我国农用植保无人机应用现状与前景分析

尚春雨　蔡建法　黄思健

摘要受制于特殊的土地资源类型和土地经营模式，我国植保行业一直处于严重依赖人力、缺少先进机械的落后局面。因此，农用植保无人机应运而生。简要介绍植保无人机及其在植保作业上的优势，指出当前我国植保无人机应用推广所面临的问题，同时提出相关应用推广的几点建议，助力我国农业现代化发展。

关键词植保；无人机；农业现代化

中图分类号S252+.3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）30-0193-03

AbstractUnder the special land resource type and land management mode， the plant protection industry in our country has been in a backward situation which is heavily dependent on manpower and lacks advanced machinery. Therefore， the agricultural plant protection unmanned aerial vehicle （UAV） emerges as the times require. This paper briefly introduced the protection of the UAV and its advantages in plant protection work， it pointed out that China's protection of UAV application problems， and put forward some suggestions to promote the application of the relevant power， China's agricultural modernization.

Key wordsPlant protection；Unmanned aerial vehicle （UAV）；Agricultural modernization

農用植保无人机是一类用于农林植物监测与保护作业的无人驾驶飞行器的总称，其通过地面远程飞控系统配合自身搭载的GPS自主导航系统完成固定的植保作业流程[1]。相较于传统植保机械，农用植保无人机自身具有体积小、重量轻、运输方便、操控灵活等特点；在植保作业方面，其更加精准、高效、环保、智能；在适应性方面，其对不同地势、不同作物均具有更佳的适用性。因此，农用植保无人机在植保领域具有广阔的应用前景。

1农用植保无人机的优势

1.1安全性高

人工喷洒农药对做业人员的危害性较大。据中国植保咨询网报道，我国每年农药中毒人数有10万之众，致死率约20%[2]。而植保无人机可以有效规避此类问题，其通过远距离遥控操作进行喷洒农药作业，避免了作业人员和农药的直接接触，保障了喷洒作业的安全。

1.2效率高

现有植保无人机1 h可以完成8～10 hm2的农药喷洒作业，其效率要比传统作业高出至少60倍[3]。另外，植保无人机作业高度稍高于作物冠层，旋翼产生的向下高速气流又加速药液形成气雾流，两者结合致使药液雾滴对农作物的穿透性增加，有效降低药液飘失，药液下沉量和覆盖率也要好于传统植保机械[4]。因而作业效果优于传统植保机械，并能有效避免农药对土壤的污染。

1.3节约资源，降低成本

农用植保无人机采用喷雾喷洒方式，以现有技术可以节约50%的农药用量、90%的用水量，有效降低了资源成本[5]。而且农用植保无人机折旧率低、维修简便、能源消耗量小，电动植保无人机更是顺应国家节能减排的要求。

1.4自主导航作业

农用植保无人机采用远距离遥控和GPS导航系统来实现自主作业，作业环境不受空间条件限制。在进行植保作业时只需将提前收集好的农作物的地理坐标制作成最适航线，接着把最适路线输入到地面站的内部控制系统中，地面控制系统便会以此时时向植保无人机传送指令，自主完成植保作业，完成之后自动返回[6]。

1.5适应性好

植保无人机可短距离垂直起降，不受地形限制，特别适合我国这种多地貌、以小田为主要经营模式的国情。同时，植保无人机的运行空间决定了其不受作物长势限制，对于大田、水田、山林、果园等不同地势的不同作物都具有良好的适应性。

1.6作物损伤小

作物与植保无人机之间没有直接的物理接触，避免了像传统植保机械对农作物的碾压、对土壤的暴力破坏，对农作物生长发育的影响小。

2农用植保无人机的简介

2.1农用植保无人机分类

农用植保无人机种类较多，分类方法也较多，其中以动力系统和机型结构做为主要分类依据的分类方法较为常见。

按动力划分可分为油动植保无人机（发动机作为动力装置）、电动植保无人机（电动机作为动力装置）[7]。

按机型结构划分可分为固定翼植保无人机、单旋翼植保无人机、多旋翼植保无人机[7]。

固定翼植保无人机机因具备大载量、快速飞行、高效作业等能力，从而决定其能搭载大型设备进行农田信息采集和遥感。作业时一般在距离作物顶端5～7 m的空域进行超低空飞行，由于固定翼植保无人机对作业区域的地形地势有较高的要求，所以多用于开阔的大田植保作业。

单旋翼和多旋翼植保无人机在体积和载重方面虽弱于固定翼植保无人机，但是操纵更加灵活，作业效率更高，对较为分散的小田作业有着完美的适应能力，尤其适合我国这种人多地少、土地相对分散、地势地貌差异较大的农业现状[8]。

