植保無人機(jī)飛行作業(yè)服務(wù)項(xiàng)目背景及需求分析

植保無人機(jī)飛行作業(yè)服務(wù)項(xiàng)目背景及

需求分析

目錄

第一節(jié)項(xiàng)目背景分析............................2

一、植保無人機(jī)的發(fā)展歷程及應(yīng)用現(xiàn)狀..........2

二、無人機(jī)植?，F(xiàn)狀.........................12

三、制約農(nóng)業(yè)航空植保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題.....18

四、農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)概念與分類...............22

五、農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的必要性和重要性.........35

第二節(jié)項(xiàng)目需求分析...........................38

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第一節(jié)項(xiàng)目背景分析

一、植保無人機(jī)的發(fā)展歷程及應(yīng)用現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)是我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其中農(nóng)藥的使用在作物的種植

和病害防治中占有重要地位。傳統(tǒng)農(nóng)藥施用主要以人工背負(fù)

藥箱、手持噴桿噴霧為主，作業(yè)時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且

噴藥量較大，容易導(dǎo)致用藥過量、成本增加及環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品

污染。

近幾年，我國農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代，在生產(chǎn)方式、生產(chǎn)

技術(shù)、體制機(jī)制等方面不斷發(fā)展創(chuàng)新。我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化在農(nóng)

業(yè)領(lǐng)域的耕地、播種、田間管理、收割環(huán)節(jié)，均有大、中、

小型農(nóng)業(yè)機(jī)械做保障，機(jī)械化程度較高，而農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域因

其特殊性導(dǎo)致機(jī)械化程度低，基本處于人工和半機(jī)械化狀

態(tài)，嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)。在農(nóng)

藥噴灑方面，高地隙自走式噴桿噴霧機(jī)、無人機(jī)技術(shù)逐漸發(fā)

展應(yīng)用起來，但使用植保無人機(jī)施藥僅占1%。高地隙自走式

噴桿噴霧機(jī)是大型農(nóng)業(yè)裝備之一，適用于水田、旱田作物和

菜地的除草、殺蟲、滅菌等的噴灑作業(yè)，具有機(jī)械化自動(dòng)化

程度高、通過性好、施藥精準(zhǔn)高效等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一次性

投入成本高、坡地易傾覆、作物碾壓損傷相對(duì)大等問題。另

外，中國作為農(nóng)業(yè)大國，人口老齡化趨勢加劇，未來土地承

包，種田大戶會(huì)越來越多，市場需求會(huì)更大。經(jīng)過多年的發(fā)

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展和推廣，植保無人機(jī)已經(jīng)有了比較切實(shí)可行的持久模式。

（一）植保無人機(jī)的發(fā)展

利用植保無人機(jī)進(jìn)行飛防，日本和美國等發(fā)達(dá)國家涉及

較早，產(chǎn)業(yè)體系相對(duì)成熟。從1987年日本Yamaha公司生產(chǎn)

出世界上第一臺(tái)農(nóng)用植保無人機(jī)（R-50），已經(jīng)歷了30多

年的發(fā)展歷程。由于日本國土面積小，耕地面積小且分散，

水稻地多，對(duì)無人機(jī)依賴性大，促使農(nóng)用無人機(jī)快速發(fā)展，

已從1995年的307架增加到現(xiàn)在的2400多架，用于播種、

監(jiān)測、施肥、噴藥等作業(yè)。美國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)則以大農(nóng)場居多，

經(jīng)營規(guī)模大，往往使用載重量更大、續(xù)航時(shí)間更長、工效比

更高的有人機(jī)進(jìn)行植保作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前美國農(nóng)用航空相

關(guān)企業(yè)有2000多家，年處理40%以上的耕地面積，全美65%

的化學(xué)農(nóng)藥采用飛機(jī)作業(yè)完成噴灑，其中水稻施藥作業(yè)100%

采用航空作業(yè)方式，自2002年以來已投入約700萬美元用

于農(nóng)業(yè)航空技術(shù)研發(fā)。此外，韓國、巴西、俄羅斯、加拿大

等都已將無人機(jī)應(yīng)用于飛防作業(yè)。

我國農(nóng)用無人機(jī)起步較晚，目前正處于快速發(fā)展的初期

階段。2004年在科技部863計(jì)劃的支持下，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機(jī)

化所等開始無人機(jī)植保的研究和推廣。2007年開始植保無人

機(jī)的產(chǎn)業(yè)化探索。2010年漢和航空制造出第一架植保無人機(jī)

交付市場，正式揭開了中國植保無人機(jī)產(chǎn)業(yè)化的序幕。據(jù)農(nóng)

業(yè)部發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2017年底，全國植保無人機(jī)保有量

達(dá)到14000多架，從事航空植保的服務(wù)組織已超過400家。

植保無人機(jī)保有量雖全球第一，但短板仍然明顯，技術(shù)、體

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制尚不成熟，有些技術(shù)還待進(jìn)一步研發(fā)，如適合無人機(jī)的劑

型、沉降劑、軟件等。一些國外廠家如拜耳、陶氏、巴斯夫

等都投入了一定的資源去研究相應(yīng)的領(lǐng)域，國內(nèi)的新安化

工、諾普信、廣西田園生化等企業(yè)也有了自己的無人機(jī)隊(duì)伍，

大疆、極飛等無人機(jī)企業(yè)也在研發(fā)相應(yīng)的技術(shù)。

（二）植保無人機(jī)分類及特點(diǎn)

1.按動(dòng)力分類

根據(jù)動(dòng)力分類可分為電動(dòng)植保無人機(jī)、油動(dòng)植保無人機(jī)

及油電混合無人機(jī)三種。

電動(dòng)植保無人機(jī)通常利用鋰電池作為動(dòng)力源，它的特點(diǎn)

是無人機(jī)構(gòu)造比較簡單，平時(shí)維護(hù)容易，對(duì)操作人員技能要

求低；場地適應(yīng)能力強(qiáng)，展開迅速，輕便靈活；電動(dòng)輸出功

率不受含氧量影響，可在高原地區(qū)使用；電池可充電重復(fù)使

用，成本低；震動(dòng)小，成像質(zhì)量好。缺點(diǎn)是抗風(fēng)能力弱，續(xù)

航能力不足，電池報(bào)廢后存在環(huán)境污染問題。市場價(jià)格一般

在5～18萬元之間。

油動(dòng)植保無人機(jī)采用燃油作為動(dòng)力源，其特點(diǎn)是燃料易

取，載重大，續(xù)航能力強(qiáng)，具有較好的抗風(fēng)能力。但油動(dòng)無

人機(jī)自主飛行能力差，油門響應(yīng)速度慢，不易掌握，對(duì)飛行

員操作水平要求高；控制精準(zhǔn)度低；在高原性能不足；震動(dòng)

