摘要农业植保无人机是农业机械化与智能农机发展的重要标志。本文从阐释我国植保无人机发展现状入手，分析了存在的问题，介绍了国内农业植保无人机典型技术产品，从法规政策体系、跨学科技术融合、产品性能改造提升、标准体系构建等方面提出了发展建议，并探讨了植保无人机未来发展趋势，以期为农业植保无人机发展和推广应用提供参考。 关键词农业植保无人机；发展现状；问题；建议；发展趋势中图分类号S252+.3文献标识码A 文章编号1007-5739(2022)16-0094-04DOI :10.3969/j.issn.1007-5739.2022.16.025开放科学(资源服务)标识码(OSID ):
Development Status of Agricultural Plant Protection UAV and Its Suggestions
SHAO Gaige 1ZHANG Xiaofei 1*LIU Tao 1WANG Tianshu 2
(1Xi ′an Agricultural Technology Extension Center,Xi ′an Shaanxi 710061;2
Xi ′an Agricultural Products Quality and Safety Inspection and Monitoring Center,Xi ′an Shaanxi 710077)
Abstract Agricultural plant protection unmanned aerial vehicle (UAV)is an important symbol of the development of agricultural mechanization and intelligent agricultural machinery.This paper started w
ith explaining the development status of plant protection UAV in China,then analyzed the existing problems,introduced the typical technical products of domestic agricultural plant protection UAV,put forward development suggestions from the aspects of laws and policies system,interdisciplinary technology integration,product performance transformation and improvement,standard system construction,and discussed the future development trend of plant protection UAV,in order to provide references for the development,popularization and application of agricultural plant protection UAV.
Keywords agricultural plant protection UAV;development status;problem;suggestion;development trend
农业植保无人机发展现状及建议
超导电机邵改革1张小飞1*刘涛1王天舒2
(1西安市农业技术推广中心，陕西西安710061;
2
西安市农产品质量安全检验监测中心，陕西西安710077)
据中国航空运输协会统计,2020年全国植保无人机保有量突破5.5万架，作业面积超过5666.7万公顷次。当前我国植保无人机领域的技术研发、产品制造水平均较高，但实际应用中在产品造价、操作技能、综合性能等环节仍面临一系列挑战。这对植保无人机在农业领域的应用及发展提出了现实要求。 1我国植保无人机市场发展现状
自2010年起，我国植保无人机市场迅速发展，在
经历连续8年大幅增长与2年小幅跌落后，植保无人机市场于2020年起规模持续扩大，呈现出强劲的内生性动力，当年累计销售突破1.53万架，销售额达7.75亿元[1-3]。针对植保无人机市场发展源动力进行分析，主要得益于以下两方面：一方面取决于外部宏观环境，包含财政补贴政策提供有力扶持、土地流转制度优化需求结构、粮食价格提升增强购买力、疫情常态化形势加快促进农机转型等因素；另一方面取决于内生性动力，包含旧有机械设备保有基数决定市场潜力、土地经营方式创新加快市场结构性调整、终端用户结构变化与国外市场需求增加等因素。在内、外因素的共同刺激下，植保无人机市场发
基金项目陕西省重点研发计划(2021NY-095)。作者简介
邵改革(1984—)，女，陕西富平人，硕士，助理研究员，从事农业技术推广工作。
*通信作者收稿日期
2021-11-12
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电力线网络摄像机
展迎来双重机遇[4]。