2.2农用植保无人机基本构造

无人机由飞行控制系统（动力、GPS、通信）、任务载荷系统（传感器、外挂设备等）与地面控制系统（远程遥控系统、监视设备、数据链等）构成，使用不同的任务载荷可以执行不同的作业任务[9]。农业植保无人机则是在无人机的基础上搭载农药化肥等农业专用任务载荷，主要应用在农作物保护（喷药施肥）以及农作物生理监测（病虫害、长势等）。现有主流农用植保无人机由以下系统和任务载荷构成：①GPS导航系统。主要用于确定飞行作业范围及路线，并且通过图像识别分析系统记录作业范围内地形地貌特征，匹配飞手输入的卫星图像进行自主飞行作业。②喷洒载荷。可用于静电喷洒、连续喷洒。③图像识别装置。用于识别地形地貌，监测作物长势等。④气力授粉装置。旋翼可将垂直风向变为水平风向，进而提高授粉效率和效果。⑤伸缩装置。通过调节喷雾杆、摄像头方向以及授粉风筒的高度来实现精确作业。⑥增稳装置。根据飞行姿态调整喷嘴方向。⑦防颠簸喷洒装置。利用竖直方槽结构原理，基本解决无人机因药液晃动而产生的机身无法稳定问题。下面通过无锡汉和航空主打产品CD-15的技术参数具体了解农用植保无人机（表1）。

2.3作业流程

汉和CD-15植保无人机的作业流程见图1。

2.4收益分析

作业收益是指农用植保无人机相对其他地面植保机械的比例效益，比例效益取决于植保无人机的性能、做物种类及作业环境、类型[10]。该研究以汉和航空推出的CD-15型油动植保无人机为例，来说明农用植保无人机直接和间接经济价值。汉和CD-15农药喷洒植保无人机作为汉和CD-10的升级换代产品，其载荷量由10 kg提升至15 kg，售价约为25万元[11]。汉和CD-15农药喷洒植保无人机在各种条件都良好的情况下工作12～15 min可喷洒1.33～2.00 hm2地，每1 h大约能够喷洒6.67 hm2地，假设其每天工作6 h，有效作业时间为4 h，则其每日喷洒面积可达26.67 hm2地。按225元/hm2计算，由于其飞行成本主要为油耗（7.5元/hm2），因而其可实现217.5元/hm2，每日可实现5 820元的潜在收入，其投资回收期约为43 d[12]。而若使用手动背负式喷雾器完成相同的作业量，则大致需要27人（平均一人一天只能喷洒1 hm2）。随着我国城镇化加快，人口红利快速消失，农用植保无人机的大规模使用更能体现一种社会效益，是一种间接经济价值。另外，汉和CD-15型农用植保无人机加挂其他任务载荷可以用于农业信息收集，在未来以数据信息为王的时代，未来农业信息的价值要高于现有植保作业价值。总体来说，农用植保无人机的经济价值要远远高于现有农用植保机械。

3农用植保无人机发展前景与展望

3.1我国农用植保无人机将快速发展的几大因素

3.1.1农村劳动力短缺，植保机械化率有望提升。

从宏观层面来讲，人口结构的变化和迁移以及农机技术的进步是引发农业逐步升级的根本原因。

据土流网《中国土地流转市场研究报告（2010—2014）年》显示，我国土地流转总体呈现加快态势，土地向规模经营者集中，人口向城镇集中，农村劳力向非农产业转移，相应从事农业的人口急剧减少[13]。此外，由于农活繁重累人，多数青年人也不愿从事农业活动。这直接导致了国内农村劳动力逐步减少、在农忙时节相对紧缺的现状。

我国农业机械化率已上升至较高水平，但植保环节机械化率低。农机的规模化使用可以大幅度缓解农村劳动力紧缺的情况，也能够大幅度提升农活的作业效率。截至2014年，国内的农业机械化率已达到61%，具体来看，农机以实际耕地、播种和收割三大功能为主，而植保环节的机械化率则非常低[14]。

3.1.2植保环节自动化是大势所趋，植保无人机是最佳选择。

农业植保关系到粮食安全、丰产丰收，因而具有十分重要的作用。目前国内植保作业以人工加手动机械为主。而近年来，农村劳动力的短缺使得植保工作的成本快速提升，国内多地都面临着高薪却招聘不到人的情况。因为我国特殊的土地资源类型和土地经营模式，植保环节是大型机械无法解决的痛点。而农用植保无人机不受地形地势、作物种类、长势等因素的限制，有效解决作业难题，是未來农业植保的较佳选择。

