杜書榮, 董曉明, 王 威, 吳豪豪, 吳其深, 白巖森
(中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司,北京 100083)
隨著科技的發(fā)展,越來越多的高新技術(shù)成果被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。無人機(jī)具有不受地形限制、操作靈活、起降簡單、對人員傷害小等特點,被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林作業(yè)、地質(zhì)勘探 、應(yīng)急救援、道路交通安全、藝術(shù)創(chuàng)作等多個領(lǐng)域[1-2]。農(nóng)用無人機(jī)是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域用于農(nóng)林作業(yè)的無人駕駛飛機(jī),由飛行平臺(固定翼、單旋翼、多旋翼)、飛行控制系統(tǒng)、作業(yè)裝備及其他附件組成,通過地面遙控或?qū)Ш絹盹w行。農(nóng)用無人機(jī)不僅對丘陵水田等多種地形的適應(yīng)能力強(qiáng),而且作業(yè)質(zhì)量好,能做到精準(zhǔn)施肥噴藥、氣流下壓藥滴至作物表面、近距離監(jiān)測目標(biāo)物等,還可有效解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人手不足、人工效率低的問題,無人機(jī)作業(yè)效率可達(dá)人工作業(yè)的60~90 倍[3]。近幾年,我國農(nóng)用無人機(jī)低空作業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速,無人機(jī)在種植業(yè)中用于植保、播撒種子肥料及授粉、作物長勢及病蟲害等農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測,在畜牧業(yè)中用于牧區(qū)定位、野生動物保護(hù),在漁業(yè)中用于水體或水生生物監(jiān)測、打擊追蹤非法捕撈行為[2,4-5]。農(nóng)業(yè)機(jī)械展覽已成為“農(nóng)用無人機(jī)”主展區(qū),無人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的深化應(yīng)用,有助于提高農(nóng)業(yè)信息化、智能化、精準(zhǔn)化水平,對促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展具有重要作用[6-8]。
目前,我國農(nóng)用無人機(jī)品牌企業(yè)有深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司、廣州極飛科技股份有限公司、珠海羽人農(nóng)業(yè)航空有限公司、北方天途航空技術(shù)發(fā)展(北京)有限公司、無錫漢和航空技術(shù)有限公司等。數(shù)據(jù)顯示,截至2021 年8 月,中國無人機(jī)專利申請量占全球無人機(jī)專利總申請量的70.58%;其次是美國占12.62%[9]。在無人機(jī)市場份額占76.1%的大疆創(chuàng)新是無人機(jī)行業(yè)專利申請數(shù)量居全球首位的申請人,但在被引用次數(shù)最多專利申請人前10 名中卻未上榜。國內(nèi)農(nóng)業(yè)無人機(jī)大部分由航模企業(yè)發(fā)展而來,還有一部分由農(nóng)藥生產(chǎn)或農(nóng)資企業(yè)、與無人飛機(jī)有關(guān)的軍工企業(yè)及新成立的高新科技公司發(fā)展而來[10]。從事核心技術(shù)研究的農(nóng)用無人機(jī)企業(yè)仍處于較低水平,大多生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小,企業(yè)研發(fā)能力薄弱,科技創(chuàng)新能力不足;目前無人機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)存在空白區(qū),農(nóng)用無人機(jī)還沒有國家標(biāo)準(zhǔn),已有的其他標(biāo)準(zhǔn)(如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn))通用性較強(qiáng),而行業(yè)適用性較弱;農(nóng)用無人機(jī)市場準(zhǔn)入門檻低,監(jiān)管部門職能劃分不明確,監(jiān)督檢驗不到位,以致無人機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量無法保證,無人機(jī)炸機(jī)跌落時有發(fā)生,無人機(jī)農(nóng)業(yè)航空被稱為“無人機(jī)無人管”[10-12]。對此,建立農(nóng)用無人機(jī)專業(yè)檢測平臺,加強(qiáng)對無人機(jī)的監(jiān)督檢驗,是提高無人機(jī)質(zhì)量的有效途徑之一。本文從國家監(jiān)管的角度出發(fā),探討建設(shè)農(nóng)用無人機(jī)監(jiān)督檢驗平臺的必要性,并就監(jiān)督檢驗平臺建設(shè)內(nèi)容的重點進(jìn)行介紹,以期為完善市場監(jiān)督管理提供思路。
