農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)前景報(bào)告

1、 1 / 15 農(nóng)業(yè)xx無人機(jī)資料 1.國內(nèi)農(nóng)植現(xiàn)狀 植物保護(hù)涉及我國糧食安全、食品安全、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)、農(nóng)民豐收，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。我國能以不到世界10的耕地，解決了世界22人口的糧食問題，機(jī)械化防治發(fā)揮了極其重要的作用。2010年，全國農(nóng)作物病蟲害發(fā)生48億次，防治55億次，為國家挽回9460萬噸糧食，棉花損失165萬噸，油料損失336萬噸。為國家糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。雖然高效機(jī)械化防治技術(shù)得到了較快發(fā)展，但是，對于占全國糧食種植面積60%以上的水田、玉米等高稈作物，由于其特殊種植模式和作物特性，使得地面機(jī)具無法下田。長期以來，水田和高稈作物的病蟲害

2、防治只能依賴手動噴霧器和背負(fù)式噴霧機(jī)進(jìn)行，在全球氣候變暖的今天，突發(fā)性大面積病蟲害頻繁爆發(fā)，現(xiàn)有植保機(jī)具早已無法滿足防治需求，每年給國家造成巨大的糧食損失。裝備落后、作業(yè)效率低，致使農(nóng)藥噴灑成為我國糧生產(chǎn)過程中勞動強(qiáng)度最高、作業(yè)次數(shù)最多，勞動力消耗量最大的環(huán)節(jié)，隨著我國城鎮(zhèn)化步伐加快，大量的農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移到城市，同時(shí)伴隨人口老齡化問題，農(nóng)業(yè)勞動力的日益短缺、勞動力成本不斷攀升，農(nóng)作物病蟲害防治已成為目前制約我國主要糧食生產(chǎn)的主要瓶頸。 由于我國土地資源不足，東北平原、西北、華北平原大規(guī)模土地資源僅占耕地面積30%左右，而占總種植面積60%以上的小規(guī)模種植模式，大型地面施藥機(jī)具難以適應(yīng)其病蟲害防

3、治要求。 由于需要專用的農(nóng)業(yè)航空專用機(jī)場和跑道，在丘陵山區(qū)、家庭式的種植模式下難以發(fā)揮固定翼飛機(jī)施藥的優(yōu)勢。因此開展農(nóng)用輕型無人機(jī)施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系研究具有十分重要的意義： 1.1符合綱要所確定的重點(diǎn)領(lǐng)域 本項(xiàng)目研究內(nèi)容符合國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（200620年）重點(diǎn)支持方向；符合“全國新增千億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃”和“糧食豐產(chǎn)工程”的要求；符合中央一號文件“加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化”的要求；符合農(nóng)業(yè)部“關(guān)于推進(jìn)農(nóng)作物病蟲害專業(yè)化防治的意見”精神；符合我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。 2 / 15 無人機(jī)施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系研究是綱要農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展方向。符合多功能農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施優(yōu)先主題中定位

4、變量作業(yè)智能機(jī)械；符合環(huán)保型肥料、農(nóng)藥創(chuàng)制和生態(tài)農(nóng)業(yè)優(yōu)先主題中高效安全的有害生物綜合防治技術(shù)；符合農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)與信息化優(yōu)先主題中精準(zhǔn)作業(yè)和管理技術(shù)系統(tǒng)。貫徹落實(shí)中央一號文件關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械化與現(xiàn)代化的精神，把保障國家糧食安全作為首要任務(wù)，把提高土地產(chǎn)出率、資源利用率、勞動生產(chǎn)率作為主要目標(biāo)，把農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合作為基本要求，促進(jìn)水田、玉米等高稈作物機(jī)械化防治水平，構(gòu)建精準(zhǔn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的無人機(jī)施藥技術(shù)服務(wù)體系。 1.2是突發(fā)性大面積病蟲害防控的有力手段 隨著全球氣候變化，突發(fā)性大面積的病蟲害發(fā)生頻繁，嚴(yán)重危害了我國糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展。據(jù)國家農(nóng)業(yè)部2010年統(tǒng)計(jì)，全國農(nóng)作物病蟲害發(fā)生48