大。市場價(jià)一般在20萬元以上。

油電混合型植保無人機(jī)動(dòng)力來自發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，將前兩

者結(jié)合互相彌補(bǔ)不足，具有很好的發(fā)展前景，但仍存在一些

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技術(shù)上問題需要解決，如需要對(duì)飛控算法有著較高的掌控，

因?yàn)橛蜋C(jī)會(huì)因輸出功力變化而帶來延遲，需要電機(jī)來提供補(bǔ)

充動(dòng)力；油機(jī)動(dòng)力和電機(jī)動(dòng)力的配比問題，油動(dòng)力大了姿態(tài)

不平穩(wěn)，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速下升力衰減快，不成線性，而電動(dòng)

力大了就失去航時(shí)優(yōu)勢。

2.按機(jī)型結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)機(jī)型結(jié)構(gòu)可分為固定翼植保無人機(jī)、單旋翼植保無

人機(jī)和多旋翼植保無人機(jī)。

固定翼植保無人機(jī)載量大、飛行速度快、作業(yè)效率高，

作業(yè)時(shí)采用超低空飛行，具備簡易、安全的起降系統(tǒng)，可按

照多種模式自動(dòng)執(zhí)行飛行植保的任務(wù)。不過對(duì)作業(yè)區(qū)域地形

條件要求較高，需要有較為寬敞的無障礙地用于起降，會(huì)受

作業(yè)區(qū)域或周圍障礙物如電線、電桿、樹木等影響，引起飛

行安全問題，并且無法實(shí)現(xiàn)懸停。

單旋翼植保無人機(jī)是無人機(jī)初入農(nóng)業(yè)植保市場的嘗試

選擇，其風(fēng)場穩(wěn)定，霧化效果好，向下風(fēng)場大，穿透力強(qiáng)，

可以把藥打到作物根莖部，抗風(fēng)能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是造價(jià)高，飛

行操作員培訓(xùn)難，并且一旦發(fā)生炸機(jī)事故，單旋翼無人機(jī)造

成的損害可能更大。

多旋翼植保無人機(jī)采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)中心帶動(dòng)

旋翼產(chǎn)生風(fēng)力進(jìn)行飛行作業(yè)，價(jià)格適中，操作方便，對(duì)操作

人員培訓(xùn)快。但抗風(fēng)性弱，下旋風(fēng)場更弱，造成風(fēng)場散亂，

風(fēng)場覆蓋范圍小，若加大噴灑面積把桿加長，會(huì)導(dǎo)致飛行不

穩(wěn)，作業(yè)難度加大，增加摔機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，作業(yè)覆蓋半徑一般在300m

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之內(nèi)，單次作業(yè)時(shí)間在30min之內(nèi)，比較適合于田間小地塊。

目前農(nóng)戶使用大多為多旋翼電動(dòng)植保無人機(jī)，未來的趨勢及

選擇要看無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，需要更多探索與實(shí)踐。

（三）植保無人機(jī)作業(yè)現(xiàn)狀

1.適應(yīng)面廣

植保無人機(jī)具有攜帶方便，使用優(yōu)勢突出，既能適應(yīng)不

同地形又可滿足不同作物，而且不受作物種植模式的影響；

植保無人機(jī)升降簡單，不要求有專用跑道，過去地面大型植

保機(jī)械較為棘手的水田、山地、坡地、不平整田地等，大都

可以用植保無人機(jī)進(jìn)行飛防作業(yè)。針對(duì)一些作物的不同生長

階段，無人機(jī)飛防作業(yè)也有很大優(yōu)勢。以甘蔗施藥為例，在

生長前期利用拖拉機(jī)作業(yè)，會(huì)損傷部分甘蔗苗；在甘蔗生長

后期施藥更為困難，拖拉機(jī)根本無法作業(yè)，而人工很難噴到

甘蔗頂部且對(duì)人身健康存在巨大安全隱患，使用無人機(jī)噴灑

則可以輕松解決這些問題。

2.節(jié)水節(jié)藥，節(jié)能環(huán)保

植保無人機(jī)為低空霧化噴灑，保證均勻噴施整個(gè)植株。

常規(guī)每公頃農(nóng)藥用量450～600kg，而植保無人機(jī)飛防作業(yè)每

畝地噴施專用農(nóng)藥15L左右即可達(dá)到防治效果，節(jié)省水資源，

減少農(nóng)藥使用量，大幅度減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的影響。

3.效率高

植保無人機(jī)噴灑效率約為人工噴灑效率的100倍，可在

一定程度上解決當(dāng)今勞動(dòng)力缺乏、勞動(dòng)力成本高等問題。此

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外植保無人機(jī)飛防作業(yè)大多使用飛防專用藥劑，作物吸收率

比傳統(tǒng)農(nóng)藥高得多，無人機(jī)飛行時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)力甚至可以將一

些細(xì)長葉片翻轉(zhuǎn)，使作物受藥均勻。

4.安全性高

植保飛防作業(yè)為遠(yuǎn)程遙控操作，人距離農(nóng)藥相對(duì)較遠(yuǎn)，

減少了有毒農(nóng)藥對(duì)人體的傷害，還可以夜間作業(yè)，安全生產(chǎn)

工作得到更大保障。

（四）植保無人機(jī)應(yīng)用存在問題

1.續(xù)航能力不足

目前我國使用大多為電動(dòng)植保無人機(jī)，配備電池平均續(xù)

航能力為8～15分鐘左右，電池充300～400次左右就要報(bào)

廢，成本較高。

2.載重不足

植保無人機(jī)載重一般為10～20kg，大面積作業(yè)需要不停

地更換藥箱，直接影響到作業(yè)效率，從而影響到成本。

3.飛防專用藥劑缺失

無人機(jī)的飛防效果很大程度上與使用的藥劑有關(guān)，目前

植保作業(yè)大多憑經(jīng)驗(yàn)或參考地面噴霧確定劑量與配置方法，

往往因?yàn)橛昧?、配置不科學(xué)或缺乏助劑而影響作業(yè)質(zhì)量，導(dǎo)

致藥劑利用率低、噴灑效果差甚至產(chǎn)生藥害。因此飛防專用

藥劑、專用助劑是植保無人機(jī)發(fā)展普及的瓶頸，專用藥劑和

助劑的研發(fā)是未來發(fā)展的另一重心。

4.定位不精確

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進(jìn)行飛防作業(yè)首先要熟悉田地的面積、形狀、有無障礙