3.1.3政策支持力度有望加大，农用植保无人机将进入快速应用期。

土地流转政策推行，未来农业逐步走向集约化生产。改革开放后我国政府一直贯彻执行联产承包贵任制，土地分家到户承包种植，这在很大程度上影响了农机大面积作业的能力和效率。2014年11月，中央印发《关于引导农村土地经营权有序流转发展适度规模经营的意见》，对流转主体、流转方式、流转合同、流转管理等做了规定和说明[15]。2013年中央一号文件提出稳定农村土地承包关系，坚持依法自愿有偿原则引导农村土地承包经营权有序流转，鼓励和支持承包土地向专业大户、家庭农场、农民合作社流转，高效提升农戶集约经营水平。近年来，我国土地流转面积整体呈现快速增长态势，截至2014 年底，国内土地流转面积达26.87亿hm2，占家庭承包经营耕地面积的30.40%。预计“十三五”期间，土地流转推进仍将保持较快速度，国内农业生产将逐步走向集约化、现代化。

农业部颁布农药使用零增长方案，催生新的植保需求。2015年2月，农业部印发《制定2020年农药使用量零增长行动方案》，认为国内农药过量使用的现状有较大的危害，提出绿色防控、统防统治和科学用药三大目标[16]。因地制宜推广包括高效常温烟雾机、自走式喷杆喷雾机、植保无人机、直升机、固定翼飞机等在内的现代植保机械，采用低容量喷雾、静电喷雾等先进施药技术，提高喷雾准确性，降低飘移损失，提高农药利用率。

农用植保无人机相关补贴政策逐步推出，“国补”有望推出。国内农业机械的推广与国家相关补贴政策的大力推行有密不可分的关系，对于植保无人机产业而言，政策补贴的全面推行无疑将推动行业的发展。2014年，中央一号文件提出了要“加快农用航空建设”，标志着国家相关部门开始重视植保产业[17]。 各地方政府也陆续出台相关政策支持植保无人机产业发展，例如，河南省财政拨出专项资金用于无人机的购买补贴，扣除1/3省财政专项资金补贴和1/3农机购买补贴后，用户仅用1/3售价的钱就可以购买植保无人机。另外，像湖北、湖南、福建、宁波、新疆等地也相继出台了相关的政策补贴[18]。

3.2建议

我国作为一个农业大国，农业是其根本，加快实现农业现代化、全系机械化是发展我国农业的首要任务，而植保环节先进机械的缺失制约了其发展。大力推广应用农用植保无人机是解决现有问题的优先选项，面对现有农用植保无人机推广应用过程中的问题，需要从根本上解决才能让农用植保无人机真正地大规模应用在农业，发挥其真正价值。

3.2.1

加快提升农用植保无人机性能。农用植保无人机不止包含复杂精密的无人机技术，还要适用于农业，更要符合市场需求。一两家公司或科研单位无法独立完成整个系统工程，这就要求有关无人机技术公司，相关科研院校等通力合作，在无人机续航、载荷、低空超低量施药器械、专用药液、电池等植保无人机相关技术上取得快速突破。

3.2.2探索推广应用新模式，解决无人机、飞手与用户之间的矛盾。植保无人机需通过飞手服务于用户，但植保无人机的高昂价格，稀缺的合格飞手、固定与短暂植保作业时效，单一的植保作业收益以及严重不足的收获服务等都会造成无人机与农户、飞手与无人机、无人机与生产商间存在较大的供需矛盾。运用互联网思维，充分利用闲置资源打造一个集植保无人机共享，无人机拥有者与农户直接沟通下单、植保无人机售后服务等多种应用的平台可能是未来植保无人机推广应用的正确方向。

3.2.3完善相关法律法规。我国植保无人机产品标准、操作流程规范、飞手培训规范尚处空白，相关通用航空低空领域还未开放，应组织有关部门尽快制定并完善行业标准，促进植保无人机产业健康发展。

3.2.4加大政策扶持。目前只有河南、湖南等地把农用植保无人机纳入农机购置补贴[18]，其他地方省份也应根据上述省份的实行效果结合当地实情尽快推行植保无人机农机补贴，并做好技术服务和机械项目的支持工作。

4结语

农业机械化是农业现代化的基本特征之一，是农业智能化的基本要求。在我国其他农业机械争相发展，大规模普及的背景下，唯有植保这一严重依赖人力，没有标准化支撑的环节制约了农业生产的全机械化。随着土地流转加速推动，农业规模化经营比例将显著提高，而植保領域机械化相对落后的现状以及其对时效性的要求，势必倒逼植保无人机快速发展。当下我国应多部门、多科技公司、地方农机服务机构等通力合作完善法律法规、提升植保无人机性能，加大政策补贴力度、探索适合应用的新模式，真正地把农用植保无人机推向田间地头。以此实现农业去全机械化，推动我国农业发展迈向现代化、机械化、智能化。

参考文献

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[5] 易建贵.我国植保无人机的应用前景[J].广西农业机械化，2016（2）：22-23.

[6] 毛利建太郎.无线操控直升飞机喷洒农药技术[C]//中国农机化发展论坛：水稻生产机械化技术交流会论文集.南京：农业部南京农业机械化研究所，2006.