5、億次，年損失糧食多達(dá)2157萬噸。2012年突發(fā)大面積的玉米黏蟲，缺乏專用高效的施藥技術(shù)裝備致使防治不利，僅這次玉米黏蟲發(fā)生面積近5000萬畝，占全國玉米播種面積的9.72%，其中嚴(yán)重發(fā)生面積650萬畝，占到全國播種面積的1.26%，這類突發(fā)性大面積的病蟲害已經(jīng)嚴(yán)重國家糧食安全，破壞農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 無人機(jī)施藥作業(yè)效率高，較常規(guī)機(jī)具可提高100150倍，而作業(yè)成本58元/畝，僅為常規(guī)作業(yè)的。高效、低成本的無人機(jī)施藥技術(shù)為解決了突發(fā)性大面積病蟲害防控難題提供了全新的技術(shù)與裝備。1.3是我國土地經(jīng)營模式的必然選擇 我國規(guī)?；耐恋刭Y源不足，僅占耕地面積30%左右，主要集中在北方東北平原、西北、華北

6、平原。而在南方，有著占總種植面積60%以上的小規(guī)模種植土地，土地地貌復(fù)雜，民房耕地交織，經(jīng)營模式以一家一戶的聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制為主，土地的分散經(jīng)營、小塊經(jīng)營，使得耕地規(guī)模小、田塊分散、作物品種布局不一，作物長勢不一，包括固定翼飛機(jī)在內(nèi)的大型施藥機(jī)具難以適應(yīng)其病蟲害防治要求，在很大程度上限制了農(nóng)業(yè)機(jī)械化實(shí)施。無人機(jī)施藥技術(shù)裝備無需專用機(jī)場和跑道，靈活輕便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、不受作物長勢和作業(yè)田塊條件的限制，在應(yīng)對小區(qū)域種植作物的病蟲害防治中有著巨大優(yōu)勢。發(fā)展無人機(jī)施 3 / 15 藥技術(shù)裝備，是解決制約我國南方分散經(jīng)營模式下，病蟲害機(jī)械化防治的瓶頸問題，是我國土地經(jīng)營模式下的必然選擇。 2、需求分析 當(dāng)

7、前，國際經(jīng)濟(jì)形勢復(fù)雜嚴(yán)峻，全球氣候變化影響加深，我國農(nóng)作物病蟲害防治壓力加大，農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性明顯上升。加快精準(zhǔn)高效病蟲害防治技術(shù)與裝備研發(fā)，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定的任務(wù)更加艱巨。開展高效低污染安全的無人機(jī)施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系的研究，突破我國水田、玉米等高稈作物機(jī)械化瓶頸，以服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，對突發(fā)性大面積病蟲災(zāi)害控制，緩解農(nóng)村勞動力短缺，促進(jìn)病蟲害專業(yè)化防治，提升施藥裝備市場競爭力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略需求。 2.1農(nóng)業(yè)勞動力短缺的必然需求 常規(guī)的背負(fù)作業(yè)方式勞動強(qiáng)度大，作業(yè)質(zhì)量差，易發(fā)生中毒事故。隨著我國城鎮(zhèn)化步伐加快，大量的農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移到城市，同時(shí)伴隨人口老齡

8、化問題，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)勞動力的日益短缺、勞動力成本不斷攀升。據(jù)調(diào)查，96%的農(nóng)民認(rèn)為施藥作業(yè)是最繁重的田間勞動。因此，迫切需求開展新型高效無人機(jī)施藥技術(shù)裝備替代手動和背負(fù)式藥械，緩解農(nóng)村勞動力短缺。而且隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的步伐不斷往前推進(jìn)，要求用現(xiàn)代的物質(zhì)裝備來改造農(nóng)業(yè)，普遍實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動化以及信息化，科技在農(nóng)業(yè)進(jìn)步中的作用越來越凸顯，推 動農(nóng)業(yè)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。 無人機(jī)施藥技術(shù)與裝備作業(yè)效率高，勞動力投入少，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展要求。高效的新型航空施藥技術(shù)與裝備的應(yīng)用，恰恰體現(xiàn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求，真正做到勞動力投入少，解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的困境。施藥作業(yè)智能化、精量化、高效化，對促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)

9、代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型有著積極意義。 2.2病蟲害專業(yè)化防治的必然需求 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型已進(jìn)入新的發(fā)展階段，正在從千家萬戶的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)向區(qū)域化種植作業(yè)轉(zhuǎn)變，急需發(fā)展防治農(nóng)作物病蟲害的專業(yè)化施藥隊(duì)伍，如各地出現(xiàn)的“機(jī)防隊(duì)”和“施藥專業(yè)戶”等。但施藥專業(yè)戶的施藥設(shè)備多為人力攜帶的背負(fù)噴 4 / 15 霧機(jī)具，單臺施藥設(shè)備一天防治面積在120畝（視操作人員、地塊和作物種類而定），機(jī)具品種單一、工作效率低，不能滿足不同作物、不同規(guī)模的病蟲草害防治快速防治的需求，與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求不符。 農(nóng)無人機(jī)施藥技術(shù)是以航空、信息、生物和農(nóng)業(yè)裝備為支撐點(diǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)系統(tǒng)，具有作業(yè)效率高，突擊能力強(qiáng)，機(jī)動性好，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。滿足

