方面，農用無人機目前尚未發布國標，已發布的3 項行標和16 項團標主要涉及質量評價技術規范、安全操作、接口數據規范等方面?？傮w上，標準數量較少，多數標準集中在植保無人機領域，其他產品應用標準較少；標準體系建設滯后，無人機分類、分級標準、生產質量檢測、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、人員管理等環節專業標準缺失，有的仍沿用民用無人機通用性法規標準，甚至有部分地方標準和團體標準互不兼容[18-19]。

3.3 專業操作人員緊缺，技術人才亟待培養

相比人工和傳統農機，農用無人機存在施藥效果不穩定和操控相對困難的問題，對操作人員的專業性要求比較高。如農用無人機施藥時，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，對無人機調試、操控、維修、養護方面也需要具有較高的水平，否則容易出現違規操作或不當操作，從而造成安全事故，影響無人機作業效果[20]。目前，無人機制造商主要為用戶提供專業培訓服務，但受用戶分散等多重因素影響，培訓效果有限，具備專業操作技能的人員相對匱乏。從行業發展角度看，隨著農用無人機智能化水平提升，需要一批機械、農業、農藥、電子技術方面的復合型技術研發人才，但目前大部分行業從業人員水平不高，人才培養和儲備相對落后。

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用無人機市場擴展，反之將阻礙農用無人機進一步推廣應用。目前我國農用無人機相關保險、租賃、維修和推廣等配套服務組織大多仍處于起步階段，規?；⒁幏痘l展不足，存在機制不健全、組織實力弱、服務供給不足、管理不規范、市場開拓和抗風險能力弱等問題。如農用無人機使用出現故障需要找專業人員進行維修，但一些售后服務網點覆蓋面較窄，無人機發生故障后難以快速修復，因此錯過植保作業最佳時期，影響植保作業效率。此外，無人機保險有效期短、保費較高、維修保養成本高也將制約農用無人機的推廣應用。

4 對策建議

4.1 明確監管職責，強化相關政策支持

推動盡快發布《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》，明確農用無人機安全監管職責，建立跨部門協調機制，強化農用無人機各管理部門協同聯動，加強對無人機市場的引導和監管。制定針對性的產業規范、相關服務制度標準及市場準入準則，保證農用無人機的產品質量。完善執法部門關于審批方式的報批報備機制。加快建立農用無人機的監管平臺，實現多部門數據互通。加快完善農用無人機安全管控體系，推進農地測繪數據的共享應用。加大對農用無人機推廣應用的政策導向和扶持力度，優化植保無人機等農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，著力構建企業為主體、產學研用緊密結合的創新體系，加大關鍵核心技術攻關力度，提升產業鏈供應鏈自主可控能力。鼓勵開展關鍵技術的設計與優化，支持專用藥劑的篩選與研發，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、動態場景感知與避讓、面向復雜環境的自主飛行、群體作業等核心飛行控制技術，開發精準噴施、多機協同作業智能控制、農情低空遙感信息獲取等核心航空作業技術，研發高效輕量化航空精準噴施關鍵部件，研制空機質量多等級的農用無人機系列產品，加快研發生產無人機專用高效、低毒、低殘留、低污染的藥劑。

4.3 健全標準體系，引導行業健康有序發展

加快完善農用無人機標準體系，重點推動農用無人機及作業部件在產品（質量）標準、作業質量、鑒定標準、質量檢測認證標準、操作規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。充分發揮科研院所、高校等優勢試驗資源，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，增強產業發展國際話語權和影響力。

4.4 優化配套措施，完善社會化服務體系

著力優化基礎設施建設，建立專業性培訓機構，推進技術人才培養，制定農用無人機人才培訓計劃，明確培訓方式和內容，全面加強機手操作技能和農業知識培訓，打造高素質農機手隊伍。建立健全售后服務體系，提升植保無人機技術保障水平，加強農業技術管理服務部門、農機合作社、農機作業公司、維修廠及經銷企業等合作，為農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，大力發展技術能力強、管理先進的專業服務組織，推進統防統治社會化服務。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。鼓勵企業通過海外農業援助，加快農用無人機和數字智慧農業系統“走出去”步伐。

5 結束語

近年來，我國農用無人機產業發展迅速，技術水平日趨成熟，市場培育逐步完善，已進入高速發展階段?？偨Y梳理了國內外農用無人機技術與產業發展現狀，針對當前國內產業面臨的關鍵部件自主化水平不足、行業監管不明確、標準建設不完善、專業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，為推動我國農用無人機技術進步和產業持續健康發展提供借鑒參考。