我国农用无人机产业发展现状及建议

欧阳安

（工业和信息化部装备工业发展中心，北京 100846）

0 引言

农用无人机是在农业生产中使用的无人驾驶航空器。通过搭载喷洒系统和对地传感器，农用无人机可以完成播种、施肥、灾情探查、喷洒农药、病虫害防治和农作物生长监测等多种作业任务，具有快速高效、适应性广、易操作等特点[1]。随着我国农业现代化进程的加速推进，农用无人机已成为推进农业机械化的重要力量，对缓解农村劳动力短缺、提高农业生产力和资源利用率、增强病虫害防控能力、保障国家粮食和生态安全具有重要意义[2-3]。本文系统梳理国内外农用无人机技术和产业发展情况，深入剖析国内农用无人机产业发展存在的主要问题，提出相关对策建议。

1 国外农用无人机发展现状

美欧发达国家高度重视农用无人机的发展应用，整体技术处于国际领先水平，应用范围涉及农田植保、田间管理等诸多方面[4]。据Fortune Business Insights 报告统计，2019 年全球农用无人机市场规模为10.2 亿美元，预计到2027 年将达37 亿美元，应用空间广阔。

美国是世界上农业航空技术最先进、应用最广泛的国家之一，森林植保和水稻施药作业全部采用航空作业方式。美国大型农场主要采用续航时间较长、载荷量较大的有人驾驶飞机进行植保作业。美国拥有强大的农业航空组织体系，成立了国家农业航空协会和近40 个州级农业航空协会，拥有近2 000 家农业航空作业服务公司，农业飞机和航空材料制造企业有500 多家，非常重视对农业航空产业的扶持。目前，农用无人机主要应用于作物播种、施肥和施药等生产环节。GPS导航施药技术、航空静电喷雾技术、航空变量施药等精准农业技术趋于成熟，作业更加优质高效，对环境的污染较低[5-7]。

日本是最早将无人驾驶直升机施药技术运用于农业生产的国家。1987 年，日本生产了世界上首台农用喷药无人机，农药喷洒技术已非常成熟。2019 年，日本制定了普及农用无人机计划，计划到2022 年，农用无人机作业覆盖的农田面积增加到100 万hm2。目前，日本农用无人机以植保施药为主，植保无人机保有量超过5 000 架，操作人员超过14 000 人，已成为世界农用无人机大国。日本农用无人机产业发达，雅马哈的RMAX 系列无人直升机能适应多种复杂环境下的作业需求，可切换人工控制和自主控制模式，具备较高的自主飞行能力，植保作业效率为7～10 hm2/h[8]。洋马的农用无人机采用双缸水冷发动机，功率16 kW，可携带28 kg 负载，用于农田植保、棉花落叶、作物播种和田间信息采集等作业，已经拥有3 000 名专业操作员。

欧洲无人机较多应用在飞机施药、农业测量、农作物监测等方面。法国ARB100-B 型无人机被用于农业测量，利用配备数码相机的遥控滑翔机CropCam，通过手动操作或预编程序搜集图像数据以供农业、林业及环保等使用。西班牙对农用无人机技术理论创新研究较多，主要关注无人机遥感监测技术、空中定量精准喷药技术、图像处理和传感器研究等方面[9]。此外，近年来，阿根廷、巴西、澳大利亚等国家航空施药发展迅速，农用无人机主要应用于牧场的牧群定位，以及农作物生长、旱涝、病虫害监测等。

2 国内农用无人机发展现状

目前，国内农用无人机应用主要集中在植保作业领域。我国从2004 年开始研究和推广植保无人机，2010年首架商用植保无人机交付市场，拉开了其产业化的序幕[10]。近年来，得益于国家相关政策的大力支持，通过行业企业、高校院所等各方面的共同努力，我国农用无人机产业发展迅速，技术水平日趋成熟，市场培育逐步完善，进入高速发展阶段，呈现5 方面特点。