物等信息，目前的了解方法主要有兩種：第一種方法是通過

公開發(fā)布的百度地圖、谷歌地圖等地圖數(shù)據(jù)，獲取目標(biāo)區(qū)域

的位置信息，這種方法的不足之處是通常會(huì)有幾十米的誤

差，精準(zhǔn)度不高，而且缺少障礙物信息；第二種方法是人工

攜帶高精度差分GPS到植保農(nóng)田現(xiàn)場進(jìn)行測量，獲得高精度

的位置信息和障礙物信息，這種方法的缺陷是在作業(yè)前需大

面積測繪，作業(yè)效率低且成本高。無人機(jī)定位不準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致重

噴、漏噴、誤噴等現(xiàn)象，精準(zhǔn)作業(yè)是植保無人機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵

問題。

（五）防治效果影響

1.藥劑及助劑的選擇

農(nóng)藥的成分、作用、產(chǎn)品質(zhì)量等直接影響防治效果。此

外，普通農(nóng)藥制劑一般含有增稠劑等，直接將多種藥劑互配

容易出現(xiàn)沉淀、結(jié)晶、絮凝等現(xiàn)象，導(dǎo)致噴頭堵塞，且配藥

花費(fèi)時(shí)間長，嚴(yán)重影響作業(yè)效率和效果。使用無人機(jī)飛防專

用藥劑黏度小、流動(dòng)性好，多種制劑產(chǎn)品桶混僅有微量沉淀

出現(xiàn)，作業(yè)效率高。同時(shí)也要注意使用合適的施藥濃度和施

藥量。

除飛防專用藥劑的選取外，飛防專用助劑的添加也會(huì)影

響防治效果。飛防助劑可以提高無人機(jī)施藥效果，如提高噴

頭霧化效果、增加霧滴沉降速率、增強(qiáng)抗漂移能力等，降低

農(nóng)藥使用量。常見的助劑種類有抗漂移劑、擴(kuò)散劑、濕潤劑、

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蒸發(fā)抑制劑、吸收劑、安全劑等。

2.飛行參數(shù)設(shè)置

植保無人機(jī)飛行參數(shù)并不是隨意設(shè)置，其中高度、速度

等要素都直接影響飛防的實(shí)際效果與效率。無人機(jī)飛行過低

不僅噴灑范圍小，影響作業(yè)效率，而且容易與作物接觸發(fā)生

事故，產(chǎn)生的風(fēng)力使作物發(fā)生倒伏；飛得越高，藥物越容易

飄離和蒸發(fā)，落在作物上的藥劑就越少，建議飛機(jī)飛行高度

1～25m。飛行速度原則上在保證安全和噴灑效果的前提下飛

行速度越快，效率就越高，但是在實(shí)際作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)身

重量加上電池和藥劑總重量大，慣性也大，如果飛行過快，

很難按照自己的想法控制飛機(jī)的飛行姿態(tài)，出現(xiàn)掉高、停止

困難等現(xiàn)象，加大了飛機(jī)事故率（也有可能是飛控種類不同，

停止方式不同），一般保證效率效果的話，建議把速度設(shè)定

為4～6m/s即可。

3.氣候環(huán)境的影響

（1）風(fēng)力

如果風(fēng)力較大會(huì)使無人機(jī)飛行不穩(wěn)，存在安全隱患，同

時(shí)引起藥物飄移，因此建議在有風(fēng)的情況下，根據(jù)風(fēng)力大小

來確定能否使用無人機(jī)以及無人機(jī)可以飛行的高度。

（2）溫度

溫度高時(shí)一方面可能使藥物空中蒸發(fā)或者藥物有效成

分分解變質(zhì)，另一方面植物可能自身氣孔關(guān)閉，影響藥物吸

收。同時(shí)由于無人機(jī)電池對(duì)溫度敏感，溫度過高或過低都會(huì)

影響電池性能，無人機(jī)的作業(yè)溫度一般在20～30℃范圍內(nèi)最

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佳。

（3）濕度

由于無人機(jī)施藥濃度高，水量少，濕度影響相對(duì)大一些。

目前無人機(jī)主要使用農(nóng)藥為水基化劑型，如果濕度降低，藥

液就會(huì)有所流失，降低藥效；而對(duì)粉劑式農(nóng)藥，濕度低反而

能增加對(duì)作物的附著性，從而提高藥效及利用率。在作業(yè)時(shí)

可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整藥劑的種類和水量。

（4）氣象

無人機(jī)的飛行通常受天氣的限制。無人機(jī)有些零部件不

防水，在雨天、霧天等建議禁飛，還有雷電、霧霾、下雪天

等均不適合無人機(jī)作業(yè)。

4.霧滴大小

霧滴大小是無人機(jī)飛防作業(yè)中相對(duì)容易控制的重要參

數(shù)，也是直接影響到植保無人機(jī)防治效果的關(guān)鍵因素之一。

合理地控制霧滴粒徑大小，是用最少的藥量取得最好的防治

效果，并減少環(huán)境污染的關(guān)鍵所在。在農(nóng)藥噴施過程中，粒

徑大的霧滴易沉降，不易隨風(fēng)漂移或蒸發(fā)散失，但分布不均

勻、附著能力差，容易因彈跳和滾落而造成藥液流失，大大

降低了農(nóng)藥的防治效果，也污染了水土環(huán)境。霧滴粒徑小對(duì)

于其在作物葉片表面的覆蓋密度和覆蓋均勻度遠(yuǎn)優(yōu)于大霧

滴，藥劑附著力好，作物容易吸收，利用率高，但受氣流、

風(fēng)力、溫度等影響較大，易發(fā)生漂移和蒸發(fā)，要根據(jù)作物和

病蟲害進(jìn)行選擇。

5.作物和病蟲害情況

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作物的種類、生長階段、高矮、密度，以及病蟲害的種

類、生活習(xí)性、嚴(yán)重程度等，都對(duì)防治效果有影響。目前無

人機(jī)更適合甘蔗、小麥、水稻、甜菜、玉米等大面積種植的

作物，而不太適合果樹等相對(duì)立體且生長密集的作物，這就

需要根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)畝用量、作業(yè)參數(shù)和用藥，也需要更

專業(yè)的植保知識(shí)。

（六）植保無人機(jī)的發(fā)展前景

1.植保無人機(jī)飛防符合國家農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃

當(dāng)前，我國的農(nóng)藥用量大，但農(nóng)藥利用率相對(duì)于發(fā)達(dá)國

家來說還很低，大部分農(nóng)藥流失在土壤或水環(huán)境中，導(dǎo)致農(nóng)

田環(huán)境污染日趨惡化，而國家提出了實(shí)現(xiàn)化肥農(nóng)藥零增加目

標(biāo)，因此無人機(jī)精準(zhǔn)噴施技術(shù)正符合我國發(fā)展農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)