10、專業(yè)化防治對精準(zhǔn)、高效施藥技術(shù)與裝備迫切需求，適于消滅暴發(fā)性病蟲害，符合“統(tǒng)防統(tǒng)治”理念，對加速手動藥械和小型機(jī)動藥械的更新?lián)Q代，促進(jìn)政策、法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究、制定，提升機(jī)動施藥裝備的技術(shù)水平具有重大意義。是實(shí)現(xiàn)我國糧食安全、食品安全、環(huán)境安全的重大科技選擇，也是我國從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要標(biāo)志。 2.3施藥裝備市場競爭力的需求 目前我國農(nóng)業(yè)科技和物質(zhì)裝備水平還不高，農(nóng)業(yè)科技研發(fā)和創(chuàng)新能力不強(qiáng)，技術(shù)集成度不高，“十五”期間科技進(jìn)步對農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)率只有48%，大大低于發(fā)達(dá)國家7080%的平均水平。 目前，與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國植保機(jī)械產(chǎn)業(yè)的研究基礎(chǔ)比較薄弱，植保機(jī)械行業(yè)240余家生產(chǎn)

11、企業(yè)中，多數(shù)企業(yè)規(guī)模小，技術(shù)力量缺乏，產(chǎn)品技術(shù)含量較低,缺乏核心競爭力，制約了我國植保機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。新型無人機(jī)施藥技術(shù)裝備，是在傳統(tǒng)植保裝備的基礎(chǔ)上，集成了超低空低量施藥技術(shù)、施藥裝備平臺技術(shù)、現(xiàn)代航空技術(shù)、GPS導(dǎo)航技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)以及現(xiàn)代自動控制技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品。對于加大科技進(jìn)步對農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)，提高我國植保機(jī)械領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，增強(qiáng)產(chǎn)品核心競爭力和農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力具有積極的促進(jìn)作用。 2.4農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然需求 我國的農(nóng)藥生產(chǎn)已取得長足發(fā)展，但因施藥技術(shù)和施藥設(shè)備落后，各地仍沿用粗放的施藥方式，大霧滴大容量噴淋式噴霧等落后的施藥技術(shù)和設(shè)備盛行，農(nóng)藥有效利用率有的不足30%，每年噴灑出

12、去農(nóng)藥制劑有70%80%流失到環(huán)境中，不僅浪費(fèi)大量資源，還造成環(huán)境污染，導(dǎo)致施藥人員中毒和農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)等問題。無人機(jī)施藥采用低容量噴霧技術(shù)替代粗放的大容量噴霧技 5 / 15 術(shù)，采用高精度GPS的農(nóng)用無人機(jī)的自動導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航空噴霧作業(yè)噴幅的精確對接，極大地提高了我國航空植保作業(yè)的質(zhì)量，可把農(nóng)藥有效利用率提高到35%以上；通過本項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的減量、精確、高效、合理的使用，降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，符合“建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，高效利用資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境”的政策，也符合“減量化、再利用、再循環(huán)”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)實(shí)際操作原則，是建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好

13、 型可持續(xù)農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐。 3.項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)生的重大經(jīng)濟(jì)、社會效益 3.1.經(jīng)濟(jì)效益分析 首先，農(nóng)業(yè)航空施藥的效率是常規(guī)施藥機(jī)具的100倍，作業(yè)效率按500畝/天，而且航空施藥采用低空低量施藥技術(shù)，可節(jié)約農(nóng)藥20%，每年可產(chǎn)生較大的收益；采用高效航空施藥，節(jié)約了用水、人工成本；較傳統(tǒng)病蟲害防治，采用了新技術(shù)，提高了防治效果，使得農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量提高。而高效的農(nóng)業(yè)航空施藥可以及時(shí)防控突發(fā)性大面積病蟲害，提高病蟲害防治效果，為國家挽回巨大的糧食損失，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 3.2社會效益分析 農(nóng)作物病蟲害防治是勞動強(qiáng)度最大的田間管理項(xiàng)目。隨著我國人口老齡化，農(nóng)業(yè)勞動力日益短缺、勞動力成本不斷攀升與我國

