农用无人机植保应用发展的探讨
2015-01-02 朱宪良 民用无人机市场开发
农用无人机植保应用发展的探讨
山东省青岛市农机化技术推广站 朱宪良
农用无人机植保是以无人驾驶直升机为载体，配置高效率超低量施药设施，实现低空高效超低量农药的喷施。与传统的背负式喷雾器、自走式植保机械相比，喷防效率和效果明显提升，适宜于农场及大面积农作物和高秆作物以及丘陵山区植保喷防。作为未来植保机械化的前沿技术，将会越来越多地运用到现代农业生产中。
一、发展现状
无人机植保的研究与应用，在美国、日本、韩国等发达国家已得到了快速的发展，已成为植保服务的主力军；在我国目前处于起步阶段，主要机型有单旋翼直升机和多旋翼直升机两种。早在上世纪九十年代末期，我国就从日本引进了农用无人驾驶无人机，但没有普及应用。国内农用无人机研发始于2005年，目前已有10多家企业和科研单位研发生产农用无人机，并呈现快速增长的趋势。生产的无人机分为油动力、电池动力和油电混合动力3种，油动力的又有风冷和水冷两种，载药能力在5kg～20kg之间，价格在6万～20万之间。从生产上来看，产业化还不多，基本处于研发试生产或以销定产阶段；从推广应用来看，由于受鉴定，管理、质量等多方面的限制，基本处于试验、示范阶段，没有进行规模化推广；从农业生产需求来看，需求旺盛，发展前景广阔，市场潜力大，预计2015年国内无人机需求量将达到3000台，2020年不会低于6000台。随着我国农用无人机产业化的推进、技术的成熟、价格的降低，无人机植保机械化技术前景看好。
二、无人机植保在农业植保方面应用的优势
1.高效安全
农用无人机植保低空超低量喷洒效率高，每小时60亩～1OO亩，是常规人工喷洒的100倍，是地面植保机具防治效果最高的高秆宽喷雾器的8倍。农用无人直升机自动飞控导航作业，最大限度地减少了工作人员接触农药的时间，从而可以保证工作人员的生命安全。
2.作业自动化程度高
无人机超低量施药不受地形和高度限制，可在田间地头起飞，只要在其飞行高度和控制信号有效范围内，采用遥控操作或预先设定农田GPS信息确定飞行轨迹自动飞行喷洒作业；且直升机在失去遥控信号的时候能够在原地自动悬停，等待信号的恢复，具有失控保护功能；停止再启动后能按航线自主接力，即断药补药后，从断点开始续喷，从而减少了人工漏喷重喷的现象。
3.防治效果好
无人机超低量喷药作业高度比较低，药液雾化效果好，旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，可减少飘移，增加药液在单位面积上沉降覆盖密度，喷洒均匀，提高了农药的有效性，防治效果好，用药量少，减少农药对土壤和环境的污染。
4.适应性强，易于推广
无人机作业，既可喷药，也可喷施叶面肥；既适用于小麦、大豆、水稻等低秆作物，也适用于玉米、棉花、高粱等高秆作物和林果带；同时还适用丘陵山区作业，其适应性强。无需专用航站，近地飞行，可在空中悬停，体积小、重量轻，用面包车就可以实现跨区转移作业，易于推广普及应用。
5.劳动强度低，防治及时
无人机植保效率高，远离作业的恶劣环境，安全可靠，与人工作业相比，劳动强度大大降低，为目前农村劳动力紧张、劳动力成本高的问题提供了可行的解决方法。当病虫害大面积发生时，能及时迅速防治病虫害，尽快控制危害。
三、存在的问题
1.无人机性能的问题
无人机植保是以无人机为载体，无人机的性能直接影响作业效果。油动力无人机噪音较大，维护保养成本略高，维护程度相对复杂，对操作人员素质要求较高；电池动力农用无人机作业能力小、抗风能力差、续航时间短、电池价格高寿命短、电池折旧成本高，电池充电时间长。再就是售后服务的问题，如果售后服务不及时，也会影响农用无人植保机超低量喷药技术的发展。
2.技术上有待进一步研究完善
一是要优化无人机自身性能，使之便于操控。通过航路规划、自动导航实现傻瓜式操作，降低操作难度和复杂性。二是对农药雾滴的沉积飘逸规律也要进一步的加强研究，对于不同旋冀直径的机型需要进一步试验研究，优化作业高度、作业幅宽和作业雾滴直径。三是加大低蒸发超低量药剂的研发力度，进一步消除飘逸效应。农用无人植保飞机采用超低量喷雾，农药的剂型应以油剂为好，其次是乳油、水剂、水乳剂等。目前市场上销售的药剂多为传统喷雾设备设计生产的，不适合无人机植保机械。
3.续航时间短，载重量小，对操控人员要求的技术水平高