劃。

國家出臺(tái)了一系列政策大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，利用植保

無人機(jī)進(jìn)行飛防作業(yè)已成為一種新型農(nóng)業(yè)技術(shù)，這幾年無人

機(jī)數(shù)量及使用人數(shù)飛速上升，得到了很多地方政府的支持。

從2017年開始，許多地方政府積極響應(yīng)國家政策，通過政

府與無人機(jī)飛防公司或組織合作，由具備大面積作業(yè)能力的

植保無人

機(jī)飛防服務(wù)組織來對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行植保作業(yè)，其效果還是

非常令人滿意的。

2.我國農(nóng)田地形地貌及國情必然選擇植保無人機(jī)

我國的植保無人機(jī)產(chǎn)業(yè)正起步發(fā)展，且發(fā)展迅速，展示

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出良好的前景。我國土地類型多樣，像丘陵、山地、水田、

坡地等特殊農(nóng)田使用常規(guī)噴藥方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率不高，而

且農(nóng)村人口人均擁有土地少，土地相對(duì)分散，農(nóng)村存在人口

老齡化問題，青年勞動(dòng)力逐漸減少，在農(nóng)業(yè)日益機(jī)械化的時(shí)

代，農(nóng)業(yè)集約化程度提高，無人機(jī)飛防的使用更加符合我國

當(dāng)下國情，因而具有不可估量的推廣前景。

二、無人機(jī)植?，F(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)是立國之本，強(qiáng)國之基，是國家得以正常維持發(fā)展

的根本保證。國家每年的中央一號(hào)文件都是以農(nóng)業(yè)為主題，

充分體現(xiàn)了國家對(duì)農(nóng)業(yè)的重視程度。然而我國生態(tài)條件復(fù)

雜，農(nóng)業(yè)耕作制度多樣，農(nóng)業(yè)有害生物多發(fā)、頻發(fā)、重發(fā)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示栓國農(nóng)作物有害生物超過1700種，包

括蟲害830種以上、病害720種以上、雜草60種以上、鼠

害20種以上，其中可造成嚴(yán)重危害的超過100種。在病蟲

害多發(fā)頻發(fā)的嚴(yán)峻形勢下，我國糧食生產(chǎn)連續(xù)11年保持增

長，化學(xué)農(nóng)藥作為病蟲草害的主要防治手段，為糧食產(chǎn)量作

出了巨大的貢獻(xiàn)。

我國農(nóng)藥、化肥有效利用率較低，僅占世界7%的耕地上

使用了全球35%的農(nóng)藥和化肥，農(nóng)藥化肥使用頻繁對(duì)環(huán)境以

及生態(tài)造成了較大的威脅，這一問題引起了國家的高度重

視。保證糧食安全是中國的基本國策，同時(shí)農(nóng)業(yè)要繼續(xù)實(shí)現(xiàn)

增產(chǎn)增收的發(fā)展目標(biāo)，保證十三億多人口的吃飯問題，當(dāng)務(wù)

之急是盡快從主要追求產(chǎn)量和依賴資源消耗的粗放經(jīng)營轉(zhuǎn)

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變到數(shù)量質(zhì)量效益并重、注重提高競爭力、注重農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)

新、注重可持續(xù)的集約發(fā)展上來。

隨著土地流轉(zhuǎn)以及農(nóng)村生產(chǎn)力的發(fā)展，植保機(jī)械迅速變

化的同時(shí)，植保作業(yè)方式以及參與人員也發(fā)生了較大的變

化，專業(yè)化服務(wù)者以及服務(wù)組織成為了植保服務(wù)的主要參與

者，這也對(duì)植保工作提出了新的要求。占植保機(jī)械市場的

935%的5800萬臺(tái)的傳統(tǒng)手動(dòng)噴霧器已經(jīng)不能滿足植保作業(yè)

的需求，新興的農(nóng)用植保無人機(jī)所具有作業(yè)飛行速度快、噴

灑作業(yè)效率高、應(yīng)對(duì)突發(fā)災(zāi)害能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為新型植保機(jī)

械的熱點(diǎn)以及突破口。

（一）農(nóng)業(yè)飛防作業(yè)概述

農(nóng)業(yè)航空是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，也是反映農(nóng)業(yè)現(xiàn)

代化水平的重要標(biāo)志之一。農(nóng)用航空植保是基于航空技術(shù)平

臺(tái)與植保農(nóng)藥技術(shù)結(jié)合而成的一種新型植保作業(yè)，屬于機(jī)械

化、自動(dòng)化植保技術(shù)，結(jié)合了航空技術(shù)能快速高效完成大面

積、大范圍防治覆蓋的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的機(jī)械化植保不同，農(nóng)

用航空植保借用航空設(shè)備為平臺(tái)，擺脫了傳統(tǒng)人工設(shè)備的束

縛。

農(nóng)用無人機(jī)航空施藥具有作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效

率高、應(yīng)對(duì)突發(fā)災(zāi)害能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，如下圖為植保無人機(jī)作

業(yè)現(xiàn)場，它克服了農(nóng)業(yè)機(jī)械或人工無法進(jìn)地作業(yè)的難題其發(fā)

展前景受到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的高度重視。

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目前市場上電動(dòng)、油動(dòng)、多旋翼、單旋翼植保無人機(jī)并

存，相對(duì)而言，電動(dòng)多旋翼植保無人機(jī)使用較多，載藥量在

5～30L，大多數(shù)價(jià)格在5～20萬元之間，而購機(jī)者多為種植

合作社或農(nóng)機(jī)服務(wù)組織，購機(jī)量多的省份均有相應(yīng)的省、市、

縣級(jí)財(cái)政補(bǔ)貼。2015年全國農(nóng)用植保無人機(jī)作業(yè)面積約為

1000萬畝，日作業(yè)面積為100～1000畝，作業(yè)費(fèi)用在10～

20元/畝之間，成本在2～10元/畝之間，農(nóng)戶對(duì)無人機(jī)作業(yè)

效果評(píng)價(jià)良好率占6359%。

截止到2019年10月份，植保無人機(jī)保有量55萬余部，

作業(yè)面積45億余畝次。短短4年時(shí)間，植保無人機(jī)作業(yè)面

積增長了近45倍。農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)規(guī)模作業(yè)能達(dá)到每小時(shí)

80～100畝，其作業(yè)效率要比常規(guī)噴灑作業(yè)高出近百倍。植

保無人機(jī)自動(dòng)飛控導(dǎo)航作業(yè)，可以最大限度地減少作業(yè)人員

接觸農(nóng)藥的時(shí)間，從而保證了工作人員的安全。使用飛控導(dǎo)

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航自主作業(yè)只需在噴灑作業(yè)前，將農(nóng)田里農(nóng)作物的基本信息