14、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的矛盾將越來越激化。高效的航空施藥可以緩解農(nóng)業(yè)施藥作業(yè)勞動力短缺與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間的矛盾。探索規(guī)模化、社會化無人機(jī)航空病蟲害防治的區(qū)域經(jīng)營模式，以及植保、農(nóng)機(jī)等多部門聯(lián)合的無人機(jī)航空病蟲害防治技術(shù)與裝備推廣機(jī)制，最終提出包括技術(shù)推廣、技術(shù)指導(dǎo)、規(guī)?；瘧?yīng)用的無人機(jī)航空施藥裝備推廣使用體系，構(gòu)建完善的新型服務(wù)體系，加速我國農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。 隨著航空施藥技術(shù)的發(fā)展，將帶動新型藥劑產(chǎn)業(yè)和航空施藥裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這新型產(chǎn)業(yè)符合國家戰(zhàn)略發(fā)展需求，具有廣闊的市場前景，為國家創(chuàng)造大量的就業(yè)崗位，帶來巨大的社會效益。 6 / 15 二、項(xiàng)目目標(biāo)及主要任務(wù) 1.戰(zhàn)略目標(biāo) 本項(xiàng)目根據(jù)國家對經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)

15、劃中對主要農(nóng)作物病蟲害專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化需求，圍繞糧食生產(chǎn)中對高效施藥機(jī)械產(chǎn)品的重大需求，針對我國目前施藥技術(shù)落后、農(nóng)藥有效利用率低、施藥效率低、勞動量消耗巨大、高效施藥機(jī)械缺乏等關(guān)鍵問題，開展農(nóng)業(yè)輕型無人機(jī)施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系研究，突破高效低污染安全航空施藥技術(shù)、高效穩(wěn)定的施藥搭載平臺技術(shù)、施藥作業(yè)過程自動控制技術(shù)、精準(zhǔn)施藥技術(shù)等核心技術(shù)，切實(shí)提高農(nóng)藥的有效利用率、減少農(nóng)藥使用量，解放勞動力，降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)施藥的精量化、機(jī)械化、自動化和安全化。通過項(xiàng)目實(shí)施，全面提升我國植保技術(shù)與裝備，特別是航空施藥裝備的自主創(chuàng)新能力和國際競爭力，為我國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的可

16、持續(xù)農(nóng)業(yè)的建設(shè)提供必要的技術(shù)支撐和保障。 2.具體任務(wù)指標(biāo) （1）突破無人駕駛輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺技術(shù)； （2）完成無人駕駛輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺與施藥裝備； （3）完成無人駕駛輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺，無人機(jī)控制系統(tǒng)的高度與速度誤差小于5%，具備自動駕駛與傻瓜式操控功能； （4）完成航空施藥新型制劑研發(fā)； 3.項(xiàng)目研究開發(fā)的重點(diǎn) 3.1航空施藥xx評估 農(nóng)業(yè)航空作業(yè)相對地面機(jī)具作業(yè)而言有著更復(fù)雜的農(nóng)藥沉積與飄移規(guī)律，從標(biāo)靶上飄移的農(nóng)藥，不能真正發(fā)揮防治病蟲草害的作用，反而會導(dǎo)致浪費(fèi)農(nóng)藥、降低防治效果，增加防治次數(shù)、相鄰地塊的敏感作物受損、過量噴藥、農(nóng)藥殘留超標(biāo)、空氣和水源污染等一系列后果，對人類、動物和

17、植物產(chǎn)生不良的影響。為降低農(nóng)藥漂移，針對不同的無人機(jī)平臺，研究機(jī)身下方藥液霧滴在氣流場中的運(yùn)動情況，分析環(huán)境因素（溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等）、施藥量、作業(yè)速 7 / 15 度等因子與藥液飄移距離、飄移量的復(fù)雜關(guān)系，評估施藥安全性，制定措施，減少農(nóng)藥對生態(tài)的污染。 3.2精準(zhǔn)施藥控制系統(tǒng)研究 根據(jù)農(nóng)用輕型無人機(jī)航空施藥方式與方法，重點(diǎn)研究施藥過程全程自動控制技術(shù)，針對我國的無人機(jī)平臺，研究設(shè)計(jì)開發(fā)新型的精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)噴灑精確對接、定點(diǎn)施藥、自動導(dǎo)航、高效自主作業(yè)，避免施藥過程中重噴漏噴現(xiàn)象，解決施藥操控問題。 研究開發(fā)新型施藥控制系統(tǒng)，使用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，完成變量控制、無線電通訊、