2.1 产业发展不断加快

近年来，随着土地流转面积的持续增加，土地集中化、生产规模化不断加快，国家政策支持力度不断加大，用户对农用无人机的需求大幅提升，有力推动了农用无人机产业的发展[11]。2013 年，农业部开始在全国范围内推广植保无人机低空低量航空施药技术。2017 年，农业部、财政部、民航总局联合印发《关于开展农机购置补贴引导植保无人飞机规范应用试点工作的通知》，将植保无人机纳入购置补贴目录，并逐步在20 个省份开展试点。在补贴政策的拉动下，农用无人机特别是植保无人机产业规模迅速扩大，装备总量、作业面积均以指数级增长。2013 全国植保无人机只有100 架左右，作业面积不足6 667 hm2；2019 年植保无人机进入全面推广阶段，保有量约5.5 万架，作业面积达0.33 亿hm2次；2020 年植保无人机保有量为7.07 万架，作业面积0.73 亿hm2次，占我国病虫害防治面积的20%以上。

2.2 技术水平持续提升

我国相关院所企业聚焦机载信息探测、自主飞行控制、施药作业控制和超声波测距等方面开展技术攻关，在多源传感器融合的农情遥感探测、基于病虫害识别处方图的精准施药技术、作业路径自主规划与导航技术、基于药液沉积运动规律的精准施药技术等方面都取得了一些突破，研制了有效载荷10～35 kg 的多系列农用无人植保作业装备，巡航时间超过30 min[12-13]。植保无人机具备手动增稳模式操控飞行和全自主飞行作业模式，可实现无人机超低空仿地飞行和超低空施药，病虫害防治效果已接近地面大型喷杆喷雾机的水平，平均防效达到80%左右。与此同时，植保无人机智能化水平加快提升，部分企业产品已具有4D 雷达成像、自主避障、仿地飞行、变量施药、多机协同和快速装药等功能，产品田间适应性增强，操控更加简单。部分产品配置智慧农业生产操作系统，通过RTK 导航、高清数字农田、电子围栏、物联网大数据等基础设施，可实现测绘辅助+自主作业，以及自主决策、自动执行，支撑植保无人机理论作业效率从不足6.67 hm2/h 提升至16.67 hm2/h[14-15]。

2.3 产品种类不断丰富

农用无人机以电池或燃油作动力，在结构上可分为单旋翼和多旋翼两种机型。多旋翼无人机以电池驱动为主，因售价较低、操作简单，市场占有率较高，但电动载荷量小、续航时间短。单旋翼无人机多以燃油作动力，载荷量和续航时间有所提升，但结构复杂、售价较高、市场份额较小。随着市场规模不断增长，无人机产品种类型号也不断丰富，据统计，目前我国农用无人机品牌超过400 个，型号有232 种，其中多旋翼168 种、单旋翼64 种，以电动多旋翼为主导的品牌型谱不断拓宽。与此同时，随着技术不断发展进步和广泛推广应用，我国农用无人机产品质量和可靠性有所提升，产品坠机率和事故率大幅降低。如整机模块化技术的应用使农用无人机框架强度提高30%，高效电池技术提升了电池充电速度和耐用度，机身防水密隔舱设计最高防水等级可达到IP67。

2.4 推广应用步伐加快

2017 年，农机购置补贴引导植保无人机规范应用试点在20 个省份展开，植保无人机推广应用步伐加快。其中，在新疆、黑龙江、江苏、湖南等农业大省（区）植保无人机分布较为集中，主要用于水稻、小麦、玉米等大田农作物的植保和喷施棉花脱叶剂作业。随着农用无人机的大规模应用，其对人力的替代效应进一步显现。目前，植保无人机市场渗透率逐渐提升，已逐步替代传统人力背负式喷雾器。2021 年新疆飞防渗透率高达80%，黑龙江省无人机开展水稻肥料撒播占比近50%，我国人力背负式植保作业占比已从2012 年的70%降至2020 年的40%。此外，农用无人机的作业范围逐渐由以植保作业为主拓展到种子撒播、肥料撒布、饲料撒布和水产养殖投食等方面，作业对象也由大田作物拓展到果园、茶园等经济作物，作业市场逐步细分，生产效率和经济效益大幅提升。

