农业植保无人机发展现状及趋势

李欣雨++温晓鑫+葛宜元

摘 要：无人机在军用与民用领域都具有良好的实用性，各国对无人机的研发都非常重视。农业航空技术已成为各国现代化农业的关键技术，在农业生产中占有很大比重。日本、美国、韩国等国家植保无人机技术成熟，并已广泛应用于农业。我国的无人机研究起步较晚，技术水平与发达国家存在一定差距，但无人机航摄技术处于领先地位。由于土地流转等原因，无人机在农业上应用前景广阔，但价格昂贵和配套服务滞后，导致无人机的推广受阻。因此，研究适合于中国国情的植保无人机及服务，显得尤为重要。

关键词：农业；植保；无人机；现状；发展趋势

中图分类号：S252.3 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.08.001

0 引 言

无人机是采用无线电遥控设施和程序进行控制的不载人飞机，包含无人直升机、固定翼飞行器、多旋翼飞行器等机型[1]。从20世纪80年代开始，民用无人机的研究拉开序幕[2]。现在，无人机在农业、国家地理信息测绘、安保监控、综艺节目外拍等领域应用广泛，市场前景看好。特别是在农业植保领域，无人机以其作业高效率备受农民青睐。传统的喷药机效率低，人工成本相对较高；人工喷药除劳动强度大，操作人员易中毒外，还存在作物受药质量差等缺点；人工每天的喷防量仅为10余亩，而无人机日作业面积可达300～500亩，是高架喷雾器作业效率的8倍左右[3]。随着中国经济的飞速发展和农村土地流转规模的不断扩大，植保无人机产业潜在市场巨大，发展前景可观，但仍面临诸多障碍。

1 国外植保无人机发展现状

1.1 日本植保无人机发展现状

农用无人机除作业效率高、节约人力物力外，还可节约50%的农药使用量和90%的用水量，且作业不受作物长势和地形的限制[3-5]。日本山地多、地块狭小且分散；农村劳动力短缺，人口老龄化严重是促进无人机发展的核心驱动因素。日本农用无人机的应用已有20多年的历史，1987年，日本雅马哈公司生产出20 kg级别的喷药无人机R-50，成为世界上第一个使用农用无人机喷药的国家。目前登记在册的田间作业无人机2000多架，防治面积达到100万hm2，无人机施药已占总施药面积的50%以上，是无人机应用最成熟的国家[6-9]。日本无人机采用团队购买的方式，农业协会、各种社会团体、服务公司、政府和个人手中都持有一定数量的植保无人机。大量的植保服务公司会对无人机操作人员进行30天的飞行培训；保险公司为无人机提供保险服务；售后服务体系健全，当无人机出现故障后，可以到附近修理厂进行修理，重大故障还可以使用备用飞机[10]。鉴于以上措施，日本无人机市场占有率很高，达到60%以上[11]。日本无人机技术成熟，服务配套健全，值得借鉴和学习。

1.2 美国植保无人机发展现状

美国无人机研究重点集中在精准农业遥感技术方面，但农药喷洒领域也引起了高度重视[3，12]。目前，美国主要采用有人驾驶固定翼飞机，年喷洒面积高达3200万hm2，占总耕地面积的50%以上，采用飞机作业完成65%的化学农药喷洒，其中水稻施药作业100%采用航空作业方式[8-9]。美国在2015年之前不允许商业化无人机飞行，2015年夏天放开无人机管制，但目前无人机在植保领域禁用，却允许进口日本雅马哈公司无人机[10]。美国拥有“全球鹰”等世界一流水平的无人机技术，在政府开放民用无人机领域管制后，军事科技应用于民用无人机成为可能。

