植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀與建議

武漢市農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣指導(dǎo)中心 宋承琦 熊珺 李萬(wàn)里

植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀與建議

武漢市農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣指導(dǎo)中心 宋承琦 熊珺 李萬(wàn)里

植保無(wú)人機(jī)指用于農(nóng)業(yè)植物保護(hù)作業(yè)的無(wú)人駕駛飛機(jī)，由飛行平臺(tái)、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)及操控人員共同組成，通過(guò)地面遙控或飛行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低空低量飛行噴灑植保作業(yè)。

近年來(lái)，我國(guó)主要農(nóng)作物植保機(jī)械化防治技術(shù)得到了較快發(fā)展，但對(duì)于水稻、油菜、玉米等高稈作物，受種植模式和作物生長(zhǎng)特性影響，普通地面機(jī)械難以達(dá)到后期植保防治要求。同時(shí)，隨著城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)，大量農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到第二、第三產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力日益短缺，發(fā)展和推廣高效率植保機(jī)械進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治工作勢(shì)在必行。相較傳統(tǒng)植保機(jī)械，無(wú)人機(jī)的噴防效率超高，不受地形環(huán)境、作物高度影響，廣泛適用于大面積農(nóng)作物的植保噴防，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)化防治的重要力量。

1 植保無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)外植保無(wú)人機(jī)發(fā)展情況

植保無(wú)人機(jī)按動(dòng)力模式分為油動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)，按旋翼數(shù)量分為單旋翼與多旋翼。20世紀(jì)50年代以來(lái)，為農(nóng)業(yè)植保設(shè)計(jì)的專(zhuān)用和多用途農(nóng)業(yè)飛機(jī)、農(nóng)業(yè)直升機(jī)相繼出現(xiàn)，1987年日本Yamaha公司生產(chǎn)出世界上第一臺(tái)農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)R-50。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，當(dāng)前利用航空設(shè)備進(jìn)行田間管理作業(yè)的世界平均水平已經(jīng)超過(guò)17%，美國(guó)、日本的農(nóng)用航空作業(yè)占耕地面積比例已經(jīng)達(dá)到50%以上。

國(guó)內(nèi)農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)研發(fā)始于2005年，2010年國(guó)內(nèi)研制成功第一架油動(dòng)植保無(wú)人機(jī)并開(kāi)展田間試驗(yàn)，隨著科技進(jìn)步和量產(chǎn)化帶來(lái)的成本下降，自2015年起我國(guó)植保無(wú)人機(jī)進(jìn)入高速發(fā)展期。2015年前無(wú)人機(jī)植保作業(yè)大部分為輔助作業(yè)模式，需要3人或3人以上參與觀(guān)測(cè)、操控及更換噴灑用藥，2016年植保無(wú)人機(jī)發(fā)展出自主作業(yè)模式，即采用RTK精準(zhǔn)定位結(jié)合飛控系統(tǒng)測(cè)繪田塊，智能規(guī)劃航線(xiàn)，一鍵起降及返航的自動(dòng)噴灑作業(yè)模式，距離真正的無(wú)人化越來(lái)越近。截至2016年，我國(guó)無(wú)人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已超過(guò)400家，植保無(wú)人機(jī)擁有量超過(guò) 6 000臺(tái)，年植保作業(yè)面積約 4 000萬(wàn)畝（1hm2=15畝）次，按全國(guó)現(xiàn)有耕地面積20.25億畝計(jì)算，所占比例不足2%，發(fā)展空間極為廣闊。