2.5 市场主体发展壮大

近年来，全国从事农用无人机产业发展的市场主体日益增多。目前，无人机制造企业有250 余家，零配件生产企业有400 多家，科研院所有20 多家。国内企业主要集中在广东、山东、江苏、河南等地，涉及无人机的研发、销售、作业服务、人才培训和金融保险等领域。制造企业中，深圳市大疆创新科技有限公司、广州极飞科技股份有限公司、无锡汉和航空技术有限公司、安阳全丰航空植保科技股份有限公司、深圳天鹰兄弟无人机创新有限公司、北京韦加航通科技有限责任公司、羽人无人机（珠海）有限公司、北方天途航空技术发展（北京）有限公司等属于行业代表，深圳市大疆创新科技有限公司和广州极飞科技股份有限公司两家占据国内电动多旋翼植保无人机的主要市场。这些企业不仅在国内迅速发展，并且相继在美国、日本等30 多个国家和地区开拓了市场。

随着农机、农技与农资不断融合，无人机制造企业和农药生产企业、新型经营主体共同组建专业社会化服务组织，推动植保无人机的作业服务。生产企业和服务组织通过云服务平台，开展统一订单管理、作业全程可溯和作业监测监督，建立了农业社会化服务新模式。目前，农用无人机产业带动了超过8 000 家飞防专业社会化服务组织的发展，已初步形成研发、生产、销售、服务的完整产业链。

3 国内产业发展存在的问题

3.1 关键部件自主化水平不足，产品质量有待提升

农用无人机关键部件包括主控芯片、电池、云台、图传系统等硬件，以及航测软件与云系统等。目前，我国主控芯片严重依赖进口，供应商包括高通、英特尔、德州仪器、三星等企业，芯片通常供应短缺，并且价格高。国内主控芯片品质不高，智能化、微型化程度较低，为保障无人机飞行的稳定性与流畅性，中高端产品优先选择海外供应商。此外，国内无人机产品存在电池续航时间短、喷洒作业效果较差、故障率高等问题，甚至出现作业过程中坠地的情况，总体性能和可靠性有待提升[16-17]。电池影响无人机的飞行速度和续航能力，具有较高的技术壁垒和准入门槛。国内无人机普遍续航时间偏短，负重能力不足，特别是应用最为广泛的电动多旋翼无人机，由于飞行效率较低，在载荷指标、航程、航时方面的短板十分明显，需要频繁更换电池和补充药剂，油动力无人机可增加一些飞行距离和载荷量，但对操控者要求较高，买家较少使用。无人机施药还存在药液漂移等情况，导致漏喷、错喷、重喷等现象。

3.2 行业管理亟待规范，标准建设尚不完善

我国农用无人机产业应用较晚但发展较快，行业管理尚不规范，标准缺失问题突出，法律法规不健全，监管体系尚未成型。目前农用无人机的生产和应用管理涉及多个部门，监管职责不明晰，飞行作业审批手续复杂，农地测绘数据的开放使用受到法律限制，无人机的购置、登记、年检等工作还处于空白状态。标准方面，农用无人机目前尚未发布国标，已发布的3 项行标和16 项团标主要涉及质量评价技术规范、安全操作、接口数据规范等方面。总体上，标准数量较少，多数标准集中在植保无人机领域，其他产品应用标准较少；标准体系建设滞后，无人机分类、分级标准、生产质量检测、检测指标要求等不够明确，专用药剂相关标准不完善，应用运营、人员管理等环节专业标准缺失，有的仍沿用民用无人机通用性法规标准，甚至有部分地方标准和团体标准互不兼容[18-19]。

3.3 专业操作人员紧缺，技术人才亟待培养

相比人工和传统农机，农用无人机存在施药效果不稳定和操控相对困难的问题，对操作人员的专业性要求比较高。如农用无人机施药时，需要操作人员结合作物的特点选择合适的农药种类，对药剂选用配比进行精准掌握，对喷洒浓度进行控制，对无人机调试、操控、维修、养护方面也需要具有较高的水平，否则容易出现违规操作或不当操作，从而造成安全事故，影响无人机作业效果[20]。目前，无人机制造商主要为用户提供专业培训服务，但受用户分散等多重因素影响，培训效果有限，具备专业操作技能的人员相对匮乏。从行业发展角度看，随着农用无人机智能化水平提升，需要一批机械、农业、农药、电子技术方面的复合型技术研发人才，但目前大部分行业从业人员水平不高，人才培养和储备相对落后。