18、信號處理、功率分配等模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)施藥 裝備遠(yuǎn)程變量控制與工作參數(shù)遙測反饋等功能。 3.3航路規(guī)劃與自動導(dǎo)航系統(tǒng)研究 使用C語言和MATLAB語言開發(fā)航路規(guī)劃和實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)，集GPS和GIS于一體，實(shí)現(xiàn)自動規(guī)劃農(nóng)田邊界、自動規(guī)劃飛行航路、測算農(nóng)田面積、實(shí)時(shí)顯示飛行軌跡、定點(diǎn)精準(zhǔn)施藥功能。 3.4xx輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺 目前我國的農(nóng)用無人機(jī)平臺絕大多數(shù)是由軍工、航拍、測量等各個領(lǐng)域轉(zhuǎn)換而來，具有高空、高速、長遙控距離的特點(diǎn)，而農(nóng)業(yè)航空施藥作業(yè)要求無人機(jī)低空、低速、平穩(wěn)飛行，加之作業(yè)周期內(nèi)使用頻繁，操作人員素質(zhì)參差不齊，還需要解決無人機(jī)耐用性、操作簡易性及經(jīng)濟(jì)性的問題。本課題針對目前我國的無人機(jī)

19、平臺，從低空穩(wěn)定性控制、傻瓜化操控、機(jī)體動力系統(tǒng)改造、發(fā)動機(jī)增壽等方面進(jìn)行無人機(jī)平臺的農(nóng)業(yè)適應(yīng)性研究改造，使之能夠更好的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保。無人機(jī)超低空飛行，首先，由于地面反彈氣流的存在，使得旋翼下方氣流混亂，氣壓高度計(jì)數(shù)值波動劇烈，目前我國的無人機(jī)平臺，多數(shù)存在低空控制盲區(qū)；其次，GPS衛(wèi)星定位信號也會隨著地面溫度、云層變化、氣流流動等因素產(chǎn)生整體漂移。本課題擬以消減地面效應(yīng)影響，增加低空定位精度為研究目標(biāo)，對目前我國的無人機(jī)平臺做進(jìn)一步的研究改造。 3.5無人機(jī)平臺傻瓜化操控研究改造 8 / 15 我國的無人機(jī)平臺標(biāo)準(zhǔn)的遙控器上，裝有2搖桿、4微調(diào)以及其他10余個按鈕，操作人員需要從總距、橫滾

20、、俯仰、航向8方向控制姿態(tài)調(diào)整，人工培訓(xùn)僅無人機(jī)操作上就需要經(jīng)歷軟件模擬航模練習(xí)真機(jī)操控3個階段，培訓(xùn)周期歷時(shí)3個月，另一方面，我國飛機(jī)農(nóng)業(yè)作業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，無法在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到專業(yè)人員水平。因此，本課題針對以上情況，結(jié)合無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)與操控界面，研究控制策略與算法改進(jìn)，開發(fā)新型遙控裝備，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)平臺的傻瓜化操作，大幅降低操作難度，縮短人員培訓(xùn)時(shí)間，提高無人機(jī)田間作業(yè)的靈活性和工作效率。 3.6新型航空施藥藥劑研究 實(shí)驗(yàn)證明，使用普通藥液于5m高度噴施，在旋翼氣流與外部環(huán)境因素綜合影響下，10%-20%的藥劑在空中蒸發(fā)彌漫在空氣中，嚴(yán)重影響施藥效果，污染生態(tài)環(huán)境。本課題擬展開農(nóng)藥藥劑

21、成分、劑型、添加劑等方面研究，開發(fā)多種適用于航空噴灑的超低量農(nóng)藥劑型。 三、相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及國內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ) 1.國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀、專利等知識產(chǎn)權(quán)及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況分析 1.1.國外農(nóng)業(yè)航空現(xiàn)狀及趨勢 農(nóng)業(yè)航空發(fā)達(dá)國家以美國和日本為典型代表，發(fā)展?fàn)顩r主要表現(xiàn)為： 農(nóng)業(yè)航空施藥作業(yè)是農(nóng)業(yè)航空服務(wù)最主要的作業(yè)項(xiàng)目，農(nóng)用航空裝備齊全，技術(shù)相對成熟，培訓(xùn)服務(wù)體系完善，相關(guān)規(guī)范健全，農(nóng)業(yè)航空作業(yè)比重大。 1.1.1航空施藥與服務(wù)體系是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成 美國航空施藥作業(yè)規(guī)范齊全，相關(guān)的法律法規(guī)健全，航空施藥設(shè)備、部件系列完善，能適合不同作業(yè)要求，年航空施藥面積達(dá)3400萬公頃，