1.2 湖北省內(nèi)植保無(wú)人機(jī)發(fā)展情況

近幾年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)對(duì)高效化、智能化服務(wù)要求越來(lái)越高，農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)以其技術(shù)優(yōu)勢(shì)迅速在湖北省各地得到推廣。據(jù)湖北省植?？傉窘y(tǒng)計(jì)，至2016年全省專(zhuān)業(yè)化防治服務(wù)組織數(shù)量達(dá)到2 940個(gè)，植保無(wú)人機(jī)擁有量突破1 000臺(tái)，并呈現(xiàn)出集中趨勢(shì)：一是分布地域集中。植保無(wú)人機(jī)擁有量與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)自然條件、規(guī)?；?jīng)營(yíng)程度及機(jī)械化發(fā)展水平密切相關(guān)，目前全省植保無(wú)人機(jī)90%集中在武漢、荊州、襄陽(yáng)、孝感、荊門(mén)等地區(qū)；二是種類(lèi)集中。多旋翼機(jī)電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)因體積小、重量輕、價(jià)格適中、易于操控、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，占全省植保無(wú)人機(jī)總數(shù)95%以上；三是購(gòu)買(mǎi)對(duì)象集中。全省植保無(wú)人機(jī)購(gòu)買(mǎi)對(duì)象絕大多數(shù)為農(nóng)業(yè)（農(nóng)機(jī)）專(zhuān)業(yè)合作社或者植保專(zhuān)業(yè)服務(wù)組織，占據(jù)總數(shù)的90%左右。同時(shí)大部分農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)購(gòu)置依靠政策推動(dòng)，享受到了地方政府的農(nóng)業(yè)、科技等不同部門(mén)的相關(guān)項(xiàng)目補(bǔ)貼。2013年以來(lái)，湖北省病蟲(chóng)害專(zhuān)業(yè)化防治服務(wù)面積逐年上升，至2016年全省主要糧食作物專(zhuān)業(yè)化防治面積逾9 800萬(wàn)畝次，其中飛防面積約200萬(wàn)畝次。

湖北省內(nèi)多家大型病蟲(chóng)害專(zhuān)業(yè)防治組織公司總部均設(shè)在武漢，如湖北卓沃信息科技有限公司、湖北天惠標(biāo)普云農(nóng)業(yè)科技有限公司、湖北明藍(lán)科技有限公司等，擁有的產(chǎn)品涵蓋了大疆、極飛、洛克希德、安陽(yáng)全豐等諸多知名品牌，武漢市植保無(wú)人機(jī)保有量約為500臺(tái)，但大部分由大型植保專(zhuān)業(yè)防治組織集中于荊州、襄陽(yáng)及荊門(mén)等地開(kāi)展飛防作業(yè)，僅有少量植保無(wú)人機(jī)在武漢本地作業(yè)。2016年武漢市農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣指導(dǎo)中心與植保無(wú)人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)項(xiàng)目合作，開(kāi)展植保無(wú)人機(jī)水稻病蟲(chóng)害防治試驗(yàn)、示范及推廣，當(dāng)年全市植保無(wú)人機(jī)飛防作業(yè)面積近10萬(wàn)畝，為農(nóng)民節(jié)省人工、農(nóng)藥成本300多萬(wàn)元，防治效果明顯，預(yù)計(jì)未來(lái)利用無(wú)人機(jī)防治作物病蟲(chóng)害將在全市逐步普及。

2 無(wú)人機(jī)在植保應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)

2.1 符合綠色發(fā)展理念

黨的十八屆五中全會(huì)提出要著力構(gòu)建綠色循環(huán)低碳發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系，強(qiáng)調(diào)綠色發(fā)展理念。2015年農(nóng)業(yè)部出臺(tái)《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見(jiàn)》，要求到2020年農(nóng)業(yè)面源污染加劇的趨勢(shì)得到有效遏制，實(shí)現(xiàn)“一控兩減”，即嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)用水總量，實(shí)現(xiàn)主要農(nóng)作物的化肥、農(nóng)藥的施用總量下降。無(wú)人機(jī)植保采用的超低容量噴霧噴灑技術(shù)，能夠提高靶標(biāo)作物上藥液沉積和減少農(nóng)藥流失，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、減量施藥，對(duì)比傳統(tǒng)植保施藥方式可省藥30%、省水90%，有效減少對(duì)環(huán)境和農(nóng)作物的污染，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)及裝備在推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展中的主要作用。

