农用无人机监督检验平台建设内容相关建议

杜书荣， 董晓明， 王 威， 吴豪豪， 吴其深， 白岩森

（中国农业机械化科学研究院集团有限公司，北京 100083）

0 引言

随着科技的发展，越来越多的高新技术成果被应用于农业领域。无人机具有不受地形限制、操作灵活、起降简单、对人员伤害小等特点，被广泛应用于农林作业、地质勘探 、应急救援、道路交通安全、艺术创作等多个领域[1-2]。农用无人机是农业领域用于农林作业的无人驾驶飞机，由飞行平台（固定翼、单旋翼、多旋翼）、飞行控制系统、作业装备及其他附件组成，通过地面遥控或导航来飞行。农用无人机不仅对丘陵水田等多种地形的适应能力强，而且作业质量好，能做到精准施肥喷药、气流下压药滴至作物表面、近距离监测目标物等，还可有效解决农业生产人手不足、人工效率低的问题，无人机作业效率可达人工作业的60～90 倍[3]。近几年，我国农用无人机低空作业技术发展迅速，无人机在种植业中用于植保、播撒种子肥料及授粉、作物长势及病虫害等农业环境监测，在畜牧业中用于牧区定位、野生动物保护，在渔业中用于水体或水生生物监测、打击追踪非法捕捞行为[2,4-5]。农业机械展览已成为“农用无人机”主展区，无人机在农业领域的深化应用，有助于提高农业信息化、智能化、精准化水平，对促进我国农业现代化发展具有重要作用[6-8]。

目前，我国农用无人机品牌企业有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、珠海羽人农业航空有限公司、北方天途航空技术发展（北京）有限公司、无锡汉和航空技术有限公司等。数据显示，截至2021 年8 月，中国无人机专利申请量占全球无人机专利总申请量的70.58%；其次是美国占12.62%[9]。在无人机市场份额占76.1%的大疆创新是无人机行业专利申请数量居全球首位的申请人，但在被引用次数最多专利申请人前10 名中却未上榜。国内农业无人机大部分由航模企业发展而来，还有一部分由农药生产或农资企业、与无人飞机有关的军工企业及新成立的高新科技公司发展而来[10]。从事核心技术研究的农用无人机企业仍处于较低水平，大多生产企业规模较小，企业研发能力薄弱，科技创新能力不足；目前无人机的标准存在空白区，农用无人机还没有国家标准，已有的其他标准（如行业标准、地方标准、团体标准）通用性较强，而行业适用性较弱；农用无人机市场准入门槛低，监管部门职能划分不明确，监督检验不到位，以致无人机产品质量无法保证，无人机炸机跌落时有发生，无人机农业航空被称为“无人机无人管”[10-12]。对此，建立农用无人机专业检测平台，加强对无人机的监督检验，是提高无人机质量的有效途径之一。本文从国家监管的角度出发，探讨建设农用无人机监督检验平台的必要性，并就监督检验平台建设内容的重点进行介绍，以期为完善市场监督管理提供思路。

1 建设检测平台背景及意义

我国农用无人机与发达国家相比起步较晚，但发展迅速。2012 年农用无人机仅几百架，2020 年特殊大环境下累计销售量达6 万架[13]。不过发展至今，该行业还未形成一个完整的质量管理体系，学者们对此进行了积极探索。罗锡文[14]通过对比国内外农业航空技术的发展、管理及应用等各方面的现状，提出发展我国农业航空技术既需要加强研究攻关，也需要通过明确监管部门、制定制造和鉴定标准、建立准入制度等多种方式加强管理规范。周钰哲[15]指出我国无人机生产企业很大一部分由航模生产企业转型而来，无人机现在正处于蓬勃发展时期，但尚未形成完善的法律法规和标准体系，违规飞行带来安全隐患，多部门监管协调困难、存在管理漏洞和重叠，他呼吁相关部门借鉴国外管理经验，从建立法规标准体系、实行实名登记制度、建设审批监测的监管平台3 个方面完善我国无人机的管控。李忠昊等[16]提出国家应严格对无人机质量进行检验监督，他认为我国缺乏针对无人机质量检验和监督的法律法规，相关部门的检验人员也缺乏责任意识，缺少监督检验的明确规范和流程。他根据无人机质量检验监督的现状提出3 点对策：一是完善制度和机制，加强监督抽查和惩处措施，促使无人机企业提高质量；二是加强质量安全的正面宣传，增强无人机企业的安全意识；三是监督和检验人才培养，杜绝不合格产品的出厂售卖。

完善农用无人机质量管理体系，提高农用无人机的安全性，需要生产企业、国家管理部门和农户等多方的共同努力。通过有效且完善的检测平台完成监督检验，是国家监管的重要方式之一。