我國農(nóng)用無人機(jī)與發(fā)達(dá)國家相比起步較晚,但發(fā)展迅速。2012 年農(nóng)用無人機(jī)僅幾百架,2020 年特殊大環(huán)境下累計銷售量達(dá)6 萬架[13]。不過發(fā)展至今,該行業(yè)還未形成一個完整的質(zhì)量管理體系,學(xué)者們對此進(jìn)行了積極探索。羅錫文[14]通過對比國內(nèi)外農(nóng)業(yè)航空技術(shù)的發(fā)展、管理及應(yīng)用等各方面的現(xiàn)狀,提出發(fā)展我國農(nóng)業(yè)航空技術(shù)既需要加強(qiáng)研究攻關(guān),也需要通過明確監(jiān)管部門、制定制造和鑒定標(biāo)準(zhǔn)、建立準(zhǔn)入制度等多種方式加強(qiáng)管理規(guī)范。周鈺哲[15]指出我國無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)很大一部分由航模生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型而來,無人機(jī)現(xiàn)在正處于蓬勃發(fā)展時期,但尚未形成完善的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系,違規(guī)飛行帶來安全隱患,多部門監(jiān)管協(xié)調(diào)困難、存在管理漏洞和重疊,他呼吁相關(guān)部門借鑒國外管理經(jīng)驗,從建立法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系、實行實名登記制度、建設(shè)審批監(jiān)測的監(jiān)管平臺3 個方面完善我國無人機(jī)的管控。李忠昊等[16]提出國家應(yīng)嚴(yán)格對無人機(jī)質(zhì)量進(jìn)行檢驗監(jiān)督,他認(rèn)為我國缺乏針對無人機(jī)質(zhì)量檢驗和監(jiān)督的法律法規(guī),相關(guān)部門的檢驗人員也缺乏責(zé)任意識,缺少監(jiān)督檢驗的明確規(guī)范和流程。他根據(jù)無人機(jī)質(zhì)量檢驗監(jiān)督的現(xiàn)狀提出3 點對策:一是完善制度和機(jī)制,加強(qiáng)監(jiān)督抽查和懲處措施,促使無人機(jī)企業(yè)提高質(zhì)量;二是加強(qiáng)質(zhì)量安全的正面宣傳,增強(qiáng)無人機(jī)企業(yè)的安全意識;三是監(jiān)督和檢驗人才培養(yǎng),杜絕不合格產(chǎn)品的出廠售賣。
完善農(nóng)用無人機(jī)質(zhì)量管理體系,提高農(nóng)用無人機(jī)的安全性,需要生產(chǎn)企業(yè)、國家管理部門和農(nóng)戶等多方的共同努力。通過有效且完善的檢測平臺完成監(jiān)督檢驗,是國家監(jiān)管的重要方式之一。
農(nóng)用無人機(jī)生產(chǎn)許可認(rèn)證需要檢測平臺。近5 年,我國小型農(nóng)用無人機(jī)發(fā)展很快,市場潛力巨大,但也出現(xiàn)一些亟待解決的問題,如無人機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊的問題。這種情況如不盡快加強(qiáng)管理,無人機(jī)安全難以保證,可能導(dǎo)致無人機(jī)行業(yè)的無序發(fā)展,后果堪憂。農(nóng)用無人機(jī)企業(yè)在申請生產(chǎn)資質(zhì)時,管理部門應(yīng)該對其生產(chǎn)的首個無人機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗檢測。經(jīng)過在專業(yè)檢測平臺的全面測試,才能確保企業(yè)有足夠的生產(chǎn)能力。對企業(yè)生產(chǎn)能力的監(jiān)督不僅要注重首次申請的企業(yè),更要注重平時生產(chǎn)中隨機(jī)的一致性抽查和監(jiān)督檢查。建立專業(yè)的農(nóng)用無人機(jī)檢測認(rèn)證平臺可以統(tǒng)一入市標(biāo)準(zhǔn),提高市場準(zhǔn)入的門檻,強(qiáng)化監(jiān)督管理,促進(jìn)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