22、占總耕地面積的25%以上，其中水稻施藥作業(yè)100%采用航空作業(yè)方式。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，一些不同類型的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)包括全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感系統(tǒng)（RS）、作物生產(chǎn)專家管理系統(tǒng)和新類型的裝備及部件，也逐 9 / 15 步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)航空，這些精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，提升了美國農(nóng)業(yè)航空技術(shù)水平，必將進(jìn)一步加大農(nóng)業(yè)航空在其農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用比重。 日本農(nóng)業(yè)耕地面積470萬公頃，農(nóng)業(yè)航空作業(yè)面積253萬公頃，其中農(nóng)用無人直升飛機(jī)作業(yè)面積96.3萬公頃，占航空作業(yè)38%。防治面積從1997年的20萬公頃增加到2010年的96.3萬公頃，其中水稻施藥作業(yè)全部采用無人機(jī)施藥裝備進(jìn)行防

23、治，近年來麥類、豆類、蘿卜、洋蔥、生姜、甘蔗等也逐步采用農(nóng)用無人機(jī)進(jìn)行病蟲害防治。日本目前用于農(nóng)業(yè)方面的無人機(jī)，以YAMAHA RMAX系列為主，每小時(shí)可噴灑農(nóng)藥710公頃，一架RMAX每天可噴灑農(nóng)藥80公頃。采用農(nóng)用無人駕駛輕型直升飛機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已成為發(fā)展趨勢之一。在農(nóng)藥制劑方面，日本有水稻、小麥、玉米作物專用的無人機(jī)噴灑農(nóng)藥制劑，目前在冊登記的專用農(nóng)藥已達(dá)150余種。 1.1.2農(nóng)業(yè)航空呈現(xiàn)不同的發(fā)展模式 現(xiàn)在世界上通用飛機(jī)多達(dá) 336萬架，每年作業(yè)面積近4000萬h，我國只占其1。全世界已有農(nóng)用飛機(jī)60多種，其中固定翼飛機(jī)40多種，旋翼(直升)機(jī)20多種，共約3萬余架，其中美國8000

24、多架，俄羅斯1萬多架，加拿大、澳大利亞等國也有數(shù)百架。經(jīng)農(nóng)業(yè)航空管理的耕地面積達(dá)2.4億hm2,占世界耕地面積17。其中美國、俄羅斯、日本3國分別達(dá)到1億hm 2、7000萬hm 2、180萬hm2，分別占本國耕地面積的45、35和39。 美國地耕地面積廣，呈大規(guī)模化經(jīng)營，促進(jìn)了美國農(nóng)業(yè)航空的快速發(fā)展，使其成為農(nóng)業(yè)航空技術(shù)最先進(jìn)的國家?，F(xiàn)擁有農(nóng)用航空公司2000多家，農(nóng)用飛機(jī)近萬架（實(shí)際在用的飛機(jī)大約為4000架），在冊的農(nóng)用飛機(jī)駕駛員2000多名，飛機(jī)大約有20多個品種，分為單翼、雙翼和直升飛機(jī)，多為有人駕駛機(jī)型，飛機(jī)的安全性能較高。據(jù)美國全國農(nóng)業(yè)航空協(xié)會（NAAA）提供的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在農(nóng)產(chǎn)品生

25、產(chǎn)中，25%都是采用空中作業(yè)完成的，主要是谷物生產(chǎn)和病蟲害防 1.1.3具有完善的航空施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系 10 / 15 國外不斷完善航空施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系，具體表現(xiàn)在，裝備量逐年增長，作業(yè)面積不斷擴(kuò)大，裝備品種多，科技含量高，服務(wù)領(lǐng)域廣，航空作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)，而且農(nóng)業(yè)航空相關(guān)的法律法規(guī)齊全。 農(nóng)業(yè)航空是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要手段，飛機(jī)可以播種、施肥和防蟲等作業(yè)，所從事農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)的人員必須持證上崗，美國農(nóng)業(yè)飛機(jī)必須符合美國聯(lián)邦航空局（FAA）137部的要求。具有完善的農(nóng)業(yè)航空隊(duì)伍建設(shè)體系。美國約有1625家公司從事農(nóng)業(yè)航空作業(yè)飛行，平均每家擁有飛機(jī)2.2架，雇用飛行員2.7人，農(nóng)業(yè)飛機(jī)和