1.3 其它国家植保无人机发展现状

欧洲无人机智能化水平较高，拥有多家无人机厂家和服务公司。2013年，欧盟无人机管理协会将无人机纳入欧盟民用航空系统[13]。20世纪80年代末至90年代初，出于对环境及安全的重视，航空喷洒在欧洲禁用[14]。欧洲直升机必须经相关政府批准后使用。韩国是继日本之后，率先实现农业机械化的国家，也是农用无人机发展较早的国家，对植保无人机的接受程度较高[15]。韩国植保无人机市场主要是进口无人机，且90%以上来自于中国。2005年雅马哈成功进驻韩国，2016年深圳天鹰兄弟无人机进驻韩国市场，并设立多个服务点来解决售前售后的问题。目前，韩国各地方农协会拥有80%的农用无人机，其余的则是营农组合法人或个人接受政府援助购置。作为农业航空大国的俄罗斯，拥有农用飞机11 000架，航空作业面积占总耕地面积的35%。俄罗斯是一个空中管制严格的国家，在民用无人机方面案例较少[15]。除此之外，南非、澳大利亚、智利、阿根廷、巴西等国家都已经将无人机应用于农业植保作业[3]。

2 国内植保无人机发展现状

中国的植保无人机研究主力主要集中在部分高校和航模飞行器科技公司。高校研究主要着重于理论研究，比如数学模型的建立及控制方法的设计与验证等方面，其中国防科技大学、天津大学、南京航空航天大学、北京航空航天大学等走在了研究四旋翼飛行器的前列。2004年，科技部863计划、农业部南京农机化所等项目和机构开始了植保无人机的研究和推广[3，10，14，16]；2008年，开始研究小型无人机单旋翼低量施肥航空喷雾技术；2010年，第一架商用植保无人机的出现，正式揭开了中国植保无人机产业化的序幕[8]。

我国深圳大疆公司的无人机航摄技术处于世界一流水平，生产的无人机远销全球，成为行业的领导者，其产品从无人机飞控系统到整体航拍方案、从多轴云台到高清图传，已被广泛用于航拍、电影、农业、能源、遥感测绘、野生动物保护等领域。2015年12月，推出大疆MG-1智能农业植保机，正式进入农业无人机领域[17-18]。大疆MG-1配备调频连续波雷达和先进的飞控，具有自动地形跟随功能，自动保持与农作物之间的距离，保障均匀的喷洒效果[19]。深圳天鹰兄弟无人机目前旗下拥有8家子公司，并且在海外成立了分支机构。与美国麻省理工、河南工业大学、佳木斯大学等国内外院校签订合作协议，共同研发无人机。天鹰兄弟无人机进入韩国市场，并获得韩国政府80%的购机补贴，成功拓展东南亚等海外市场[20-22]。

中国幅员辽阔，作物结构及地形复杂化，所以对无人机的要求也不同。据相关资料显示，中国植保无人机市场大概为1100亿元，而且这个市场是持续增长的刚性需求。企业在分享这个巨大蛋糕的同时，也出现了行业发展混乱、配套设施不健全等问题。针对中国无人机市场的诸多特点，市场本身的良性发展和国家政策的支持尤为重要。我国近几年也颁布了相关的鼓励政策。中央1号文件连续11年聚焦“三农”，2014年中央1号文件要求“推进农业科技创新”“加快农用航空建设”。湖南省是第一家颁布低空飞防作业的省份，也是享受农机补贴的第一个省份。2016年有5～7个省规定无人机享受国家农机补贴政策。另外，植保系统的飞防项目补贴也可以报相关部门审批。随着中国农业向精准农业、绿色有机农业方向的发展，使用植保无人机作业已成为中国农业的发展趋势。

3 中国植保无人机行业存在的问题及发展趋势

3.1 存在的问题

植保无人机的高效率等优点，使其成為农业植保领域的一个利器。面对中国巨大的市场潜力，无人机企业也如雨后春笋般快速发展。纵观中国无人机的发展现状，在迅速发展的同时，也存在着一些亟待解决的问题。

（1）技术研发能力薄弱、故障率高、续航时间短。目前，中国官方数据注册无人机的企业达400多家，而真正生产出产品的企业约为100家。除少数植保无人机企业有一定技术优势外，其他企业均没有足够的技术积累，导致了无人机故障率高，安全性饱受争议。据前瞻产业研究院提供的《中国无人机行业市场需求预测分析报告》分析，99%厂商都只能做到组装，很少有技术基础[23]。另外，无人机载重量小、续航时间短也是一个难题。