在农业领域应用中，植保无人机可以按照动力和结构2个层面划分。从动力层面进行划分，植保无人机可以分为油动和电动2种类型；从机型结构层面划分，植保无人机可以分成固定翼、单旋翼以及多旋翼3种类型。植保无人机在农业生产中的有效应用能够进一步提升农业生产质量。首先，提升了农业生产效率。因为植保无人机的飞行速度较快，大约为10m/s，工作效率可达到5.33~6.67hm2/h，比较分析人工喷洒方式和植保无人机喷洒方式可以发现，植保无人机喷洒效率远远超出人工喷洒数十倍。其次，借助植保无人机能够提升作业安全性。技术人员在操控植保无人机时，以GPS以及地面遥控方式为主，减少了操作人员与农药接触造成的安全隐患，提升了农药喷洒安全性。最后，应用植保无人机还可以节约用水和用药，减少作业成本。植保无人机喷洒农药时，其旋翼形成较大的下行气流，能够使药液顺利穿透到农作物各个层面当中，提升农药喷洒的均匀性，提高病虫害防治效果。
2存在的问题
在农业植保无人机的实际应用中，仍存在以下问题[5-6]：一是机械设备造价成本过高，现有农机补贴政策实施力度不足，仍需由农业生产经营主体或农户承担高昂费用；二是高精度、高科技设备对于人员操作技术能力提出严格要求，现有专业人才队伍建设不足，缺乏专业化、系统性培训，容易在实操环节出现问题；三是市场竞争渐趋激烈化，现有市场仍呈现出以价格竞争为导向的形势，需要进一步加强产品研发与品牌建设，提升农业植保无人机产品的市场竞争力[7-8]。
3农业植保无人机典型技术产品及特征
3.1ZHHK-14植保无人机
作为由西安民营企业自主研发的新型植保无人机,ZHHK-14植保无人机整机重量为22kg，配备容量为10L的携装箱，用于喷洒种子、粉剂等。整体机型小巧美观、结构精简、飞行速度快、便于操作，植保作业效率比以往人工作业提高6倍左右，为提升农林保护作业效率提供了技术支持。同时，该设备搭载有新型喷雾系统，能够在作业过程中保证溶液喷洒
均匀，具有良好的雾化效果，可有效降低农药残留量、提高农药利用率，从而节约农作物生产成本，提
高农业经济与环保效益。
3.2T10植保机
该设备主体采用碳纤维复合材料制成，设有4个喷头，喷洒流量达到2.4L/min，搭载电磁流量计实现用药量精确计量，配备双FPV摄像头和球形雷达保证夜视效果，依托全封闭式结构设计抵抗外部侵蚀，且具有良好的抗干扰性能，可满足高质量通信需要，适用于小地块植保作业[9]。
3.3T30植保机
该设备采用新型载重结构，支持承载30L左右的农药，播幅宽7m，作业效率可达到16hm2/h，配备水平对置六缸双柱塞泵这一新型喷洒结构，喷洒流量达8L/min，可播撒尿素1t/h。在产品功能设计上，利用球形雷达系统拓宽视角、消除飞行作业盲区，配备2.9万MA飞行电池和便携充电站，支持单电连续作业2000hm2，仅需10min即可完成急速充电，满足循环作业需要。
4发展建议
4.1完善法规引导袁加强政策扶持
虽然近年来国内植保无人机领域在全球范围内保持领先水平，但纵观整体发展历程可知，该行业仍处于初级发展阶段，在产品造价成本、维修费用、租赁模式应用等层面尚存在问题。未来还需由政府在宏观层面加强扶持与引导，对从事植保无人机研发的企业给予政策、资金与技术等层面的支持，进一
步扩大农机补贴政策的适用范围，在植保无人机领域给予政策倾斜，并面向单旋翼、多旋翼等不同产品类型实行分档补贴管理，依托差异化补贴政策与政府示范引导带动更多农户参与到农机租赁与购买队伍中，扩大植保无人机的应用范围[10]。合理制定植保无人机相关补贴政策、监管法规以及行业标准，完善产品售后服务机制。在植保无人机全面推广应用背景下，对应的保险、配套维修等服务应持续发展成熟和完善。强化与民航管理部门之间的合作，从实际应用、销售和生产等环节入手，针对植保无人机实施综
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高压瓶合管理，形成统一的行业标准，进一步优化植保无人
机的操作稳定性和安全性。设计明确清晰的空域申请程序以及飞行任务申请标准，对植保无人机各种管理规则进行全面细化，提升飞行的合法性与合理性。国家需要加强低空空域的改革发展，缩减行政审批流程。强化民用无人机驾驶者专业技能、基础知识和操作技能培训工作，培养优质驾驶员，形成标准的驾驶员认证体系和培训单位，实现飞行活动的规范
过氧化氢灭菌器检测
化发展。
4.2推动学科融合，强化技术攻关
基于跨学科融合导向进行技术层面研发攻关，积极推动植保无人机研发团队与农业、生物、分子、化学等多学科领域人才的交流合作，加强农药施用与病虫害发生规律观测等方面的研究，结合实际生产数据进行无人机喷洒结构、载重结构等部位的调整，并与现有自走式喷药机等农机设备形成优势互补，共同辅助提升农业植保作业效率及质量。植保无人机的持续发展能够促进农药企业转型整合与改革创新。应根据无人机的植保规律特征，积极研制飞防专用药剂，深入研发生物环保性飞防农药，全面提升药剂综合利用率，进一步减少农药残留，优化农药综合品质。在植保无人机未来发展中，随着科技实力的提升，将进一步扩大植保无人机的综合载重量、延长无人机的续航时间、降低无人机的故障概率。对植保无人机相关生产企业进行全面整合，进一步强化植保无人机相关核心技术研究投入，比如提升飞行控制精确性、优化植保无人机的故障悬停技术，实施控制简便性研究，减少资源浪费及资源重复投入等问题。当前我国植保无人机机载重量一般为5~20kg，载重量过低增加了路径规划和操作过程的复杂性。无人机续航时间是一个重要问题。电池系统功能直接影响植保无人机的续航时间。为此，需要深入研究电池系统，提升无人机的续航能力。可以积极研发氢