26、航空材料生產(chǎn)廠家有500多個。日本目前從事農(nóng)用無人機(jī)培訓(xùn)的學(xué)校，僅雅馬哈在全國一共有134家培訓(xùn)學(xué)校。 具有完善的作業(yè)服務(wù)管理制度。日本具有直接負(fù)責(zé)和從事水稻等無人機(jī)施藥作業(yè)的組織和個人團(tuán)體共1000多個，農(nóng)場主只需要支付服務(wù)費(fèi)，除草、防蟲、防病和施肥等都由專門的公司運(yùn)作。形成完善作業(yè)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)服務(wù)協(xié)調(diào)制度、作業(yè)服務(wù)合同管理制度等。 1.2國內(nèi)農(nóng)業(yè)航空現(xiàn)狀及趨勢 我國航空噴灑設(shè)備的研究和應(yīng)用在五十年代就開始了，目前已有6個機(jī)種400多架飛機(jī)在大面積的墾區(qū)和農(nóng)場從事農(nóng)業(yè)航空工作。大多以通用的農(nóng)業(yè)航空噴灑為主，如在大面積的墾區(qū)和農(nóng)場運(yùn)用國產(chǎn)的“農(nóng)業(yè)5”，“Y5B”，“Y11”等固定翼機(jī)型進(jìn)行農(nóng)

27、業(yè)航空作業(yè)，到了九十年代出現(xiàn)了專門為超輕型飛機(jī)配套設(shè)計(jì)的3WQF型農(nóng)藥場和跑道，很難適應(yīng)于南方丘陵山地地區(qū)的小規(guī)模種植。而小規(guī)模種植方式是目前我國糧食生產(chǎn)的主要形式，無人機(jī)不受起降場地限制，適應(yīng)與小規(guī)模種的丘陵山區(qū)，因此，近些年無人機(jī)施藥技術(shù)與裝備受到國家高度重視，是未來病蟲害防治的主要趨勢。 2.國內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ) 近幾年來，農(nóng)作物病蟲害機(jī)械化防治和突發(fā)性大面積病蟲害防控引起了國家主管部門的高度重視。在低空施藥技術(shù)及規(guī)范和無人機(jī)平臺技術(shù)等方面取得了長足的發(fā)展，并且取得了許多重大成果，無人機(jī)示范與宣傳，促進(jìn)了無人機(jī)施藥技術(shù)與服務(wù)體系不斷發(fā)展與完善，科研力量與科研平臺不斷加強(qiáng)。 11 / 15 航

28、空專業(yè)噴霧制劑研究已經(jīng)起步。航空噴霧制劑研究中，經(jīng)歷了從懸浮劑、微乳劑、水劑到油劑的研究方式轉(zhuǎn)變，有效地抑制了霧滴在空中降落過程中的水分蒸發(fā)損失。已經(jīng)有兩個超低容量制劑品種在我國登記注冊。 四、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益、推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景 1.技術(shù)效益分析 在技術(shù)上，通過開展低空低量施藥技術(shù)、航空施藥飄移控制技術(shù)、飄移檢測及安全評估研究，創(chuàng)制農(nóng)業(yè)輕型無人機(jī)施藥技術(shù)裝備，建立農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)服務(wù)體系。為水田、高桿作物病蟲防治提供技術(shù)支持，提高國家對突發(fā)性大面積病蟲害防治水平，保障國家糧食安全。通過項(xiàng)目的實(shí)施，填補(bǔ)國內(nèi)航空靜電噴霧技術(shù)及裝備的缺陷，降低農(nóng)藥使用量，提高病蟲害防治水平。通過航空噴嘴模型、飄移

29、預(yù)測模型、航空噴灑質(zhì)量評估研究，形成我國自主航空施藥研究體系，探索適合我國國情的航空施藥技術(shù)服務(wù)體系，服務(wù)于我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。 2.經(jīng)濟(jì)效益分析 2.1作業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析 單架油動無人直升飛機(jī)使用壽命按5年計(jì)算，作業(yè)效率為500畝/天，每年作業(yè)90天，則單架飛機(jī)作業(yè)總面積為5年×500畝/天×90天=225000畝次；每次施藥作業(yè)按照均價(jià)6元/畝計(jì)算，則使用無人機(jī)5年，可獲得作業(yè)收入225000畝次×6元/畝=135.0萬元單架油動無人直升飛機(jī)使用壽命按3年計(jì)算，作業(yè)效率為200畝/天，每年作業(yè)90天，則單架飛機(jī)作業(yè)總面積為3年×200畝/天×90