無人機(jī)安全性認(rèn)證需要檢測平臺。無人機(jī)安全性認(rèn)證主要包括“產(chǎn)品安全性”和“防空安全性”兩方面[17-18]。產(chǎn)品安全性要求各廠家生產(chǎn)的無人機(jī)質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定,盡可能降低其對人身安全和財產(chǎn)造成的威脅;防空安全性是指無人機(jī)要具備自動識別禁飛空域的能力,以防不法分子利用無人機(jī)進(jìn)行非法活動,威脅國家安全。提高農(nóng)用無人機(jī)安全性,源頭管理是關(guān)鍵。無人機(jī)企業(yè)在進(jìn)入市場之前需要申請獲得國家審批認(rèn)定的生產(chǎn)資質(zhì),同樣地,具有生產(chǎn)資質(zhì)的企業(yè)生產(chǎn)的新產(chǎn)品在進(jìn)入市場前也需要進(jìn)行檢測。該項檢測應(yīng)該圍繞無人機(jī)本身安全和對周圍人及物的安全展開,這就需要通過檢測平臺對其性能和參數(shù)進(jìn)行全面的檢驗檢測。通過檢測平臺的強(qiáng)制性檢驗,進(jìn)一步監(jiān)督無人機(jī)的安全性能,嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。
購機(jī)補貼需要檢測平臺。2017 年9 月,農(nóng)業(yè)部、財政部、中國民用航空局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展農(nóng)機(jī)購置補貼引導(dǎo)植保無人飛機(jī)規(guī)范應(yīng)用試點工作的通知》[19]。購機(jī)補貼作為重要的惠農(nóng)政策之一,對購買農(nóng)機(jī)的農(nóng)民和合作社來說是一項重要的補助,它可以引導(dǎo)群眾選購優(yōu)質(zhì)安全的產(chǎn)品。對于通過檢驗檢測且符合要求的達(dá)標(biāo)產(chǎn)品給予購機(jī)補貼,既能正面引導(dǎo)群眾使用安全無人機(jī),倒逼企業(yè)注重產(chǎn)品安全,也能防止不法分子利用不合規(guī)產(chǎn)品騙取補貼的行為。建立明確的行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)的檢測平臺能確保購機(jī)補貼發(fā)揮最大的作用:一方面切實做到減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān),另一方面確保農(nóng)業(yè)無人機(jī)的安全性。
綜上所述,建立建全適合我國國情和農(nóng)用無人機(jī)發(fā)展需要的行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)體系,研發(fā)相應(yīng)的檢驗檢測平臺,能有效保證農(nóng)用無人機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量,提高我國農(nóng)用無人機(jī)行業(yè)的規(guī)范化和有序化水平,確保農(nóng)業(yè)無人機(jī)的安全性,促進(jìn)農(nóng)用無人機(jī)行業(yè)良性發(fā)展。
2019 年11 月,深圳市龍崗區(qū)無人機(jī)測試場正式啟用,該測試場面向區(qū)內(nèi)外無人機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)提供無人機(jī)測試專用場地并可滿足無人機(jī)任務(wù)載荷驗證、數(shù)據(jù)鏈測試、檢測、維修、保養(yǎng)、飛行培訓(xùn)、青少年科普、無人機(jī)賽事舉辦等場地需求[20]。2021 年9 月,由西北工業(yè)大學(xué)無人機(jī)研究所(西安愛生技術(shù)集團(tuán)有限公司)建設(shè)運營的國內(nèi)首個面向全行業(yè)的專業(yè)無人機(jī)系統(tǒng)試驗測試公共服務(wù)平臺?靖邊通用機(jī)場(無人機(jī)試驗測試中心)獲頒機(jī)場使用許可證正式投用,建設(shè)有無人機(jī)科研試驗、定型鑒定、試航認(rèn)證、操作維護(hù)人才培養(yǎng)、科普教育、無人機(jī)試驗測試標(biāo)準(zhǔn)研究和無人機(jī)試驗測試技術(shù)研究等12 大功能平臺。作為中國首個專業(yè)無人機(jī)試驗測試基地,有效填補了我國無人機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈在試驗測試環(huán)節(jié)的空白[21]。