农用无人机生产许可认证需要检测平台。近5 年，我国小型农用无人机发展很快，市场潜力巨大，但也出现一些亟待解决的问题，如无人机产品质量参差不齐的问题。这种情况如不尽快加强管理，无人机安全难以保证，可能导致无人机行业的无序发展，后果堪忧。农用无人机企业在申请生产资质时，管理部门应该对其生产的首个无人机产品进行严格的检验检测。经过在专业检测平台的全面测试，才能确保企业有足够的生产能力。对企业生产能力的监督不仅要注重首次申请的企业，更要注重平时生产中随机的一致性抽查和监督检查。建立专业的农用无人机检测认证平台可以统一入市标准，提高市场准入的门槛，强化监督管理，促进无人机产业健康发展。

无人机安全性认证需要检测平台。无人机安全性认证主要包括“产品安全性”和“防空安全性”两方面[17-18]。产品安全性要求各厂家生产的无人机质量可靠、性能稳定，尽可能降低其对人身安全和财产造成的威胁；防空安全性是指无人机要具备自动识别禁飞空域的能力，以防不法分子利用无人机进行非法活动，威胁国家安全。提高农用无人机安全性，源头管理是关键。无人机企业在进入市场之前需要申请获得国家审批认定的生产资质，同样地，具有生产资质的企业生产的新产品在进入市场前也需要进行检测。该项检测应该围绕无人机本身安全和对周围人及物的安全展开，这就需要通过检测平台对其性能和参数进行全面的检验检测。通过检测平台的强制性检验，进一步监督无人机的安全性能，严把质量关。

购机补贴需要检测平台。2017 年9 月，农业部、财政部、中国民用航空局联合发布《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》[19]。购机补贴作为重要的惠农政策之一，对购买农机的农民和合作社来说是一项重要的补助，它可以引导群众选购优质安全的产品。对于通过检验检测且符合要求的达标产品给予购机补贴，既能正面引导群众使用安全无人机，倒逼企业注重产品安全，也能防止不法分子利用不合规产品骗取补贴的行为。建立明确的行业检测标准和专业的检测平台能确保购机补贴发挥最大的作用：一方面切实做到减轻农民负担，另一方面确保农业无人机的安全性。

综上所述，建立建全适合我国国情和农用无人机发展需要的行业检测标准体系，研发相应的检验检测平台，能有效保证农用无人机产品质量，提高我国农用无人机行业的规范化和有序化水平，确保农业无人机的安全性，促进农用无人机行业良性发展。

2 国内检测平台现状

2019 年11 月，深圳市龙岗区无人机测试场正式启用，该测试场面向区内外无人机产业链企业提供无人机测试专用场地并可满足无人机任务载荷验证、数据链测试、检测、维修、保养、飞行培训、青少年科普、无人机赛事举办等场地需求[20]。2021 年9 月，由西北工业大学无人机研究所（西安爱生技术集团有限公司）建设运营的国内首个面向全行业的专业无人机系统试验测试公共服务平台−靖边通用机场（无人机试验测试中心）获颁机场使用许可证正式投用，建设有无人机科研试验、定型鉴定、试航认证、操作维护人才培养、科普教育、无人机试验测试标准研究和无人机试验测试技术研究等12 大功能平台。作为中国首个专业无人机试验测试基地，有效填补了我国无人机产业链在试验测试环节的空白[21]。

深圳深光标准技术有限公司可以根据国标GB/T 38058−2019 进行最大起飞质量在150 kg 以下的无人机进行性能测试，测试内容主要包括民用多旋翼无人机的最大起飞质量测试、最大作业半径测试、最大平飞速度测试、航迹精度、高低温及湿热条件性能测试、辐射发射测试、 测试频段在30 MHz～6 GHz 的辐射发射测试、按照GB/T 17626.3 进行布置的射频电磁场辐射抗扰度测试[22]。第三方检测机构北京中科光析化工技术研究所分析检测中心可以进行军用民用多类型无人机的可靠性检测、跌落试验、飞行性能测试、碰撞试验、电磁兼容检测、抗电强度检测、抗高低温检测、绝缘电阻检验、无人机抗风能力检测等[23]。2017 年，国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心成立了农用无人机检测中心平台，搭建了多旋翼无人飞行器性能测试平台、抗风性测试平台−风墙模块、悬停与升力检测平台、室内轨道式雾滴沉积漂移测试平台，为专业化农用无人机检测平台的建设做了很好的前期探究，但该平台尚未达成面向社会提供检验检测的规模[24]。2018 年经工业和信息化部推荐、国家认监委组织专家论证并批准，工业和信息化部电子第五研究所与深圳赛宝工业研究院共同筹建了一所国家无人机系统质量监督检验中心，可向无人机全产业链提供检测认证服务和技术支持。

与传统农业机械、机动车等行业相比，国内缺乏专门针对农用无人机的国家级监督检验机构和检测平台。农用无人机作为无人机的一个应用分支，与其他类型民用无人机相比具有共性，也有其特有的个性。农用无人机的作业环境较为复杂多变，涉及山地、水田、森林、湖泊等；其作业对象通常为农作物、树木丛林或者牛羊鱼虾；为实现作业目的，农用无人机通常要搭载特定的设备，如农药喷洒装置、花粉撒布装置、红外光谱或高光谱等光谱仪及可见光图像摄取装置等，因此农用无人机的检测平台需要针对其作业特性进行建设。部分农用无人机生产企业为了检测自己的设备自行搭建了无人机测试中心，大致分为动力系统测试、整机干扰测试、电池系统测试、整机强度测试、空间环境适应性测试（使用风洞实验室对飞机外壳作气动性测试）、负载提升力测试、环境测试等。