采集到，并把航線規(guī)劃輸入到地面站，無人機(jī)便可進(jìn)行全自

主作業(yè)，在田間地頭起飛對(duì)農(nóng)作物實(shí)施作業(yè)，作業(yè)完成之后

自動(dòng)飛回到起飛點(diǎn)。而在飛機(jī)噴灑作業(yè)的同時(shí)，還可以通過

地面站的顯示界面實(shí)時(shí)觀察噴灑作業(yè)的進(jìn)展情況。

（二）國外農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀

從世界范圍來看，農(nóng)業(yè)航空較發(fā)達(dá)的國家主要有美國、

俄羅斯、澳大利亞、日本等國家已經(jīng)有了幾十年的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)

業(yè)成熟度較高。農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)是用于農(nóng)林植物保護(hù)作業(yè)的

無人駕駛飛機(jī)，常見的多旋翼農(nóng)用植保機(jī)在田頭地埂就能升

起降落從幾米低空飛行可在視距范圍內(nèi)控制飛行。非常適用

于各類復(fù)雜地形農(nóng)田和不同種類高矮的農(nóng)植物與樹林，相鄰

農(nóng)田種植不同農(nóng)作物情況下也可精準(zhǔn)的噴灑。配備先進(jìn)的導(dǎo)

航系統(tǒng)可以通過地面基站或者筆記本電腦規(guī)劃飛行路線實(shí)

現(xiàn)飛機(jī)自主噴灑農(nóng)藥。

農(nóng)業(yè)航空技術(shù)是國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，在農(nóng)業(yè)

生產(chǎn)中的應(yīng)用比重不斷加大。根據(jù)農(nóng)田飛行作業(yè)環(huán)境的適宜

程度，國外農(nóng)業(yè)航空大致分為有人駕駛和無人駕駛兩種作業(yè)

模式。在美國、俄羅斯等戶均耕地面積較大的國家，普遍采

用有人駕駛固定翼飛機(jī)作業(yè)，而在鄰近的日本和韓國等戶均

耕地面積較小的國家，微小型無人機(jī)用于航空植保作業(yè)的形

式正越來越被廣大農(nóng)戶采納。我國航空植保作業(yè)年處理耕地

面積比例遠(yuǎn)低于世界平均水平，中國作為農(nóng)業(yè)大國目前農(nóng)藥

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產(chǎn)量及使用量居世界第一，而在植物保護(hù)上面存在植保機(jī)械

落后、機(jī)具單一、防治作業(yè)效率低等問題。目前我國農(nóng)用航

空作業(yè)的水平顯著低于發(fā)達(dá)國家和世界平均水平17%，僅為

2%，而美國和日本均超過50%。

（三）國內(nèi)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展?fàn)顩r

中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，發(fā)展高效、安全的現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)

是中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重要目標(biāo)。作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組

成部分和反映農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一，農(nóng)業(yè)航空在

中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有重大需求。

在當(dāng)前國內(nèi)糧食作物生產(chǎn)過程中，植保仍以手工、半機(jī)

械化操作為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國目前使用的植保機(jī)械以手動(dòng)和

小型機(jī)（電）動(dòng)噴霧機(jī)為主，其中手動(dòng)施藥藥械、背負(fù)式機(jī)

動(dòng)藥械分別占國內(nèi)植保機(jī)械保有量的9307%和553%，拖拉機(jī)

懸掛式植保機(jī)械約占057%，植保作業(yè)投入的勞力多、勞動(dòng)強(qiáng)

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度大，施藥人員中毒事件時(shí)有發(fā)生，中國每年因防治不及時(shí)，

病蟲害造成的糧食作物產(chǎn)量損失達(dá)10%以上。

同時(shí)國內(nèi)農(nóng)藥用量越來越大，作業(yè)成本高，而且浪費(fèi)嚴(yán)

重，資源有效利用率低，作物產(chǎn)量和質(zhì)量難以得到保障。同

時(shí)帶來了嚴(yán)重的水和土資源污染、生態(tài)系統(tǒng)失衡、農(nóng)產(chǎn)品品

質(zhì)下降等諸多問題，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，提高了對(duì)農(nóng)村勞動(dòng)力

的吸收接納能力，也導(dǎo)致了農(nóng)村勞動(dòng)力向城鎮(zhèn)的大量轉(zhuǎn)移和

農(nóng)村季節(jié)性勞動(dòng)力短缺以及用工成本的大幅上升。同時(shí)，農(nóng)

村土地流轉(zhuǎn)正在加速推進(jìn)，家庭農(nóng)場、新型農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)主體和

種植大戶快速發(fā)展對(duì)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來深刻影響。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

逐漸外包給專業(yè)化服務(wù)組織。為農(nóng)民提供規(guī)范化和規(guī)模化的

病蟲害防控的專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治組織得到快速發(fā)展。

隨著我國專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治工作的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)小型背

負(fù)式噴霧器械已經(jīng)不能滿足快速發(fā)展的專業(yè)化防治需求，作

業(yè)效率高、適用范圍廣，節(jié)水、節(jié)藥環(huán)保型，用工少的大中

型植保機(jī)械和農(nóng)業(yè)航空植保得到了快速發(fā)展。

應(yīng)用農(nóng)業(yè)航空植保技術(shù)對(duì)提高中國農(nóng)作物病蟲害防治

機(jī)械化水平，實(shí)行統(tǒng)防統(tǒng)治的專業(yè)化服務(wù)，提高農(nóng)業(yè)資源的

利用率，增強(qiáng)突發(fā)性大面積病蟲害防控能力，緩解農(nóng)村勞動(dòng)

力短缺，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，保障國家糧食安全、生態(tài)安

全，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

（四）農(nóng)業(yè)植保機(jī)械化現(xiàn)狀

1.農(nóng)業(yè)航空植保的特點(diǎn)及發(fā)展優(yōu)勢

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農(nóng)用飛機(jī)航空作業(yè)速度快、突擊能力強(qiáng)、防控效果好、

飛機(jī)飛行產(chǎn)生的下壓氣流吹動(dòng)葉片，能使葉片正反面均能著

藥，防治效果相比人工與機(jī)械提高15%～35%，應(yīng)對(duì)突發(fā)、爆

發(fā)性病蟲害的防控效果好；不受作物長勢的限制，可解決作

物生長中后期地面機(jī)械難以下田作業(yè)的問題。

采用輕型無人機(jī)實(shí)現(xiàn)水稻、玉米、甘蔗等高稈作物地面

機(jī)具無法進(jìn)地進(jìn)行低空航空噴霧作業(yè)，提高機(jī)械化作業(yè)水

平，人機(jī)分離作業(yè)，減少操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，避免農(nóng)藥中毒等