目前电动无人机一块电池续航能力为8～10分钟左右，需要准备多组后备电池更换，电池充电时间长，电池成本高，频繁更换且影响植保效率；油动力无人机续航能力为10～30分钟左右，油电混合动力的续航能力超过60分钟。国内无人植保飞机一般载重能力仅为5kg～15kg,油电混台动力的一些机型能达到35斤以上。就目前情况来看，电池动力无人机大幅度提升载重能力比较困难，油动力无人机实现相对简单，但必须改进飞控系统，增加智能模块化和程序化的设置，弥补人员操作技术的不足。
4.管理和技术标准的问题
目前我国无人机的生产还处于起步阶段，缺乏安仝操作规范、农药喷洒标准，药剂标准等相关的作业规范，为数不多的生产企业和科研机构也是各自为政，没有统一的行业标准，生产推广应用受到一定的限制，且也缺少无人机管理方面的政策法规．与有人驾驶机一样，无人机的管理也分适航管理、飞行标准和无线电管理3个方面。
四、发展建议
1.加强科研与技术研究
无人机植保应用是一个系统工程，有关科研单位、无人机生产企业和农药及药械企业要密切配合，通过产学研结合，加大创新研发力度。一是加大无人机研发力度，不断改进提高无人机性能，提升无人机续航能力和载重量，提高防治效率，降低防治成本。二是加强配套技术研究。针对不同低空超低量施药器械，研发与之相匹配的药液，力争在药剂雾化、喷洒技术等方面争取有所突破。三是加强电动无人机电池的研究，开发应用高效无人机动力电池，降低电池的成本，提升电池昀容量，确保单次足够的续航能力。油动力无人机主要是在载重量上要有所突破．
2.制定可行的发展模式
无人机植保是以无人机做载体的，无人机的操作、维修保养也需要一定技术能力的人员．未来一家一户的发展模式会受到一定的限制，也不符合统防统治的要求，各级政府要加大对无人机植保应用的调研和引导，根据各地实际生产需要，加大政策扶持力度，以种粮大户家庭农场和农业（机）台作组织为载体，统一规划，建设区域化喷药防治中心或作业队，统一管理，统一作业。
3.配套完善相关标准和政策法规，加强示范推广
相关管理部门应早日制定我国农业无人飞机的制造标准、鉴定标准，作业规范，争取尽早将农业航空飞行器纳入农机补贴目录，加大无人机植保机械化技术的宣传，因地制宜，加大示范推广力度，大力推进农作物专业化统防统治工作，促使其在生产中早日推广普及应用。
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农用无人机植保应用发展的探讨
2015-01-02 朱宪良 民用无人机市场开发
农用无人机植保应用发展的探讨
山东省青岛市农机化技术推广站 朱宪良
农用无人机植保是以无人驾驶直升机为载体，配置高效率超低量施药设施，实现低空高效超低量农药的喷施。与传统的背负式喷雾器、自走式植保机械相比，喷防效率和效果明显提升，适宜于农场及大面积农作物和高秆作物以及丘陵山区植保喷防。作为未来植保机械化的前沿技术，将会越来越多地运用到现代农业生产中。
一、发展现状
无人机植保的研究与应用，在美国、日本、韩国等发达国家已得到了快速的发展，已成为植保服务的主力军；在我国目前处于起步阶段，主要机型有单旋翼直升机和多旋翼直升机两种。早在上世纪九十年代末期，我国就从日本引进了农用无人驾驶无人机，但没有普及应用。国内农用无人机研发始于2005年，目前已有10多家企业和科研单位研发生产农用无人机，并呈现快速增长的趋势。生产的无人机分为油动力、电池动力和油电混合动力3种，油动力的又有风冷和水冷两种，载药能力在5kg～20kg之间，价格在6万～20万之间。从生产上来看，产业化还不多，基本处于研发试生产或以销定产阶段；从推广应用来看，由于受鉴定，管理、质量等多方面的限制，基本处于试验、示范阶段，没有进行规模化推广；从农业生产需求来看，需求旺盛，发展前景广阔，市场潜力大，预计2015年国内无人机需求量将达到3000台，2020年不会低于6000台。随着我国农用无人机产业化的推进、技术的成熟、价格的降低，无人机植保机械化技术前景看好。
二、无人机植保在农业植保方面应用的优势
1.高效安全
农用无人机植保低空超低量喷洒效率高，每小时60亩～1OO亩，是常规人工喷洒的100倍，是地面植保机具防治效果最高的高秆宽喷雾器的8倍。农用无人直升机自动飞控导航作业，最大限度地减少了工作人员接触农药的时间，从而可以保证工作人员的生命安全。
2.作业自动化程度高
无人机超低量施药不受地形和高度限制，可在田间地头起飞，只要在其飞行高度和控制信号有效范围内，采用遥控操作或预先设定农田GPS信息确定飞行轨迹自动飞行喷洒作业；且直升机在失去遥控信号的时候能够在原地自动悬停，等待信号的恢复，具有失控保护功能；停止再启动后能按航线自主接力，即断药补药后，从断点开始续喷，从而减少了人工漏喷重喷的现象。
