农业植保领域无人机应用现状及前景展望

农业植保领域无人机应用现状及前景展望我国是传统农业大国，耕地面积超过20亿亩。随着农村劳动力短缺问题的凸显，农村土地集约化管理的加快，农业机械化和自动化引起了国家有关部门的重视。2015年5月，国务院印发《中国制造2025》，全面推进制造强国战略。在这份行动纲领中，农机装备与航空航天装备、生物医药、新材料等一起被列入十大重点发展领域。在全国倡导机械化、自动化的大环境下，植保无人机迎来了广阔的发展空间。一、现状1.应用现状1）普及程度差。我国的农业机械化率超过60%，但就无人机的应用水平而言，与发达工业国家相比还存在一定差距。日本在用植保无人机3000多架，飞手超过14000人。仅Yamaha一家企业就有130多家培训学校，负责和从事水稻等无人机作业的组织超过1000个，且形成了规范的行业服务体系。而我国的农业植保无人机尚处于起步阶段，据统计，2014年我国植保无人机保有量为695架，总作业面积426万亩；2015年我国植保无人机保有量为2324架（31个省统计），总作业面积1152.8万亩，增长幅度分别为234%、170.6%。虽然涨幅明显，但整体而言，我国的植保无人机体系尚未成熟。2）油动单旋翼和电动多旋翼是市场主流。目前，植保无人机的主要有两种：油动单旋翼和电动多旋翼。两种机型各有利弊，对比如下。油动单旋翼电动多旋翼尺寸较大较小价格18-30万元，大功率30-200万5-15万元载荷农药15-20L农药5-15L续航时间20-60分钟约10-20分钟作业效率20-40亩/架次十几亩/架次优点稳定性强，抗风性好;下旋风力大，穿透力强。操作相对简单，场地适应能力强;环保无污染;振动小，成像质量好。缺点废油易造成农作物污染;震动大，易对传感器造成损伤。稳定性较差，抗风性弱;旋翼旋转方向两两相反，造成风场散乱，风场覆盖范围小。图表5-1油动单旋翼和电动多旋翼植保无人机对比3）运营服务模式兴起。价格和技术壁垒很大程度上影响了无人机在农业领域的推广。为了克服这一难题，已经有企业开始探索新的经营模式，化硬件销售为运营服务，由自己的团队来完成整个航空作业，按照作业面积收费。2.需求现状1）土地流转。农村土地流转是农村经济发展到一定阶段的产物，通过土地流转，可以开展规模化、集约化、现代化的农业经营模式，摆脱分散经营、作物品种不一、作物长势不一等不利于农机推广的弊端，从而促进无人机在农业领域的应用。据新华社2015年3月报道，全国农村承包耕地流转面积达3.8亿亩，占承包耕地总面积的28.8%。总体而言，我国土地流转呈加快趋势。2）病虫害多发。2015年农作物重大病虫害总体偏重发生，并呈现早发突发、点多面广、异常情况突出等特点。一是小麦病害发生面积大，程度较重。2015年上半年，条锈病在四川、湖北、甘肃、陕西偏重发生，发生程度比常年明显加重，发生面积3939万亩，比上年增加34%;白粉病在黄淮华北等地发生明显加重，发生面积1.25亿亩，比上年增加52.6%，比近5年平均值增加36.2%;赤霉病在长江中下游和黄淮麦区发生属偏重发生的年份，发生面积9160万亩，经大力防控后危害程度得到有效控制。小麦蚜虫、吸浆虫和麦蜘蛛总体减轻，发生面积有所减少。二是水稻病虫害两头重，中间轻。早稻稻飞虱在华南、江南稻区偏重发生，早于、重于上年同期;稻纵卷叶螟在华南北部、江南稻区偏重发生。水稻螟虫在江西、湖北省部分地区严重发生。稻瘟病和稻纹枯病发生接近常年，发生面积分别为7874万和2.6亿亩(次)。三是玉米病虫害发生相对平稳，未出现大的病虫灾情。玉米螟、二代粘虫、二点委夜蛾都没有出现大的灾情。但三代粘虫在辽宁局部高密度集中，总体为害程度明显重于上年，部分区域重于2013年，由于各地对三代粘虫监测防治及时，因此未造成大面积作物受害。今年玉米南方锈病在山东、河南发生面积大，是上年的7倍多。四是其他病虫害发生总体偏轻。草地螟、蝗虫发生危害明显下降，未出现大的灾情;马铃薯晚疫病发生明显轻于重发的2012和2013年，未形成流行之势。