惡性事件的發(fā)生；使用高效航空植保機(jī)械和施藥技術(shù)是提高

農(nóng)藥有效利用率的有效手段，農(nóng)業(yè)植保機(jī)能夠控制細(xì)小霧滴

飄移，提高靶標(biāo)作物上藥液沉積和減少農(nóng)藥流失，根據(jù)病蟲

害情況通過航空作業(yè)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、減量施藥。

2.我國農(nóng)業(yè)航空發(fā)展前景

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加快，農(nóng)業(yè)新型經(jīng)營主體快速

發(fā)展，農(nóng)村勞動(dòng)力短缺和人工成本急速增加，同時(shí)專業(yè)化統(tǒng)

防統(tǒng)治工作快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)植保對(duì)作業(yè)效率高、適用范圍廣、

節(jié)水、節(jié)藥環(huán)保型、用工少的大中型植保機(jī)械和農(nóng)業(yè)航空植

保機(jī)械的需求越來越迫切。農(nóng)業(yè)航空植保也將成為我國農(nóng)業(yè)

植保專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治的重要發(fā)展方向和保障國家糧食安全

的重大措施，成為我國農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。在這種旺盛

需求的刺激下，預(yù)計(jì)農(nóng)業(yè)航空植保，特別是無人施藥機(jī)低空

噴霧具有廣闊的前景。

三、制約農(nóng)業(yè)航空植保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題

中國農(nóng)業(yè)航空的應(yīng)用水平和國外相比差距較大，一方面

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是中國的農(nóng)用飛機(jī)數(shù)量少（僅占世界農(nóng)用飛機(jī)總數(shù)的013%左

右），農(nóng)業(yè)航空年處理耕地面積?。s占總耕地面積的

170%）；另一方面包括現(xiàn)有農(nóng)業(yè)航空政策法規(guī)體系不完善、

配套核心科學(xué)技術(shù)研究不足、專業(yè)隊(duì)伍人才匱乏、社會(huì)化服

務(wù)體系不健全、與農(nóng)業(yè)航空相適應(yīng)的農(nóng)田作業(yè)環(huán)境基礎(chǔ)建設(shè)

被忽略、制度上缺少支持農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的公益性安排等，影

響了農(nóng)業(yè)航空產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，制約了中國農(nóng)業(yè)航空植保產(chǎn)

業(yè)的發(fā)展。

（一）農(nóng)業(yè)航空政策法規(guī)體系不完善

中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會(huì)發(fā)布了由協(xié)會(huì)組織制定的包括《植

保無人飛機(jī)作業(yè)質(zhì)量》在內(nèi)的9項(xiàng)農(nóng)用航空行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，

從施液量偏差、霧滴沉積密度、霧滴分布均勻性三個(gè)維度，

明確了作業(yè)質(zhì)量的具體要求，有效促進(jìn)飛防效果評(píng)估工作的

標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。是我國植保無人機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的首份作業(yè)質(zhì)量

評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。此次發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)由協(xié)會(huì)組織行業(yè)內(nèi)的優(yōu)勢企業(yè)協(xié)

同制訂，涉及的具體規(guī)范和技術(shù)指標(biāo)代表著行業(yè)較高水平。

缺乏完善、規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)規(guī)程；農(nóng)業(yè)航空飛行

作業(yè)申報(bào)審批手續(xù)復(fù)雜，不但提高了農(nóng)業(yè)航空作業(yè)成本，還

延誤了最佳作業(yè)時(shí)機(jī)，甚至導(dǎo)致作業(yè)失敗；至今尚未專門出

臺(tái)旨在推動(dòng)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)航空產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的國家政策，對(duì)農(nóng)

用飛機(jī)的采購機(jī)場的使用、農(nóng)用飛機(jī)燃油補(bǔ)貼等沒有相應(yīng)的

扶持政策。在國家層面、行業(yè)內(nèi)以及行業(yè)間缺少支持農(nóng)業(yè)航

空的整體發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。

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（二）農(nóng)業(yè)航空配套核心科技研究不足，使用成本高

我國農(nóng)用航空飛機(jī)數(shù)明顯偏少，農(nóng)用航空植保在全國植

保中所占的比例小，制約了我國航空植保技術(shù)的發(fā)展。目前

農(nóng)業(yè)航空飛機(jī)機(jī)型雜亂，現(xiàn)有固定翼M-18.AT-402B、

Thrush510G、Y-5.Y-11.海燕650、GA-200等直升機(jī)貝爾407.

羅賓遜R66等多類機(jī)型，并且部分機(jī)型已停產(chǎn)進(jìn)入了淘汰階

段，但目前仍是中國農(nóng)業(yè)航空的主力機(jī)型，屬于超期服役。

同時(shí)飛行服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施和保障體系建設(shè)滯后，農(nóng)用航空飛機(jī)

的運(yùn)營、維修保養(yǎng)等成本較高且，人才缺乏，也制約我國農(nóng)

用航空飛機(jī)的發(fā)展。

農(nóng)用飛機(jī)制造及配套噴施技術(shù)等基礎(chǔ)研究、核心技術(shù)研

發(fā)滯后，機(jī)型偏少，更新能力和產(chǎn)能不足，無法形成規(guī)模效

益，導(dǎo)致價(jià)格、維護(hù)成本偏高，從而導(dǎo)致需求減少，反過來

影響到生產(chǎn)規(guī)模，由此形成惡性循環(huán)。

（三）農(nóng)業(yè)航空社會(huì)化服務(wù)體系不健全

由于農(nóng)業(yè)航空在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用沒有得到充分

凸顯，中國與農(nóng)業(yè)航空產(chǎn)業(yè)相配套的多種形式的社會(huì)化服務(wù)

組織，包括租賃、中介、培訓(xùn)、機(jī)修以及推廣、融資保險(xiǎn)等

專業(yè)公司尚未形成規(guī)模，單個(gè)企業(yè)對(duì)，上述服務(wù)的成本支出

的承受力不夠，因此也缺少大面積推廣的力度。此外，中國

缺乏能夠適合于農(nóng)業(yè)航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)場保障基地，也限制

了農(nóng)業(yè)航空事業(yè)的發(fā)展。

20

對(duì)農(nóng)業(yè)航空認(rèn)識(shí)不足，與農(nóng)業(yè)航空相適應(yīng)的農(nóng)田作業(yè)環(huán)

境基礎(chǔ)建設(shè)被忽略，在制度上缺少對(duì)農(nóng)業(yè)航空的公益性安

排。長期以來通常認(rèn)為農(nóng)業(yè)航空作業(yè)技術(shù)性強(qiáng)、價(jià)格高，農(nóng)