燃料电池系统，进一步增强系统的续航能力。
4.3优化产品定位，提升应用价值
鉴于现有农业植保无人机市场竞争日渐激烈化，对产品质量、综合性能提出了更高的要求，未来需重新做好产品功能定位，围绕农业领域植保作业这一核心导向，聚焦载重能力、操作平台、蓄电池容
量、飞行速度、航线自动规划、自主飞行、传感器精准施药等层面进行产品功能的完善，提升植保无人机产品的市场竞争力。在此基础上，基于产品品牌化经营战略导向进行售后服务体系建设，依托企业自主建立或委托模式建立集维修、保养、以旧换新等服务于一体的完善的售后链条，进一步增强农户对产品品质与服务的信赖，有效推动植保无人机市场的可持续发展。应用无人机针对农作物的生长状态进行全面监测，能够发挥出灵活监测、全面覆盖、机动和高分辨等优势特征，借助无人机遥感功能还可以在农作物生长过程中针对其生长质量进行科学判断，促进传感器监测与地面信息全面融合。借助地面传感检测网络与无人机监测融合，实现对农作物的精
准管理。
4.4构建标准体系，强化人才培养
为了在未来的农业市场中更好地应用与发展植保无人机，就应当建立植保无人机标准体系，从而规范农业市场环境，促使植保无人机能够在农业市场中得到可持续发展[11]。首先，需要规范植保无人机的
生产技术与产品质量。应针对植保无人机建立完善的质量管理体系与产量检测标准，避免劣质产品进入市场，从而破坏市场的公平性。其次，需要为植保无人机今后的发展培养应用型人才。为了实现植保无人机在国内得到良好的发展，除了要研发出过硬的产品与技术之外，还需要培养懂操作、懂技术
的应用型人才，才能够促使植保无人机能够真正地发挥其功能与价值。因此，需要强化专业操作人才队伍建设，采用定向培训、集中培训、远程技术指导等多种方式开展培训活动，提升工作人员的实际操作水平，从而延长设备使用寿命、保证作业安全、降低故障率。
5未来发展趋势
5.1植保无人机更加智能化
为了实现植保无人机的可持续发展，应顺应社会时代发展的步伐，紧跟信息化、科技化发展的脚步，在植保无人机中融入智能化技术，推进植保无人机的人工智能化发展。这不仅能够促使植保无人机
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具备更广阔的发展前景，同时也能使植保无人机的性能得到优化。此外，人工智能化的植保无人机还能减轻工作人员的工作量，优化工作流程，从而促使植保无人机更适用于现代农业的发展。植保无人机智能化发展需要相关领域研究人员将重点关注目标放在植保无人机机载农机设备方面。利用无人机搭载农机设备，通过远程调控或自动调控实现农机设备的自动化工作，并为其配备监控设备，从而实现对农机设备工作状况的实时监控。这样可以减少人为操作控制农机设备的失误与风险，同时将农机的运行数据传递给管理人员，使管理人员能够随时掌握农机设备的运行状态，保证农机设备运行的安
全性、稳定性与可靠性。首先，对于农业种植而言，施肥工作是重点工作。因此，需要相关领域研究人员开展对化肥施用精准控制技术的研究，通过合理检测农作物的实际生长状况合理控制化肥的施肥量。其次，需要开展对农药及高效图像识别技术的研究，合理控制无人机飞行导航参数及无人机的荷载力，从而使无人机满足农业种植的需求。此外，定量施药、施肥工作也是未来植保无人机发展的重点方向，通过对农作物生长状况的实施监控分析农作物的生长态势，开展对农作物的自动化管理，帮助农业种植户做好农作物病虫害的防护工作，从而提升农作物的品质，保证农作物的生产安全[12]。这对促进我国农业可持
续发展具有十分重要的现实意义。
5.2应用不同检测平台进行数据有效整合
应用不同的检测平台进行数据的有效整合是植保无人机未来发展的必然趋势。在植保无人机中融入信息技术及大数据技术能够实现对无人机运行状态、农作物生长状况的良好把控，从而提升农业种植业中农产品生产的管理水平，促使我国农业更好地发展。首先，需要针对植保无人机建立一个管理、检测平台，并利用传感技术、视频监控技术获取植保无人机的运行参数，随后将运行参数传输到植保无人机的管理系统中，并通过对运行参数的自动分析来掌握植保无人机的运行状况。其次，需要利用视频监控技术监控农作物的生长态势，通过分析农作物生
长态势判断影响农作物生长的因素，从而为农业种植管理人员提供参考依据，使管理人员能够根据影响因素制定出合适的解决方案。在未来的植保无人机发展中，可以将卫星遥感数据与无人机遥感数据进行有效整合，从而进一步提升农业生产的科学管
理水平，促使其遵循市场未来的发展规律。
6结语
农业植保无人机在播种、施肥、施药以及农作物生长状态和病虫害监测等方面均具有显著的应用优势，应用无人机施药可使农药用量和施药用水量分别节约20%和90%以上。未来还应聚焦信息化、智能化、绿化、标准化、大型化等方向，加强研发与管
控，更好地拓宽农业植保无人机的应用市场。
数控机床防护罩
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