深圳深光標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)有限公司可以根據(jù)國標(biāo)GB/T 38058?2019 進(jìn)行最大起飛質(zhì)量在150 kg 以下的無人機(jī)進(jìn)行性能測試,測試內(nèi)容主要包括民用多旋翼無人機(jī)的最大起飛質(zhì)量測試、最大作業(yè)半徑測試、最大平飛速度測試、航跡精度、高低溫及濕熱條件性能測試、輻射發(fā)射測試、 測試頻段在30 MHz~6 GHz 的輻射發(fā)射測試、按照GB/T 17626.3 進(jìn)行布置的射頻電磁場輻射抗擾度測試[22]。第三方檢測機(jī)構(gòu)北京中科光析化工技術(shù)研究所分析檢測中心可以進(jìn)行軍用民用多類型無人機(jī)的可靠性檢測、跌落試驗、飛行性能測試、碰撞試驗、電磁兼容檢測、抗電強(qiáng)度檢測、抗高低溫檢測、絕緣電阻檢驗、無人機(jī)抗風(fēng)能力檢測等[23]。2017 年,國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)國際聯(lián)合研究中心成立了農(nóng)用無人機(jī)檢測中心平臺,搭建了多旋翼無人飛行器性能測試平臺、抗風(fēng)性測試平臺?風(fēng)墻模塊、懸停與升力檢測平臺、室內(nèi)軌道式霧滴沉積漂移測試平臺,為專業(yè)化農(nóng)用無人機(jī)檢測平臺的建設(shè)做了很好的前期探究,但該平臺尚未達(dá)成面向社會提供檢驗檢測的規(guī)模[24]。2018 年經(jīng)工業(yè)和信息化部推薦、國家認(rèn)監(jiān)委組織專家論證并批準(zhǔn),工業(yè)和信息化部電子第五研究所與深圳賽寶工業(yè)研究院共同籌建了一所國家無人機(jī)系統(tǒng)質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,可向無人機(jī)全產(chǎn)業(yè)鏈提供檢測認(rèn)證服務(wù)和技術(shù)支持。
與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)動車等行業(yè)相比,國內(nèi)缺乏專門針對農(nóng)用無人機(jī)的國家級監(jiān)督檢驗機(jī)構(gòu)和檢測平臺。農(nóng)用無人機(jī)作為無人機(jī)的一個應(yīng)用分支,與其他類型民用無人機(jī)相比具有共性,也有其特有的個性。農(nóng)用無人機(jī)的作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜多變,涉及山地、水田、森林、湖泊等;其作業(yè)對象通常為農(nóng)作物、樹木叢林或者牛羊魚蝦;為實現(xiàn)作業(yè)目的,農(nóng)用無人機(jī)通常要搭載特定的設(shè)備,如農(nóng)藥噴灑裝置、花粉撒布裝置、紅外光譜或高光譜等光譜儀及可見光圖像攝取裝置等,因此農(nóng)用無人機(jī)的檢測平臺需要針對其作業(yè)特性進(jìn)行建設(shè)。部分農(nóng)用無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)為了檢測自己的設(shè)備自行搭建了無人機(jī)測試中心,大致分為動力系統(tǒng)測試、整機(jī)干擾測試、電池系統(tǒng)測試、整機(jī)強(qiáng)度測試、空間環(huán)境適應(yīng)性測試(使用風(fēng)洞實驗室對飛機(jī)外殼作氣動性測試)、負(fù)載提升力測試、環(huán)境測試等。
我國農(nóng)業(yè)各方向?qū)S玫臒o人機(jī)仍缺乏全面的行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn),也急需專業(yè)的檢測平臺。我國農(nóng)田多為散戶耕種,分布零散,所以農(nóng)用無人機(jī)以小型為主。檢測平臺的對象主要是小型單旋翼和多旋翼無人機(jī),檢測平臺的建設(shè)規(guī)模要求相對較小,安全性和可靠性檢測方面的要求較高。
在農(nóng)用無人機(jī)設(shè)計與開發(fā)、產(chǎn)品鑒定與認(rèn)證過程中,專業(yè)的農(nóng)用無人機(jī)性能檢測場及測試裝備具有非常重要的作用,它既可以保證無人機(jī)設(shè)計研發(fā)過程中的安全性和可靠性,也為市場鑒定提供了必要條件。明確的農(nóng)用無人機(jī)檢測規(guī)范可以大力提升農(nóng)用無人機(jī)行業(yè)的技術(shù)水平,加快行業(yè)洗牌,促進(jìn)農(nóng)用無人機(jī)企業(yè)的優(yōu)勝劣汰[25]。針對農(nóng)用無人機(jī)的性能和特點,建設(shè)農(nóng)用無人機(jī)檢測平臺需重點關(guān)注以下方面。
建立“多星兼容式”偽衛(wèi)星模擬發(fā)射系統(tǒng),提供全球區(qū)域衛(wèi)星模擬信號,檢測無人機(jī)能否自動識別標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的安全飛行區(qū)域,是否會在禁飛區(qū)域內(nèi)“起飛”或“飛越”。農(nóng)用無人機(jī)應(yīng)當(dāng)具備自動識別特定空域的能力,能夠智能感知和規(guī)避政治敏感空域、機(jī)場空中交通走廊等限制空域。無人機(jī)“黑飛”的行為屢屢爆出,僅靠地面禁飛標(biāo)志并不能完全切斷“黑飛”路徑,建立“多星兼容式”偽衛(wèi)星模擬發(fā)射系統(tǒng)有效檢測無人機(jī)區(qū)域感知性能,確保無人機(jī)能主動識別禁飛區(qū)域,為安全飛行增加保障。