業(yè)生產(chǎn)中不起飛機(jī)。對(duì)農(nóng)業(yè)航空作業(yè)的整體高效益和低成本

認(rèn)識(shí)不足，造成農(nóng)業(yè)航空的市場需求落后，許多人仍處于旁

觀狀態(tài)。此外，分散經(jīng)營的生產(chǎn)模式，造成地塊小而分散，

與農(nóng)業(yè)航空規(guī)?；鳂I(yè)的模式不相符合。而且，各地在進(jìn)行

農(nóng)田規(guī)劃時(shí)，缺少大規(guī)模的集約化經(jīng)營安排，防風(fēng)林、電力

電信布線等末將農(nóng)業(yè)航空作業(yè)納入考慮，對(duì)農(nóng)用飛機(jī)的作業(yè)

安全也造成了極大的威脅。

（四）航空植保設(shè)計(jì)的低容量噴霧技術(shù)理論和配套藥劑

研究準(zhǔn)備不充分

與地面噴桿噴霧機(jī)大容量噴霧不同，航空植保施藥液量

應(yīng)該控制在45～75L/公頃，屬于低容量噴霧和超低容量噴

霧。此時(shí)，農(nóng)藥霧滴粒徑就需要采用細(xì)小霧滴，而細(xì)小霧滴

在螺旋槳下，尚需研究霧滴大小及數(shù)量的監(jiān)測手段和測量標(biāo)

準(zhǔn)。另外航空植保中的噴霧裝備系統(tǒng)也需要研究開發(fā)。在航

空植保中，因其施藥液量少，農(nóng)藥霧滴在農(nóng)作物冠，層沉積

分布規(guī)律、農(nóng)藥霧滴最佳密度等眾多科學(xué)理論問題需要研

究。

航空植保的農(nóng)藥制劑及其配制與地面大容量噴霧完全

不同。因航空噴霧的農(nóng)藥藥液濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面噴霧，這

樣增加了藥液對(duì)農(nóng)作物藥害的風(fēng)險(xiǎn)，因此，航空噴霧農(nóng)藥制

21

劑配制需要優(yōu)化。另外，航空噴霧的農(nóng)藥制劑需要嚴(yán)格控制

細(xì)小霧滴產(chǎn)生的數(shù)量，防止霧滴飄移的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)階段，

我國各地航空噴霧時(shí)多是采用地面噴桿噴霧機(jī)所采用的農(nóng)

藥制劑，需要優(yōu)化并提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（五）航空植保對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響缺少跟蹤監(jiān)測

航空植保中細(xì)小霧滴移進(jìn)入環(huán)境后的負(fù)面影響未開展

相關(guān)的跟蹤研究，為保證航空植保的健康發(fā)展，需要研究監(jiān)

測航空噴霧后對(duì)鄰近作物、蜜蜂、畜舍、水源等的影響，為

航空植保提供技術(shù)參考。

四、農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)概念與分類

（一）農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)概念

農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)是無人機(jī)家族中一個(gè)重要的分支，即專

門應(yīng)用于農(nóng)林植物保護(hù)作業(yè)的無人駕駛飛機(jī)，由飛行平臺(tái)與

噴灑系統(tǒng)組成，通過地面人員遙控或飛控自主作業(yè)來實(shí)現(xiàn)植

保作業(yè)，它可以進(jìn)行農(nóng)藥噴霧作業(yè)、葉面肥噴霧作業(yè)、促進(jìn)

授粉作業(yè)等，具有效率高、環(huán)保、作業(yè)效果顯著、智能化等

特點(diǎn)。

植保無人機(jī)一般由機(jī)身（架）、飛行控制系統(tǒng)、動(dòng)力系

統(tǒng)、通訊鏈路和噴灑等系統(tǒng)組成。飛機(jī)通過地面遙控或地面

站導(dǎo)航控制來實(shí)現(xiàn)相關(guān)作業(yè)。

1.機(jī)身（架）

是整個(gè)系統(tǒng)的骨架。在此支撐組件之上，才能將整個(gè)無

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人機(jī)各個(gè)組件連接、組裝在一起。機(jī)身（架）需要具有一定

的強(qiáng)度和合理的架構(gòu)，保證整個(gè)無人機(jī)的穩(wěn)定性。

2.動(dòng)力系統(tǒng)

由電機(jī)（用于電動(dòng)多旋翼和電動(dòng)直升機(jī)）或發(fā)動(dòng)機(jī)（用

于油動(dòng)多旋翼和油動(dòng)直升機(jī)）、電力系統(tǒng)與其他組件構(gòu)成，

旋翼組件組成比較復(fù)雜，籠統(tǒng)地來說旋翼組件由機(jī)臂座、機(jī)

臂、電機(jī)、螺旋槳4個(gè)部構(gòu)成。

3.控制系統(tǒng)

包括飛控，遙控器，接收機(jī)，電子調(diào)速器（ESC），

GPS，差分模塊等目前比較好的飛控品牌有大疆科技，零度

智控，XX，無距科技等。遙控器國內(nèi)比較流行的是futaba、

天地飛等品牌。

4.噴藥系統(tǒng)

包括高壓噴頭/離心噴頭，藥泵，流量計(jì)等。噴灑系統(tǒng)

是植保無人機(jī)與其他用途無人機(jī)的本質(zhì)區(qū)別，噴灑系統(tǒng)由藥

箱、水泵、軟管、噴頭等組成。用于在無人機(jī)飛行過程中，

將農(nóng)藥從藥箱中吸出并通過噴頭噴出，再利用螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)

生的向下的風(fēng)場實(shí)現(xiàn)穿透性的噴施效果。

植保無人機(jī)的最高飛行速度不宜超過7m/s，超過這個(gè)速

度植保無人機(jī)的風(fēng)場就會(huì)與噴灑的藥液產(chǎn)生脫節(jié)，無法形成

對(duì)藥液的下壓力，從而造成藥液飄逸流失或蒸發(fā)，影響作業(yè)

效果。

（二）農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)分類

1.按照飛行平臺(tái)分類

23

（1）直升機(jī)植保機(jī)

直升機(jī)植保機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼提供升力，發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)也

輸出動(dòng)力至尾部的小螺旋槳，機(jī)載陀螺儀能偵測直升機(jī)回轉(zhuǎn)

角度并反饋至尾槳，通過調(diào)整小螺旋槳的螺距可以抵消大螺

旋槳產(chǎn)生的不同轉(zhuǎn)速下的反作用力，其前進(jìn)、后退、上升、

下降主要是依靠調(diào)整主槳的傾斜角度來實(shí)現(xiàn)，而轉(zhuǎn)向則是通

過調(diào)整尾部的尾槳實(shí)現(xiàn)。

直升機(jī)植保無人機(jī)的優(yōu)勢在于其具有統(tǒng)一而穩(wěn)定的下

壓風(fēng)場，穿透性更強(qiáng)，槳葉產(chǎn)生的下洗氣流能夠使藥液到達(dá)