（2）价格高、农机补贴政策滞后。目前，价格过高是限制农民使用植保无人机的主要原因。各生产企业无人机价格基本保持在5万～20万不等。在国家实行土地流转政策后，农业规模化生产条件较好的北方平原地区已开始尝试使用植保无人机，但是作为新兴农机，无人机能享受到补贴的省份却很少，一些潜在客户面对高价格望而却步。为此，政府应制定相关农机补贴政策，并对植保无人机企业在资金、场地、税收等方面予以更多支持[24-25]。

（3）配套服务、飞控人员培训体系不健全。无人机行业实力不均、配套服务不足是我国植保无人机在实际应用中的一大瓶颈，全国各地均有植保无人机制造企业，但相关配套的产业链分布地区不均，农户遇到产品损毁问题时，不能及时得到维修或者维修时间成本较高[26]。此外，植保无人机保险服务今年刚刚兴起，还需要不断完善，以支持植保无人机领域良性发展。使用人员操作不当也是无人机故障率高的原因之一，目前无人机操作员的培训大多由生产制造企业完成，缺乏规范的程序和教学体系，培训质量难以保证，真正合格的操作员很少。在《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》发布之后，我国无人机驾驶进入持证飞行阶段。但该项规定属于临时性管理规定，培训机构、培训标准、执照等级等问题仍需进一步确定[27]。

（4）行业标准不完善、监管性法律法规欠缺。首先，植保无人机的生产缺乏统一的标准，包括技术标准、性能标准及植保标准，造成企业重复研发投入、低水平竞争和不安全事件的发生。这也导致了政府无法出台确切的扶持政策。据了解，目前仅有深圳针对民用无人机制定了较为完备的标准体系[28]。其次，植保无人机运营监管仍不明确。目前出台的《民用无人机空中交通管理办法》和《关于民用无人机的管理有关问题的暂行规定》，只有笼统的说明，对无人机如何运行、如何申请空域和管理、具体的管理部门和申办飞行许可证件等流程却未提及。政策的不明确以及空域、飞行许可等证件申请时通过率低，使无人机出现了严重的“黑飞”“乱飞”现象，还可能被不法分子利用进行违法犯罪活动[27-29]。

3.2 植保无人机发展趋势

针对中国无人机产业的现状，植保无人机的发展趋势归纳为以下几个方面。

（1）提高续航时间、载重量，降低故障率。整合植保无人机生产企业，加大无人机关键技术研发投入，如无人机故障悬停技术以及飞控系统精确度、简便性的研究等，避免资源重复投入导致的资源浪费情况。目前，植保无人机载重量在5～20 kg，载重量过少使得操作及路径规划更为复杂。无人机的续航时间也是一个关键性问题。续航时间的长短取决于所用电池系统的功能，加大电池系统的研究尤为重要。2017年2月，由中国航空技术进出口总公司和科比特航空联合推出了多旋翼垂直起降无人机HYDrone-1800，其采用先进的氢燃料电池系统，创造了该级别无人机270 min续航的新世界纪录。

（2）制定行业标准、监管法律法规、农机补贴政策及售后服务。随着植保无人机行业的不断发展，相关配套服务维修、保险等也会更加完善和成熟[16]。加强民航主管部门间的协作，从生产、销售和使用环节对无人机进行全面管理，制定统一的行业标准，提升无人机的可靠性[27]。明确飞行任务申请及空域申报程序，细化管制规则，使飞行合理合法。希望国家尽快推动低空空域改革，进一步减少行政审批。加强民用无人机驾驶员的操作技能、专业知识和技能的培训，培养合格驾驶员，确立驾驶员培训机构和认证标准，规范飞行活动[27]。

（3）飞防专用药剂的研制。植保无人机的飞速发展将推动农药企业的改革创新和转型整合。根据植保的特点，研制生物性环保飞防专用农药，提高药剂利用率，可以降低农药残留，提高农作物的品质。

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