2.2 作業(yè)效率高

智能植保無(wú)人機(jī)結(jié)合RTK定位系統(tǒng)，實(shí)地采集作業(yè)范圍和障礙物定位數(shù)據(jù)，進(jìn)行田塊測(cè)繪后自動(dòng)生成航線(xiàn)，可自動(dòng)規(guī)避田間障礙，不受地形環(huán)境和作物高度影響。電動(dòng)多旋翼植保無(wú)人機(jī)載重可達(dá)5～15 kg，油動(dòng)單旋翼載重可達(dá)10～20 kg，作業(yè)噴幅可達(dá)5～8 m，作業(yè)飛行速度4～10 m/s，每天作業(yè)量可達(dá)300～500畝，作業(yè)效率是人工噴藥的30倍、普通植保機(jī)械的8倍，在高稈作物和爆發(fā)性病蟲(chóng)害防治效率上有突出的優(yōu)勢(shì)。

2.3 防治效果好

智能植保無(wú)人機(jī)噴灑系統(tǒng)配合壓力傳感器與流量傳感器，可精確完成超細(xì)霧滴、極低用量的超低容量噴灑。飛行時(shí)形成的下壓風(fēng)場(chǎng)，能將超細(xì)霧狀的農(nóng)藥噴灑到農(nóng)作物的莖葉背面，將農(nóng)藥?kù)F滴均勻散落于植株各個(gè)部位，對(duì)作物從上到下進(jìn)行穿透，完成普通地面機(jī)械無(wú)法達(dá)成的作業(yè)效果。根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)，植保無(wú)人機(jī)對(duì)稻飛虱蟲(chóng)害的防治效果比電動(dòng)噴霧器提高17.3%，對(duì)水稻紋枯病的防治效果比電動(dòng)噴霧器提高9.07%（見(jiàn)《稻飛虱防治效果情況表》及《水稻紋枯病防治效果情況表》）。

稻飛虱防治效果情況表

水稻紋枯病防治效果情況表

2.4 安全性較好

無(wú)人機(jī)進(jìn)行植保作業(yè)時(shí)，操作人員通過(guò)遠(yuǎn)距離遙控或設(shè)置自動(dòng)巡航作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)、人藥分離，有效避免了農(nóng)藥對(duì)人體的直接傷害，安全性高于人工噴藥和普通地面機(jī)械植保作業(yè)。

2.5 創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)格局

智能無(wú)人機(jī)將產(chǎn)品的功能重心從機(jī)械部件轉(zhuǎn)向軟件和傳感器，通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的融合，將無(wú)人機(jī)、使用者、生產(chǎn)企業(yè)與農(nóng)業(yè)部門(mén)緊密聯(lián)系在一起。通過(guò)分析植保大數(shù)據(jù)，可以了解各種農(nóng)藥對(duì)作物、病蟲(chóng)害的實(shí)際效果，為植保專(zhuān)業(yè)服務(wù)組織提供技術(shù)解決方案和市場(chǎng)需求信息，為農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)計(jì)劃提供依據(jù)；可以準(zhǔn)確掌握無(wú)人機(jī)植保的動(dòng)態(tài)、方位、歷史作業(yè)面積、農(nóng)藥的流向與使用量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥流向可追溯系統(tǒng)、環(huán)境污染控制、農(nóng)機(jī)管理調(diào)度等，為農(nóng)業(yè)管理部門(mén)提供決策依據(jù)。

“互聯(lián)網(wǎng)+無(wú)人植保機(jī)大數(shù)據(jù)”重構(gòu)了智能無(wú)人機(jī)、植保專(zhuān)業(yè)化服務(wù)組織、農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)等上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，農(nóng)田管家、農(nóng)飛客等作業(yè)服務(wù)平臺(tái)紛紛涌現(xiàn)，“平臺(tái)+技術(shù)方案+終端+服務(wù)+網(wǎng)絡(luò)信息”的全新商業(yè)運(yùn)行模式，顛覆了傳統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)手段和盈利模式，創(chuàng)造了新的生態(tài)產(chǎn)業(yè)格局。

3 當(dāng)前面臨的問(wèn)題

3.1 標(biāo)準(zhǔn)體系不完善

目前植保無(wú)人機(jī)行業(yè)并無(wú)明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)、性能標(biāo)準(zhǔn)和植保作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和管理機(jī)制，導(dǎo)致植保無(wú)人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)眾多、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，購(gòu)機(jī)者權(quán)益及植保作業(yè)效果也得不到保證，限制了植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展。