我国农业各方向专用的无人机仍缺乏全面的行业检测标准，也急需专业的检测平台。我国农田多为散户耕种，分布零散，所以农用无人机以小型为主。检测平台的对象主要是小型单旋翼和多旋翼无人机，检测平台的建设规模要求相对较小，安全性和可靠性检测方面的要求较高。

3 农用无人机检测平台建设内容

在农用无人机设计与开发、产品鉴定与认证过程中，专业的农用无人机性能检测场及测试装备具有非常重要的作用，它既可以保证无人机设计研发过程中的安全性和可靠性，也为市场鉴定提供了必要条件。明确的农用无人机检测规范可以大力提升农用无人机行业的技术水平，加快行业洗牌，促进农用无人机企业的优胜劣汰[25]。针对农用无人机的性能和特点，建设农用无人机检测平台需重点关注以下方面。

3.1 飞行安全区域监控性能检测平台

建立“多星兼容式”伪卫星模拟发射系统，提供全球区域卫星模拟信号，检测无人机能否自动识别标准所规定的安全飞行区域，是否会在禁飞区域内“起飞”或“飞越”。农用无人机应当具备自动识别特定空域的能力，能够智能感知和规避政治敏感空域、机场空中交通走廊等限制空域。无人机“黑飞”的行为屡屡爆出，仅靠地面禁飞标志并不能完全切断“黑飞”路径，建立“多星兼容式”伪卫星模拟发射系统有效检测无人机区域感知性能，确保无人机能主动识别禁飞区域，为安全飞行增加保障。

3.2 飞行控制系统电磁兼容性检测平台

建立大功率电磁兼容性试验场，提供宽频高压脉冲电磁干扰场，测试无人机电磁兼容性能。电磁兼容试验场由屏蔽主体结构、测试仪表设备、操作监控室组成，需要覆盖所有民用频段电磁波，以便完成全频段范围的农用无人机电磁兼容性测试。农用无人机体积一般较小，要在试验场的空间内安装数十种电子、电气及计算机设备，提供不同等级的电磁兼容试验环境，考察飞机的抗电磁干扰的能力。飞行控制与管理计算机是飞机控制系统的中枢，需要在各种电磁干扰的条件下可靠的工作，完成飞机控制及各种任务设备的管理，意义重大。

3.3 空地通讯链路抗干扰性能检测平台

设计大功率无线电扫频装置，检测无人机与地面站通讯系统抗干扰能力及误码率。无人机控制、通讯链路由大量的电子设备（数传电台、遥控器信号、图传及差分电台等）组成，这些设备在使用过程中会产生大量的电磁辐射。如果系统设计不当，无人机空地通讯链路不仅会受到外界无线电的干扰，自身设备之间也会相互干扰，对无人机的飞行安全产生隐患。空地通讯链路的抗干扰能力是无人机能否安全飞行的决定性条件。

3.4 抗风性能检测平台

建立大型风洞试验场，模拟现场急促风和阵风环境，测试无人机在不同风力下的响应，检测其抗风性能，鉴定抗风能力等级。风洞是人工产生和控制气流，模拟飞行器周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用，以及观察物理现象的一种管道状试验设备，它是进行空气动力试验最常用、最有效的工具，可以近似模拟飞行过程中的风力扰动状态，有效地评价无人机的飞控性能，减小后续使用阶段的风险。

3.5 基本性能参数检测平台

建设农用无人机综合性能自动测试平台，检测无人机有效任务载荷、续航时间、飞行速度、避障能力、导航精度及高程控制精度等基本性能参数。这些参数在地面模拟过程中较难获取，所以有必要研发构建合适的机载测试系统在飞行试验中实时测量、记录农用无人机基本性能参数，为产品性能鉴定提供依据。

3.6 作业装备性能及作业效果检测平台

建立农用无人机机载作业装备性能检测平台及作业效果分析试验场，鉴定评价农用无人机作业效果。以植保无人机为例，可以建立雾滴空间分布场自动检测系统，自动检测雾滴大小、空间分布、喷药量及飞行器自身风场造成的雾滴漂移状况检测，评估航空喷洒效率；建立药效分析试验场，检测不同药剂及喷洒模式对药效的影响。针对各种无人机的作业类型和特点，设计全面有效的检测平台。

4 结束语

近年来，针对农用无人机的法律法规与作业标准不断出台，随着农用无人机在各个环节和农业分支中的广泛应用，市场需要完整的行业法律法规和 “从行业准入、生产、作业、环保监测到评价反馈”完整的标准体系为质量和安全保驾护航，而监督检验是提高质量的重要环节之一。我国农用无人机正处于发展势头，建立专业的检测平台，明确检验检测标准，从无人机的安全性、可靠性、基本性能参数、作业效果等各个方面进行监督检测，可以引导农用无人机进入高质量发展阶段，对加快我国农业现代化进程具有重要意义。