李欣雨++溫曉鑫+葛宜元

摘 要：無人機在軍用與民用領(lǐng)域都具有良好的實用性，各國對無人機的研發(fā)都非常重視。農(nóng)業(yè)航空技術(shù)已成為各國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有很大比重。日本、美國、韓國等國家植保無人機技術(shù)成熟，并已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。我國的無人機研究起步較晚，技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家存在一定差距，但無人機航攝技術(shù)處于領(lǐng)先地位。由于土地流轉(zhuǎn)等原因，無人機在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用前景廣闊，但價格昂貴和配套服務(wù)滯后，導(dǎo)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(wù)，顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)；植保；無人機；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：S252.3 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)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(jì)80年代開始，民用無人機的研究拉開序幕[2]?，F(xiàn)在，無人機在農(nóng)業(yè)、國家地理信息測繪、安保監(jiān)控、綜藝節(jié)目外拍等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，市場前景看好。特別是在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域，無人機以其作業(yè)高效率備受農(nóng)民青睞。傳統(tǒng)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(zhì)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(yè)面積可達(dá)300～500畝，是高架噴霧器作業(yè)效率的8倍左右[3]。隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)規(guī)模的不斷擴大，植保無人機產(chǎn)業(yè)潛在市場巨大，發(fā)展前景可觀，但仍面臨諸多障礙。

1 國外植保無人機發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 日本植保無人機發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)用無人機除作業(yè)效率高、節(jié)約人力物力外，還可節(jié)約50%的農(nóng)藥使用量和90%的用水量，且作業(yè)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(nóng)村勞動力短缺，人口老齡化嚴(yán)重是促進無人機發(fā)展的核心驅(qū)動因素。日本農(nóng)用無人機的應(yīng)用已有20多年的歷史，1987年，日本雅馬哈公司生產(chǎn)出20 kg級別的噴藥無人機R-50，成為世界上第一個使用農(nóng)用無人機噴藥的國家。目前登記在冊的田間作業(yè)無人機2000多架，防治面積達(dá)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(yīng)用最成熟的國家[6-9]。日本無人機采用團隊購買的方式，農(nóng)業(yè)協(xié)會、各種社會團體、服務(wù)公司、政府和個人手中都持有一定數(shù)量的植保無人機。大量的植保服務(wù)公司會對無人機操作人員進行30天的飛行培訓(xùn)；保險公司為無人機提供保險服務(wù)；售后服務(wù)體系健全，當(dāng)無人機出現(xiàn)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(dá)到60%以上[11]。日本無人機技術(shù)成熟，服務(wù)配套健全，值得借鑒和學(xué)習(xí)。

1.2 美國植保無人機發(fā)展現(xiàn)狀

美國無人機研究重點集中在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)方面，但農(nóng)藥噴灑領(lǐng)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(dá)3200萬hm2，占總耕地面積的50%以上，采用飛機作業(yè)完成65%的化學(xué)農(nóng)藥噴灑，其中水稻施藥作業(yè)100%采用航空作業(yè)方式[8-9]。美國在2015年之前不允許商業(yè)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(lǐng)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(shù)，在政府開放民用無人機領(lǐng)域管制后，軍事科技應(yīng)用于民用無人機成為可能。

1.3 其它國家植保無人機發(fā)展現(xiàn)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(wù)公司。2013年，歐盟無人機管理協(xié)會將無人機納入歐盟民用航空系統(tǒng)[13]。20世紀(jì)80年代末至90年代初，出于對環(huán)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(jīng)相關(guān)政府批準(zhǔn)后使用。韓國是繼日本之后，率先實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化的國家，也是農(nóng)用無人機發(fā)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(shè)立多個服務(wù)點來解決售前售后的問題。目前，韓國各地方農(nóng)協(xié)會擁有80%的農(nóng)用無人機，其余的則是營農(nóng)組合法人或個人接受政府援助購置。作為農(nóng)業(yè)航空大國的俄羅斯，擁有農(nóng)用飛機11 000架，航空作業(yè)面積占總耕地面積的35%。俄羅斯是一個空中管制嚴(yán)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(jīng)將無人機應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保作業(yè)[3]。

2 國內(nèi)植保無人機發(fā)展現(xiàn)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(shù)學(xué)模型的建立及控制方法的設(shè)計與驗證等方面，其中國防科技大學(xué)、天津大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等走在了研究四旋翼飛行器的前列。2004年，科技部863計劃、農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機化所等項目和機構(gòu)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(shù)；2010年，第一架商用植保無人機的出現(xiàn)，正式揭開了中國植保無人機產(chǎn)業(yè)化的序幕[8]。

我國深圳大疆公司的無人機航攝技術(shù)處于世界一流水平，生產(chǎn)的無人機遠(yuǎn)銷全球，成為行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，其產(chǎn)品從無人機飛控系統(tǒng)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(nóng)業(yè)、能源、遙感測繪、野生動物保護等領(lǐng)域。2015年12月，推出大疆MG-1智能農(nóng)業(yè)植保機，正式進入農(nóng)業(yè)無人機領(lǐng)域[17-18]。大疆MG-1配備調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)和先進的飛控，具有自動地形跟隨功能，自動保持與農(nóng)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?lián)碛?家子公司，并且在海外成立了分支機構(gòu)。與美國麻省理工、河南工業(yè)大學(xué)、佳木斯大學(xué)等國內(nèi)外院校簽訂合作協(xié)議，共同研發(fā)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(jié)構(gòu)及地形復(fù)雜化，所以對無人機的要求也不同。據(jù)相關(guān)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(xù)增長的剛性需求。企業(yè)在分享這個巨大蛋糕的同時，也出現(xiàn)了行業(yè)發(fā)展混亂、配套設(shè)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(fā)展和國家政策的支持尤為重要。我國近幾年也頒布了相關(guān)的鼓勵政策。中央1號文件連續(xù)11年聚焦“三農(nóng)”，2014年中央1號文件要求“推進農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新”“加快農(nóng)用航空建設(shè)”。湖南省是第一家頒布低空飛防作業(yè)的省份，也是享受農(nóng)機補貼的第一個省份。2016年有5～7個省規(guī)定無人機享受國家農(nóng)機補貼政策。另外，植保系統(tǒng)的飛防項目補貼也可以報相關(guān)部門審批。隨著中國農(nóng)業(yè)向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、綠色有機農(nóng)業(yè)方向的發(fā)展，使用植保無人機作業(yè)已成為中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。