建立大功率電磁兼容性試驗場,提供寬頻高壓脈沖電磁干擾場,測試無人機(jī)電磁兼容性能。電磁兼容試驗場由屏蔽主體結(jié)構(gòu)、測試儀表設(shè)備、操作監(jiān)控室組成,需要覆蓋所有民用頻段電磁波,以便完成全頻段范圍的農(nóng)用無人機(jī)電磁兼容性測試。農(nóng)用無人機(jī)體積一般較小,要在試驗場的空間內(nèi)安裝數(shù)十種電子、電氣及計算機(jī)設(shè)備,提供不同等級的電磁兼容試驗環(huán)境,考察飛機(jī)的抗電磁干擾的能力。飛行控制與管理計算機(jī)是飛機(jī)控制系統(tǒng)的中樞,需要在各種電磁干擾的條件下可靠的工作,完成飛機(jī)控制及各種任務(wù)設(shè)備的管理,意義重大。
設(shè)計大功率無線電掃頻裝置,檢測無人機(jī)與地面站通訊系統(tǒng)抗干擾能力及誤碼率。無人機(jī)控制、通訊鏈路由大量的電子設(shè)備(數(shù)傳電臺、遙控器信號、圖傳及差分電臺等)組成,這些設(shè)備在使用過程中會產(chǎn)生大量的電磁輻射。如果系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng),無人機(jī)空地通訊鏈路不僅會受到外界無線電的干擾,自身設(shè)備之間也會相互干擾,對無人機(jī)的飛行安全產(chǎn)生隱患??盏赝ㄓ嶆溌返目垢蓴_能力是無人機(jī)能否安全飛行的決定性條件。
建立大型風(fēng)洞試驗場,模擬現(xiàn)場急促風(fēng)和陣風(fēng)環(huán)境,測試無人機(jī)在不同風(fēng)力下的響應(yīng),檢測其抗風(fēng)性能,鑒定抗風(fēng)能力等級。風(fēng)洞是人工產(chǎn)生和控制氣流,模擬飛行器周圍氣體的流動,并可量度氣流對物體的作用,以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀試驗設(shè)備,它是進(jìn)行空氣動力試驗最常用、最有效的工具,可以近似模擬飛行過程中的風(fēng)力擾動狀態(tài),有效地評價無人機(jī)的飛控性能,減小后續(xù)使用階段的風(fēng)險。
建設(shè)農(nóng)用無人機(jī)綜合性能自動測試平臺,檢測無人機(jī)有效任務(wù)載荷、續(xù)航時間、飛行速度、避障能力、導(dǎo)航精度及高程控制精度等基本性能參數(shù)。這些參數(shù)在地面模擬過程中較難獲取,所以有必要研發(fā)構(gòu)建合適的機(jī)載測試系統(tǒng)在飛行試驗中實時測量、記錄農(nóng)用無人機(jī)基本性能參數(shù),為產(chǎn)品性能鑒定提供依據(jù)。
建立農(nóng)用無人機(jī)機(jī)載作業(yè)裝備性能檢測平臺及作業(yè)效果分析試驗場,鑒定評價農(nóng)用無人機(jī)作業(yè)效果。以植保無人機(jī)為例,可以建立霧滴空間分布場自動檢測系統(tǒng),自動檢測霧滴大小、空間分布、噴藥量及飛行器自身風(fēng)場造成的霧滴漂移狀況檢測,評估航空噴灑效率;建立藥效分析試驗場,檢測不同藥劑及噴灑模式對藥效的影響。針對各種無人機(jī)的作業(yè)類型和特點,設(shè)計全面有效的檢測平臺。
近年來,針對農(nóng)用無人機(jī)的法律法規(guī)與作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷出臺,隨著農(nóng)用無人機(jī)在各個環(huán)節(jié)和農(nóng)業(yè)分支中的廣泛應(yīng)用,市場需要完整的行業(yè)法律法規(guī)和 “從行業(yè)準(zhǔn)入、生產(chǎn)、作業(yè)、環(huán)保監(jiān)測到評價反饋”完整的標(biāo)準(zhǔn)體系為質(zhì)量和安全保駕護(hù)航,而監(jiān)督檢驗是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。我國農(nóng)用無人機(jī)正處于發(fā)展勢頭,建立專業(yè)的檢測平臺,明確檢驗檢測標(biāo)準(zhǔn),從無人機(jī)的安全性、可靠性、基本性能參數(shù)、作業(yè)效果等各個方面進(jìn)行監(jiān)督檢測,可以引導(dǎo)農(nóng)用無人機(jī)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段,對加快我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程具有重要意義。