1预计2016年，我国农作物重大病虫害仍会总体偏重发生，全国累计发生面积将达到55亿亩次。其中，小麦赤霉病、粘虫、水稻“两迁”害虫等流行性和迁飞性病虫害重发风险高于上年，水稻纹枯病、水稻螟虫、小麦蚜虫、玉米螟发生区域广、危害重，稻瘟病、小麦条锈病、玉米大斑病、马铃薯晚疫病在部分地区有偏重发生可能，飞蝗和草地螟总体发生平稳。23.政策现状我国植保无人机的发展与政策大环境息息相关：2013年，国家农业部印发《关于加快推进现代农业植物保护体系建设的意见》，提出鼓励有条件地区发展无人机、直升机和固定翼飞机。同年，湖南省出台《超低空遥控器飞行植保机》地方标准，提出超低空遥控飞行植保机实现了人机分离和人药分离，改变了传统植保方式，显著提高了生产效率，该标准的制定有利于推动低空飞行器应用于农业植保，对促进农业现代化具有重大意义。2014年年初，中共中央国务院印发《关于全面深化农村改革加快推进农业现代化的若干意见》，提出要加强农用航空建设。2014年6月，河南省出台《河南省2014年农作物秸秆综合利用机械和农用航空器购置累加补贴方案》，指出要重点突破植保机械化的技术制约，注重发挥财政累加补贴政策的引导作用，充分调动农民购买使用秸秆综合利用机械和农用1参考资料：《农资导报》2参考资料：中华人民共和国农业部种植业管理司官方网站航空器的积极性。2015年2月，国家农业部印发《到2020年农药使用量零增长行动方案》，提出淘汰传统喷洒工具，推广新型高效植保机械，包括固定翼飞机、直升机、植保无人机等现代植保机械。2016年1月，党的十八届五中全会通过了《关于落实发展新理念加快农业现代化实现全面小康目标的若干意见》。文件指出，要持续夯实现代农业基础，提高农业质量效益和竞争力。大力推进农业现代化，必须着力强化物质装备和技术支撑，着力构建现代农业产业体系、生产体系、经营体系，实施藏粮于地、藏粮于技战略，推动粮经饲统筹、农林牧渔结合、种养加一体、一二三产业融合发展，让农业成为充满希望的朝阳产业。在党中央的引导下，河南、福建、山东、江苏、浙江等省份已经开始推行省内补贴试点，预计2016年起，安徽、广东、云南、东北省份可能将农用无人机纳入补贴名单。据《河南省农用航空器购置补贴试点方案》，河南省的农民或农民专业合作组织购置农用无人机将享受到1/3省财政专项资金补贴和1/3农机购置补贴。二、优势对比分析植保无人机作为一种新型农机装备，可以缓解劳动力短缺、促进集约化管理、加快统防统治的进程。相比于传统喷洒方式，无人机具有如下几个优点：1.安全。植保无人机采用的是远距离遥控操作，可以有效避免作业人员与农药直接接触的风险，相比于人工喷洒，安全性更高。2.高效。根据型号的不同，植保无人机的作业速度能达到40-180亩/小时，其效率远高于人工。下表列举了部分植保无人机机型和相关参数。产品载荷/kg作业速度大疆创新MG-1标准载荷10kg40-60亩/小时零度智控守护者-Z10额定载荷10kg一次起降约15亩极飞P20载药5L-8L1亩/分钟天翔航空TXA-翔农最大载荷19kg2-3亩/分钟无锡汉和CD-15最大载荷15L1-2.8亩/分钟北方天途M8A载药10kg1-2亩/分钟全球鹰无人机QQY-DZ16载药16L+1-1.5母/分钟图表5-2部分农业植保无人机参数3.节约。植保无人机作业高度2-4米，漂移少，喷洒装置具有自稳定功能，可以确保雾流始终垂直向下，较常规方式，可以节省30%-50%的农药用量和90%的用水量。4.防治效果好。雾滴的高度雾化可以确保农药在植物表面的有效附着，作业时产生的下压风场有助于增加雾流对农作物的穿透性，确保防治效果。5.适应能力强。不受地形环境、种植方式、作物高低等因素影响，可以有效解决作业难的问题。三、问题1.政策法规体系不完善，缺乏详细的发展战略规划虽然“农业现代化”、“智能农业”、“精准农业”的概念一再被提及，但无论是国家还是地方政府层面上，都鲜有专门针对植保无人机的详细发展战略规划和旨在推动、促进无人机植保应用快速发展的详细政策。