3.防治效果好
无人机超低量喷药作业高度比较低，药液雾化效果好，旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，可减少飘移，增加药液在单位面积上沉降覆盖密度，喷洒均匀，提高了农药的有效性，防治效果好，用药量少，减少农药对土壤和环境的污染。
4.适应性强，易于推广
无人机作业，既可喷药，也可喷施叶面肥；既适用于小麦、大豆、水稻等低秆作物，也适用于玉米、棉花、高粱等高秆作物和林果带；同时还适用丘陵山区作业，其适应性强。无需专用航站，近地飞行，可在空中悬停，体积小、重量轻，用面包车就可以实现跨区转移作业，易于推广普及应用。
5.劳动强度低，防治及时
无人机植保效率高，远离作业的恶劣环境，安全可靠，与人工作业相比，劳动强度大大降低，为目前农村劳动力紧张、劳动力成本高的问题提供了可行的解决方法。当病虫害大面积发生时，能及时迅速防治病虫害，尽快控制危害。
三、存在的问题
1.无人机性能的问题
无人机植保是以无人机为载体，无人机的性能直接影响作业效果。油动力无人机噪音较大，维护保养成本略高，维护程度相对复杂，对操作人员素质要求较高；电池动力农用无人机作业能力小、抗风能力差、续航时间短、电池价格高寿命短、电池折旧成本高，电池充电时间长。再就是售后服务的问题，如果售后服务不及时，也会影响农用无人植保机超低量喷药技术的发展。
2.技术上有待进一步研究完善
一是要优化无人机自身性能，使之便于操控。通过航路规划、自动导航实现傻瓜式操作，降低操作难度和复杂性。二是对农药雾滴的沉积飘逸规律也要进一步的加强研究，对于不同旋冀直径的机型需要进一步试验研究，优化作业高度、作业幅宽和作业雾滴直径。三是加大低蒸发超低量药剂的研发力度，进一步消除飘逸效应。农用无人植保飞机采用超低量喷雾，农药的剂型应以油剂为好，其次是乳油、水剂、水乳剂等。目前市场上销售的药剂多为传统喷雾设备设计生产的，不适合无人机植保机械。
3.续航时间短，载重量小，对操控人员要求的技术水平高
目前电动无人机一块电池续航能力为8～10分钟左右，需要准备多组后备电池更换，电池充电时间长，电池成本高，频繁更换且影响植保效率；油动力无人机续航能力为10～30分钟左右，油电混合动力的续航能力超过60分钟。国内无人植保飞机一般载重能力仅为5kg～15kg,油电混台动力的一些机型能达到35斤以上。就目前情况来看，电池动力无人机大幅度提升载重能力比较困难，油动力无人机实现相对简单，但必须改进飞控系统，增加智能模块化和程序化的设置，弥补人员操作技术的不足。
4.管理和技术标准的问题
目前我国无人机的生产还处于起步阶段，缺乏安仝操作规范、农药喷洒标准，药剂标准等相关的作业规范，为数不多的生产企业和科研机构也是各自为政，没有统一的行业标准，生产推广应用受到一定的限制，且也缺少无人机管理方面的政策法规．与有人驾驶机一样，无人机的管理也分适航管理、飞行标准和无线电管理3个方面。
四、发展建议
1.加强科研与技术研究
无人机植保应用是一个系统工程，有关科研单位、无人机生产企业和农药及药械企业要密切配合，通过产学研结合，加大创新研发力度。一是加大无人机研发力度，不断改进提高无人机性能，提升无人机续航能力和载重量，提高防治效率，降低防治成本。二是加强配套技术研究。针对不同低空超低量施药器械，研发与之相匹配的药液，力争在药剂雾化、喷洒技术等方面争取有所突破。三是加强电动无人机电池的研究，开发应用高效无人机动力电池，降低电池的成本，提升电池昀容量，确保单次足够的续航能力。油动力无人机主要是在载重量上要有所突破．
2.制定可行的发展模式
无人机植保是以无人机做载体的，无人机的操作、维修保养也需要一定技术能力的人员．未来一家一户的发展模式会受到一定的限制，也不符合统防统治的要求，各级政府要加大对无人机植保应用的调研和引导，根据各地实际生产需要，加大政策扶持力度，以种粮大户家庭农场和农业（机）台作组织为载体，统一规划，建设区域化喷药防治中心或作业队，统一管理，统一作业。
3.配套完善相关标准和政策法规，加强示范推广
相关管理部门应早日制定我国农业无人飞机的制造标准、鉴定标准，作业规范，争取尽早将农业航空飞行器纳入农机补贴目录，加大无人机植保机械化技术的宣传，因地制宜，加大示范推广力度，大力推进农作物专业化统防统治工作，促使其在生产中早日推广普及应用。
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