30、天=54000畝次；每次施藥作業(yè)按照均價(jià)6元/畝計(jì)算，則使用無人機(jī)5年，可獲得作業(yè)收入54000畝次×6元/畝=32.4萬元。 2.2節(jié)省農(nóng)藥經(jīng)濟(jì)效益分析 單架飛機(jī)作業(yè)每畝可節(jié)省農(nóng)藥20%即2元/畝，則5年共可節(jié)省（225000畝次+54000畝次）×2元/畝=55.8萬元。 2.3企業(yè)生產(chǎn)銷售效益分析 12 / 15 每種機(jī)型以每年推廣1000套裝備，20%的利潤計(jì)算： 單架油動無人機(jī)施藥裝備，50萬元/套，50萬元/套×1000套×20%=1.0億元； 單架電動無人機(jī)施藥裝備，10萬元/套，10萬元/套×1000套×20%=200

31、0萬元； 2.4新型藥劑生產(chǎn)銷售效益分析 開發(fā)的新型航空超低量藥劑，每畝次按照150ml，每百毫升按照10元計(jì)算，年需求（225000畝次+54000畝次）×150ml/畝次×10元/100=418.5萬元 2.5其他經(jīng)濟(jì)效益分析 采用高效航空施藥，節(jié)約了用水、人工成本；較傳統(tǒng)病蟲害防治，采用了新技術(shù)，提高了防治效果，使得農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量提高。 3.社會效益 3.1提升科技裝備水平，緩解勞動力短缺矛盾 農(nóng)作物病蟲害防治是勞動強(qiáng)度最大的田間管理項(xiàng)目。隨著我國人口老齡化，農(nóng)業(yè)勞動力日益短缺、勞動力成本不斷攀升與我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的矛盾將越來越激化。開展新型施藥技術(shù)創(chuàng)新研究和農(nóng)藥高

32、效利用的現(xiàn)代航空施藥裝備的研發(fā)，加速科技成果轉(zhuǎn)化，對提高我國施藥技術(shù)與裝備的總體水平，緩解農(nóng)業(yè)施藥作業(yè)勞動力短缺與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間的矛盾，大幅減少勞力投入和勞動強(qiáng)度，提高工作效率具有十分重要的意義。 3.2組建新型服務(wù)體系，促進(jìn)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型 以輕型無人機(jī)施藥裝備為主體，通過對我國西南地區(qū)、華中地區(qū)、華東地區(qū)、華南地區(qū)等水稻主產(chǎn)區(qū)社會、自然條件、生產(chǎn)經(jīng)營組織模式與規(guī)模、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系現(xiàn)狀的調(diào)查和分析，找出影響無人機(jī)航空施藥技術(shù)與裝備推廣的主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與制度因素，研究各類無人機(jī)施藥裝備的最佳經(jīng)濟(jì)規(guī)模與需求主體的經(jīng)營特征，探索規(guī)?；⑸鐣療o人機(jī)航空病蟲害防治的區(qū)域經(jīng)營模式，以及植保、農(nóng)機(jī)等多部門

33、聯(lián)合的無人機(jī)航空病蟲害防治技術(shù)與裝備推廣機(jī) 13 / 15 制，最終提出包括技術(shù)推廣、技術(shù)指導(dǎo)、規(guī)?；瘧?yīng)用的無人機(jī)航空施藥裝備推廣使用體系，構(gòu)建完善的新型服務(wù)體系，加速我國農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。 3.3提高糧食品質(zhì)，保證糧食安全 農(nóng)藥施藥技術(shù)與裝備涉及糧食安全、食品安全、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)、農(nóng)民豐收，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。推廣使用新型航空施藥裝備，提高農(nóng)藥有效利用率，減少農(nóng)藥使用量，控制和逐步降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，提高農(nóng)產(chǎn)品、食品的安全質(zhì)量水平，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。 4推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景 從防治面積上來看，我國水稻種植面積2892萬公頃，常規(guī)水稻年施灑作業(yè)量10次計(jì)算，則作業(yè)面積為28920萬公頃；同時(shí)我國水稻主要產(chǎn)區(qū)主要在南方地區(qū)及田塊面積較小，地形也較為復(fù)雜。由于小型無人機(jī)無需專用起降機(jī)場，可在田間地頭起降、加油、加注藥液，減少了往返機(jī)場的飛行時(shí)間及燃料消耗，保證了作業(yè)效率噴灑機(jī)具的出現(xiàn)，能夠很好的適合南方水稻作業(yè)條件。 從機(jī)具使用承擔(dān)單位看，2009年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)組織16.56萬個。其中： 擁有農(nóng)機(jī)原值20萬-50萬元（含20萬元）的4.21萬個，擁有農(nóng)機(jī)原值50萬元（含50萬元）以上的8704個。農(nóng)機(jī)戶3833萬個,其中： 擁有農(nóng)機(jī)原值20萬-50萬元（含20