因此，想要大范围推广植保无人机，各地政府还需要进一步加大对无人机农业植保的推广和扶持力度，制定配套战略规划，促进农业植保行业向着规模化、标准化、智能化方向发展。2.配套核心科学技术研究不足1）通用无人机植保作业主要包括空中施肥、空中喷洒植物生长调节剂、空中喷施除草剂、防治病虫害、空中遥感等项目，而目前农用无人机制造及配套的喷施技术等基础科学研究、核心技术研发滞后，机型偏少，无法形成规模效益，导致价格、维护成本偏高，而成本又影响到销售，导致需求减少，反过来影响到生产规模，由此形成恶性循环。2）缺乏高稳定、高可靠性的农用无人机自主飞行控制系统：微小型农用无人机在低空飞行时，由于农田作物冠层结构而造成的复杂地效，对气压高度计的影响很大，飞行的稳定性难以保证，目前仍缺乏适合复杂农田环境下(海拔不同、地理位置不同、作物种类不同)作业的用于微小型农用无人机的高稳定、高可靠性的自主飞行控制系统，以适应田间超视距、超低空、随时起降等特殊要求。3）缺乏高效轻量化的航空喷施装备关键部件：有效任务载荷量及续航时间是农业航空作业飞机非常重要的两项指标，直接关系到航空作业的效率，因此，在航空喷施装备方面必须满足轻量化、低量喷施、均匀喷施的要求。3.行业标准制定进程缓慢1）航空植保对农药剂型及助剂的要求与地面机械有很大不同，目前中国还缺乏与航空植保作业中采用的有人直升机、单轴和多轴无人机配套的农药制剂相关技术标准，缺乏应用于无人机航空喷施中农药药液的表面张力、黏度、农药有效成份含量、剂型等的评价标准，缺乏航空施药条件下，对农药药效与作物生理影响的室内、室外检测标准。现有作业大多凭经验或参考地面喷雾确定剂量和配置方法，往往因为用量或配置不科学影响了作业质量，对环境造成较大的负面影响。2）缺乏完善的航空喷施作业技术标准：中国采用航空喷施作业的时间较晚，大多采用有人驾驶的固定翼飞机进行航空植保作业，对于农用无人机的相关技术参数缺乏系统深入的研究，尚未形成一套科学完善的判别标准和对不同作物、不同喷施剂型进行航空喷施时的作业时机、作业环境(温度、湿度、风速)、飞行高度、飞行速度、航线规划与导航控制等参数的优化选择，以及满足喷施作业要求所需要的沉积量、雾滴粒径、雾滴沉积分布密度、农药浓度等作业指标。4.专业队伍人才匮乏限于经济效益和行业人才培养机制等原因，植保无人机领域的人才培养比较滞后。国内屈指可数的高校飞行专业和培训机构，相对于全国农业航空规模来说，只能是杯水车薪。目前，中国AOPA体系下的无人机驾驶培训到2016年09月份仅培养5000多名无人机驾驶员。全球鹰无人机飞行学院等一批无人机培训机构正是看到无人机专业人才的匮乏才加大投资力度助推无人机行业的发展。5.社会化服务体系不健全由于农业航空在农业生产中的重要作用没有得到充分凸显，与产业相配套的多种形式的社会化服务组织，包括租赁、中介、培训、机修以及推广、融资、保险等专业公司尚未形成规模，单个企业对上述服务的成本支出的承受力不够，因此也缺少大面积推广的力度。此外，与农业航空相适应的农田作业环境基础建设被忽略，在制度上缺少对农业航空的公益性安排。6.对植保无人机认知不足很多农民对植保无人机的概念和优势认知不足，认为其操作难点大、价格壁垒高、作业效果难以保证，因此多处于观望状态，鲜有积极踊跃尝试，最终造成了市场需求的滞后。另外，各地在进行农田规划时，缺少大规模的集约化经营安排；防风林、电力电信布线等未将农业航空作业纳入考虑，对农用飞机的作业安全也造成了极大的威胁等因素，也影响了无人机在植保领域的推广应用3四、前景未来几年，随着政策的激励、飞手培训市场的逐渐成熟、精准农业进程的加快，将有更多企业依靠售卖或者服务的模式，布局植保无人机市场。我国拥有20亿亩的耕地面积，假设植保无人机渗透率未来可以提升至54%（参照日本农用航空作业），平均每亩每年施药3次，作业速度1亩/分钟，无人机平均寿命400小时，未来我国植