3 中國植保無人機行業(yè)存在的問題及發(fā)展趨勢

3.1 存在的問題

植保無人機的高效率等優(yōu)點，使其成為農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的一個利器。面對中國巨大的市場潛力，無人機企業(yè)也如雨后春筍般快速發(fā)展。縱觀中國無人機的發(fā)展現(xiàn)狀，在迅速發(fā)展的同時，也存在著一些亟待解決的問題。

（1）技術(shù)研發(fā)能力薄弱、故障率高、續(xù)航時間短。目前，中國官方數(shù)據(jù)注冊無人機的企業(yè)達(dá)400多家，而真正生產(chǎn)出產(chǎn)品的企業(yè)約為100家。除少數(shù)植保無人機企業(yè)有一定技術(shù)優(yōu)勢外，其他企業(yè)均沒有足夠的技術(shù)積累，導(dǎo)致了無人機故障率高，安全性飽受爭議。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院提供的《中國無人機行業(yè)市場需求預(yù)測分析報告》分析，99%廠商都只能做到組裝，很少有技術(shù)基礎(chǔ)[23]。另外，無人機載重量小、續(xù)航時間短也是一個難題。

（2）價格高、農(nóng)機補貼政策滯后。目前，價格過高是限制農(nóng)民使用植保無人機的主要原因。各生產(chǎn)企業(yè)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(zhuǎn)政策后，農(nóng)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)條件較好的北方平原地區(qū)已開始嘗試使用植保無人機，但是作為新興農(nóng)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(yīng)制定相關(guān)農(nóng)機補貼政策，并對植保無人機企業(yè)在資金、場地、稅收等方面予以更多支持[24-25]。

（3）配套服務(wù)、飛控人員培訓(xùn)體系不健全。無人機行業(yè)實力不均、配套服務(wù)不足是我國植保無人機在實際應(yīng)用中的一大瓶頸，全國各地均有植保無人機制造企業(yè)，但相關(guān)配套的產(chǎn)業(yè)鏈分布地區(qū)不均，農(nóng)戶遇到產(chǎn)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(wù)今年剛剛興起，還需要不斷完善，以支持植保無人機領(lǐng)域良性發(fā)展。使用人員操作不當(dāng)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(xùn)大多由生產(chǎn)制造企業(yè)完成，缺乏規(guī)范的程序和教學(xué)體系，培訓(xùn)質(zhì)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(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》發(fā)布之后，我國無人機駕駛進入持證飛行階段。但該項規(guī)定屬于臨時性管理規(guī)定，培訓(xùn)機構(gòu)、培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)、執(zhí)照等級等問題仍需進一步確定[27]。

（4）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善、監(jiān)管性法律法規(guī)欠缺。首先，植保無人機的生產(chǎn)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)及植保標(biāo)準(zhǔn)，造成企業(yè)重復(fù)研發(fā)投入、低水平競爭和不安全事件的發(fā)生。這也導(dǎo)致了政府無法出臺確切的扶持政策。據(jù)了解，目前僅有深圳針對民用無人機制定了較為完備的標(biāo)準(zhǔn)體系[28]。其次，植保無人機運營監(jiān)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(guān)于民用無人機的管理有關(guān)問題的暫行規(guī)定》，只有籠統(tǒng)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(xiàn)了嚴(yán)重的“黑飛”“亂飛”現(xiàn)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(fā)展趨勢

針對中國無人機產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，植保無人機的發(fā)展趨勢歸納為以下幾個方面。

（1）提高續(xù)航時間、載重量，降低故障率。整合植保無人機生產(chǎn)企業(yè)，加大無人機關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)投入，如無人機故障懸停技術(shù)以及飛控系統(tǒng)精確度、簡便性的研究等，避免資源重復(fù)投入導(dǎo)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(guī)劃更為復(fù)雜。無人機的續(xù)航時間也是一個關(guān)鍵性問題。續(xù)航時間的長短取決于所用電池系統(tǒng)的功能，加大電池系統(tǒng)的研究尤為重要。2017年2月，由中國航空技術(shù)進出口總公司和科比特航空聯(lián)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(tǒng)，創(chuàng)造了該級別無人機270 min續(xù)航的新世界紀(jì)錄。

（2）制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)管法律法規(guī)、農(nóng)機補貼政策及售后服務(wù)。隨著植保無人機行業(yè)的不斷發(fā)展，相關(guān)配套服務(wù)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(xié)作，從生產(chǎn)、銷售和使用環(huán)節(jié)對無人機進行全面管理，制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提升無人機的可靠性[27]。明確飛行任務(wù)申請及空域申報程序，細(xì)化管制規(guī)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(yè)知識和技能的培訓(xùn)，培養(yǎng)合格駕駛員，確立駕駛員培訓(xùn)機構(gòu)和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)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(fā)展將推動農(nóng)藥企業(yè)的改革創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型整合。根據(jù)植保的特點，研制生物性環(huán)保飛防專用農(nóng)藥，提高藥劑利用率，可以降低農(nóng)藥殘留，提高農(nóng)作物的品質(zhì)。

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