3.2 飛防專(zhuān)用制劑研發(fā)仍是短板

植保無(wú)人機(jī)采用超低容量噴霧，首選農(nóng)藥劑型為油劑。但至2017年，我國(guó)登記的油劑僅有14個(gè)，市場(chǎng)主流農(nóng)藥劑型多為可濕性粉劑、懸浮劑、分散粒劑等，適用于傳統(tǒng)人工噴霧機(jī)械，并不適用于植保無(wú)人機(jī)的精密?chē)婌F作業(yè)系統(tǒng)，容易影響作業(yè)質(zhì)量，提高植保無(wú)人機(jī)故障率。

3.3 機(jī)具價(jià)格較高

目前油動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)價(jià)格普遍超過(guò)10萬(wàn)，電動(dòng)多旋翼植保無(wú)人機(jī)價(jià)格一般在5～8萬(wàn)元，是普通機(jī)動(dòng)噴霧器價(jià)格的數(shù)十倍以上，農(nóng)業(yè)種植大戶(hù)和植保專(zhuān)業(yè)化服務(wù)組織較難承受，推廣應(yīng)用受到很大的限制。

3.4 缺乏專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)

智能無(wú)人機(jī)技術(shù)集成度高，操作和維護(hù)保養(yǎng)遠(yuǎn)較一般農(nóng)機(jī)產(chǎn)品復(fù)雜，需要操作人員能夠熟練掌握無(wú)人機(jī)的調(diào)試、維護(hù)、操控等多種基礎(chǔ)能力，同時(shí)還要了解針對(duì)不同作物、不同病蟲(chóng)害的施藥技術(shù)方案及國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)。而當(dāng)前購(gòu)機(jī)者多是簡(jiǎn)單練習(xí)遙控操作后即開(kāi)始植保作業(yè)，缺乏系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)。

4 意見(jiàn)和建議

4.1 加快標(biāo)準(zhǔn)制定

政府相關(guān)部門(mén)要加強(qiáng)中國(guó)農(nóng)業(yè)航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定，盡快組織專(zhuān)家制定農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)安全與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)檢測(cè)方法及施藥作業(yè)操作規(guī)范，制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，盡早出臺(tái)和完善行業(yè)服務(wù)制度，建立市場(chǎng)準(zhǔn)入制度，實(shí)現(xiàn)政府對(duì)航空植保產(chǎn)業(yè)技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量和作業(yè)安全的有效監(jiān)管，統(tǒng)籌推動(dòng)農(nóng)業(yè)航空植保產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

4.2 加快飛防專(zhuān)用制劑研發(fā)

科研院所、無(wú)人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)與農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)建立廣泛的合作機(jī)制，研究在航空施藥條件下，農(nóng)藥?kù)F滴沉降、黏附、鋪展規(guī)律，加快研發(fā)飛防專(zhuān)用超低容量噴霧制劑，篩選易于沉積、潤(rùn)濕、鋪展、滲透和吸收的飛防制劑，保證植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)效果。

4.3 加大政策扶持力度

農(nóng)業(yè)（農(nóng)機(jī)）主管部門(mén)應(yīng)將農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)納入農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼等惠農(nóng)政策范圍，降低農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)購(gòu)機(jī)成本，調(diào)動(dòng)種植大戶(hù)、農(nóng)業(yè)合作社及植保專(zhuān)業(yè)化服務(wù)組織的購(gòu)機(jī)積極性，加快無(wú)人機(jī)植保技術(shù)推廣應(yīng)用。

4.4 開(kāi)展系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)

農(nóng)業(yè)管理部門(mén)和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)要充分利用各類(lèi)培訓(xùn)資源，對(duì)植保無(wú)人機(jī)操作人員開(kāi)展集中培訓(xùn)，加強(qiáng)施藥技術(shù)知識(shí)及相關(guān)法律法規(guī)的學(xué)習(xí)，提高其作業(yè)技能和科學(xué)管理水平，培養(yǎng)農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)技術(shù)人才，完善農(nóng)用植保無(wú)人飛機(jī)配套服務(wù)，提高無(wú)人機(jī)的使用效率。

2017-11-10)