黑龙江省农用植保无人机工程技术研究可行性分析

傅东兴

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

近年来，无人机技术发展迅速，在各行各业应用广泛，在军工、航拍等领域的应用已日趋成熟。农用无人机经过近几年的探索，作业优势越来越明显，在黑龙江省农业上的应用取得了良好效果。利用无人机进行植保作业解决了喷药人员短缺、喷药人员中毒等问题，更重要的是由于农药用量少、利用率高，减少了农药残留，提高了作物品质。传统植保方式因农药不规范使用也会造成土壤和地下水污染。农用植保无人机根据不同时期作物的生长特点，一般在作物上方1～3 m高度飞行，雾化喷洒，农药喷洒均匀，大部分滞留于叶片的正反两面。相对于传统喷施方法，对土壤污染较小，提高农药利用率，降低农药使用量，效率高，而且没有机械带来的作物践踏损伤。农用无人机植保作业开发潜力较大，伴随着相关技术进步以及相应配套政策机制的完善，将会得到越来越多人的认可，必然受到广大农户的欢迎。另外，在作物的某个特殊时期，比如玉米出蓼时，如果发生病虫害，由于此时玉米株高已经很高，现代密植株距又很窄，大型机械无法作业，人工喷洒容易中毒，大型有人机直升机飞行高度太高，喷药效果差，此时，只能用无人机来进行喷洒作业。在水田中的应用，也大大降低了劳动强度，提高了作业效率。因此，无人机在农业上的应用具有一定的发展前景[1]。

1 研究现状及存在的问题

主要体现在植保无人机的研究队伍中，缺乏具有农业背景的专业人才，所以农用植保无人机的研发与实际应用脱节。而无人机农用存在其复杂性，土地、作物种类、农药特性的不同，对无人机的软件要求、硬件配套、程序设计都各不相同。由于无人机喷洒雾化程度高，农药利用率高，所以喷洒量与传统方式也有不同，这需要研究制定出一整套喷施作业标准，针对不同作物、不同药品、不同喷洒时间，以及无人机电池的蓄航时间、农药喷洒速率、飞行速度、飞行高度、喷药宽度应该有标准化的操作程序，这些需要既懂无人机，又要懂农药喷施，更要懂农业机械的专业人员来完成[2]。目前，农用植保无人机主要应用在农药喷洒上，事实上，病虫害监测、森林防火、产量预估等领域都可以应用无人机来完成。

通过调研得知，植保无人机产品本身的弱点包括电池蓄航能力差、整机载重有限、操作难度较高、配件易损且比较昂贵等多方面的问题。因此，开展农用植保无人机工程技术研究是为了站在无人机技术的前沿，研发出性能优异的无人机产品，淘汰传统喷洒工具，推进主要农作物生产全程机械化作业，更好地服务广大农户，为农业的发展服务，对黑龙江省农业的现代化发展具有重要的意义。

2 农用植保无人机工程技术研究的必要性

目前，全国无人机厂家共有300余家，黑龙江市场上的无人机产品多为南方厂家的产品，黑龙江省自主研发产品的企业不足5家。制约无人机在农业领域应用发展的主要因素有以下几方面：一是价格，无人机产品及配件价格普遍偏高，限制了无人机在黑龙江省农业领域的应用；二是目前的无人机产品从结构合理性、性能稳定性、操作简便性、使用方便性上都不尽人意，不能称其为成熟的商品，还需要大量测试与改进；三是作业标准缺失，喷施无标准可依，现有无人机厂家大多为非农业企业，对农业生产并不十分了解，无人机喷施作业不同于人工或是其他作业机械，必须依据不同农作物的生长特点加强相关作业标准的研究制定，才能使无人机发挥更大更好的作用，从而，推动无人机在农业领域的应用发展。

目前，无人机发展迅猛，在军事、电力巡视、环保监测、航拍等方面得到了广泛应用，有些领域的应用甚至已趋于成熟，在农业上的应用尚处于刚刚起步的阶段，具有很大的发展空间，相关的应用研究也缺失严重[3]。加强黑龙江省农用无人机产品应用领域研究，进一步优化配置、优化结构，使其更适应黑龙江省农业生产实际要求，让高大上的无人机成为实实在在的农业植保机械，降低使用及维修成本，让广大农民会用、敢用。

国内农用无人机并没有形成严谨的科研体系，也并没有类似的系统性的课题研究，农用无人机生产标准依据不够合理，产品标准鉴定依据不充分，也没有较为科学的质量鉴定标准，农用植保无人机的发展还有很大的提升空间，要研究解决的问题也很多。由于现有的农用植保无人机生产厂家多为非涉农企业，对农业生产过程不甚了解，导致农用植保无人机产品并不能很好地适应农作物植保技术要求[4]。另外由于农用植保无人机在我国首先发展于南方省市，与北方地区生产环境不相适应。黑龙江省现有大型农机合作社、水稻合作社、玉米合作社等各类农业专业合作社几千家，土地集中连片，规模较大，而且随着土地确权的深入，耕地流转集中连片将“愈演愈烈”，农用植保无人机需求量会大大增加。大型有人机由于飞行高度过高，农药飘洒浪费极大，对村庄、人畜、河流、山川污染极为严重，是现代化手段的“粗放式喷洒”，农药有效利用率仅为30%，与农业农村部提出的“农药化肥零增长”背道而驰，小型农用植保无人机很难适应黑龙江“大农业”植保飞防任务。因此,大载重、长航时、低下压、固定翼无人飞行器，载重量介于大型有人机与无人机之间，将很好适应黑龙江农业植保需求，具有一定的市场需求。

目前制约农用无人机载重量大小的因素有电池蓄航能力、电池容重比等，随着石墨硒技术的应用开发，电池蓄航能力与容重比将有显著提高，特别是氢燃料电池技术的逐步成熟，为开展“大载重长航时低下压无人飞行器的研究”提供了更多动力技术选择。国内农用无人机以多旋翼、单旋翼无人机为主，固定翼无人机较少用于农业植保，究其原因，是固定翼无人机起飞着陆需要固定的跑道或辅助弹射器，制约了其在农业植保上的应用，但固定翼无人机有着长航时、载重大、效率高等多旋翼、单旋翼无法比拟的优点。

农用植保无人机工程技术研究是一项系统性研究工程，要提高黑龙江省整体科研水平和人才培养质量，加大研发队伍建设。需要组合农业机械设计、材料科学、农业植保、自动控制等多学科专业技术人员进行系统性研发工作。加强与无人机开发领域全国知名大学、科研机构建立战略联盟,积极推动以农用植保无人机工程技术研究为依托，以优秀学术带头人为核心，以重大项目为牵引、凝聚学术队伍的人才组织模式，培养和汇聚具有国内领先水平的学术带头人、具有创新能力和发展潜力的青年学术骨干，逐渐形成农用植保无人机开发技术研究领域国内一流的学术团队。

3 效益分析

黑龙江省是农业大省，农用耕地总量有1 593万hm2，占全国耕地面积总数的10%，农用植保无人机的市场需求量很大。市场调研得知：截止到2020年黑龙江省农用植保无人机的市场保有量就已经超过了10 000架，而且最近几年每年都在以2 000架次的数量迅猛增长。因此，农用植保无人机的研究经济效益和社会效益将非常巨大。

目前，农作物种植还是以农民自己管理为主，监管难度很大，农药滥用情况严重，高毒、高残留农药局面很难有效控制，植保无人机的出现，会使统防统治成为可能，严格控制农药喷施种类和药量，保证国家的食品安全具有特别重要的意义。

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