3.4 配套服务不健全，推广应用有待加强

良好的配套服务将促进农用无人机市场扩展，反之将阻碍农用无人机进一步推广应用。目前我国农用无人机相关保险、租赁、维修和推广等配套服务组织大多仍处于起步阶段，规模化、规范化发展不足，存在机制不健全、组织实力弱、服务供给不足、管理不规范、市场开拓和抗风险能力弱等问题。如农用无人机使用出现故障需要找专业人员进行维修，但一些售后服务网点覆盖面较窄，无人机发生故障后难以快速修复，因此错过植保作业最佳时期，影响植保作业效率。此外，无人机保险有效期短、保费较高、维修保养成本高也将制约农用无人机的推广应用。

4 对策建议

4.1 明确监管职责，强化相关政策支持

推动尽快发布《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》，明确农用无人机安全监管职责，建立跨部门协调机制，强化农用无人机各管理部门协同联动，加强对无人机市场的引导和监管。制定针对性的产业规范、相关服务制度标准及市场准入准则，保证农用无人机的产品质量。完善执法部门关于审批方式的报批报备机制。加快建立农用无人机的监管平台，实现多部门数据互通。加快完善农用无人机安全管控体系，推进农地测绘数据的共享应用。加大对农用无人机推广应用的政策导向和扶持力度，优化植保无人机等农用无人机的补贴分档和补贴方式。

4.2 整合资源力量，加强关键核心技术攻关

坚持需求牵引，整合各方面的资源力量，着力构建企业为主体、产学研用紧密结合的创新体系，加大关键核心技术攻关力度，提升产业链供应链自主可控能力。鼓励开展关键技术的设计与优化，支持专用药剂的筛选与研发，重点加强无人机控制芯片、专用施药喷嘴等核心零部件的攻关，加快突破实时精准定位、动态场景感知与避让、面向复杂环境的自主飞行、群体作业等核心飞行控制技术，开发精准喷施、多机协同作业智能控制、农情低空遥感信息获取等核心航空作业技术，研发高效轻量化航空精准喷施关键部件，研制空机质量多等级的农用无人机系列产品，加快研发生产无人机专用高效、低毒、低残留、低污染的药剂。

4.3 健全标准体系，引导行业健康有序发展

加快完善农用无人机标准体系，重点推动农用无人机及作业部件在产品（质量）标准、作业质量、鉴定标准、质量检测认证标准、操作规范与人员培训等管理标准方面的标准化建设，加快制定播种、施肥、遥感、辅助授粉等应用标准，加快推动制定专用药剂技术标准、评价标准、检测标准。充分发挥科研院所、高校等优势试验资源，加快构建无人机性能评价标准体系，加快构建性能评价标准体系及配套性能检测平台。积极参与国际标准制定组织（ISO）无人机相关标准起草工作，增强产业发展国际话语权和影响力。

4.4 优化配套措施，完善社会化服务体系

着力优化基础设施建设，建立专业性培训机构，推进技术人才培养，制定农用无人机人才培训计划，明确培训方式和内容，全面加强机手操作技能和农业知识培训，打造高素质农机手队伍。建立健全售后服务体系，提升植保无人机技术保障水平，加强农业技术管理服务部门、农机合作社、农机作业公司、维修厂及经销企业等合作，为农户运用植保无人机提供全程技术保障。加大社会化服务体系的政策扶持，大力发展技术能力强、管理先进的专业服务组织，推进统防统治社会化服务。探索实行用户购买强制保险、国家进行部分补贴、生产商提供额外补充保险的机制，降低用户风险、鼓励推广使用。鼓励企业通过海外农业援助，加快农用无人机和数字智慧农业系统“走出去”步伐。

5 结束语

近年来，我国农用无人机产业发展迅速，技术水平日趋成熟，市场培育逐步完善，已进入高速发展阶段。总结梳理了国内外农用无人机技术与产业发展现状，针对当前国内产业面临的关键部件自主化水平不足、行业监管不明确、标准建设不完善、专业操作人员缺乏和配套服务不健全等问题，从健全管理机制、加强关键技术攻关、强化标准体系建设和完善社会化服务体系等方面提出了对策建议，为推动我国农用无人机技术进步和产业持续健康发展提供借鉴参考。