作物底部的葉背，具有良好的植保效果，能更好地滿足高稈

作物、果樹和較茂密作物的作業(yè)需求。但缺陷主要是結(jié)構(gòu)復(fù)

雜、操作難度大，飛手需要較長的培訓(xùn)周期才能達(dá)到作業(yè)要

求，而且在田間作業(yè)一發(fā)生事故損失較大需要較長的維修周

期和更多的配件投入。

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（2）多旋翼植保機(jī)

多旋翼植保機(jī)是近幾年發(fā)展起來的新型植保機(jī)，具有操

作簡單、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格相對(duì)較低的特點(diǎn)。多旋翼植保機(jī)能

夠垂直起降、自由懸停，還能夠適應(yīng)各種自然環(huán)境，具備自

主飛行和著陸能力等優(yōu)點(diǎn)，可以在一些不適合人類進(jìn)入的復(fù)

雜和危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，在農(nóng)業(yè)植保方面具有廣泛的應(yīng)

用。其飛行中前進(jìn)、后退、橫移、轉(zhuǎn)向、升高、降低主要是

依靠調(diào)整槳葉的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作，具有簡單易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)。

多旋翼植保無人機(jī)的自動(dòng)化程度領(lǐng)先于其他機(jī)型，相同載荷

的造價(jià)也要比其他機(jī)型低，能滿足大多數(shù)作物作業(yè)要求。

多旋翼植保機(jī)因?yàn)轱w行平臺(tái)特性原因?qū)е缕漭d重量、續(xù)

航參數(shù)等性能參數(shù)相對(duì)較低，而且因?yàn)橛卸鄠€(gè)旋翼，相鄰的

兩個(gè)槳葉旋轉(zhuǎn)方向是相反的，所以存在多個(gè)互相之間干擾的

風(fēng)場，會(huì)造成一定的風(fēng)場紊亂，導(dǎo)致其植保效果稍弱于直升

機(jī)植保機(jī)。

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無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)對(duì)比

對(duì)比直升機(jī)多旋翼無人機(jī)

優(yōu)點(diǎn)1.風(fēng)場穩(wěn)定，霧化效果好，向下1.入門門檻低，更

風(fēng)場大，穿透力強(qiáng)，農(nóng)藥可以打容易操作；

到農(nóng)作物的根莖部位，果樹、高2.造價(jià)相對(duì)便宜

稈作物作業(yè)更具優(yōu)勢；3.能勝任大多數(shù)作

2.抗風(fēng)性更強(qiáng)物的植保工作

缺點(diǎn)1.一旦發(fā)生炸機(jī)事故，無人直升1.抗風(fēng)性弱；下旋

機(jī)造成的損失可能更大；風(fēng)場更弱

2.價(jià)格更高2.造成風(fēng)場散亂，

風(fēng)場覆蓋范圍小

2.按發(fā)動(dòng)機(jī)類型分類

按照發(fā)動(dòng)機(jī)類型可以分為油動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)，直升機(jī)

農(nóng)業(yè)植保機(jī)目前在市場上電動(dòng)產(chǎn)品和油動(dòng)產(chǎn)品均有分布，在

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中國主要是電動(dòng)為主；多旋翼農(nóng)業(yè)植保機(jī)目前市場以電動(dòng)為

主，但是也出現(xiàn)過一些油動(dòng)多旋翼無人機(jī)產(chǎn)品。

（1）油動(dòng)直升機(jī)植保機(jī)

直升機(jī)植保機(jī)產(chǎn)品在初級(jí)階段一直是以油動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)為

動(dòng)力，使其具備續(xù)航時(shí)間長、載重較大的優(yōu)點(diǎn)（相對(duì)電動(dòng)多

旋翼）。但是，其使用發(fā)動(dòng)機(jī)多為航模領(lǐng)域發(fā)動(dòng)機(jī)，存在著

調(diào)試?yán)щy、壽命較短的特點(diǎn)，其發(fā)動(dòng)機(jī)壽命往往只有300小

時(shí)左右，而且100個(gè)小時(shí)以內(nèi)需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)，過程

也較為復(fù)雜，大大提高了產(chǎn)品維護(hù)以及植保機(jī)作業(yè)的成本。

由于植保作業(yè)是低速作業(yè)，發(fā)動(dòng)機(jī)依靠風(fēng)冷散熱滿足不了散

熱需求，在高溫高濕季節(jié)作業(yè)風(fēng)冷油動(dòng)植保無人機(jī)有明顯的

不適應(yīng)性，目前油動(dòng)植保無人機(jī)大部分已經(jīng)更換為水冷發(fā)動(dòng)

機(jī)也僅是有所改善而已，沒有本質(zhì)性解決散熱和發(fā)動(dòng)機(jī)壽命

問題。油動(dòng)植保無人機(jī)由于依賴于空氣中的氧氣進(jìn)行工作，

所以對(duì)高海拔的作業(yè)環(huán)境難以勝任，油動(dòng)植保無人機(jī)是目前

所有植保無人機(jī)中操作難度最高的一種機(jī)型。

（2）電動(dòng)直升機(jī)植保機(jī)

電動(dòng)直升機(jī)植保機(jī)是在油動(dòng)直升機(jī)基礎(chǔ)上解決其發(fā)動(dòng)

機(jī)壽命過短、調(diào)試?yán)щy等因素而產(chǎn)生的新型直升機(jī)，采用無

刷電機(jī)與鋰電池作為動(dòng)力，使電機(jī)使用壽命以及效率大大提

高。其構(gòu)造比較簡單，便于維護(hù)保養(yǎng)，機(jī)器整體重量較為輕

便，轉(zhuǎn)場方便，尤其是復(fù)雜地形的作業(yè)。電動(dòng)無人機(jī)具有環(huán)

保、結(jié)構(gòu)簡單易于操作和維護(hù)、無廢氣，無污染，操縱簡單、

售價(jià)低、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)植保無人機(jī)可以適應(yīng)較高

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海拔作業(yè)，目前測試的結(jié)果是在海拔4500米可以正常作業(yè)。

但是其續(xù)航以及載重性能也都稍有下降，需要攜帶大量電

池，重量重、成本較高、載荷小、航時(shí)短等缺點(diǎn)，每一架作

業(yè)無人機(jī)通常需要配備7～10塊（組）電池才能滿足一天工

作需要。另外依然存在培訓(xùn)周期較長、摔機(jī)成本較大、維修

周期較長等問題。在我國目前市場當(dāng)中，直升機(jī)植保機(jī)市場

保有數(shù)量遠(yuǎn)低于多旋翼植保機(jī)市場保有數(shù)量。

油動(dòng)直升機(jī)植保機(jī)與電動(dòng)直升機(jī)植保機(jī)對(duì)比

對(duì)比油動(dòng)植保無人機(jī)電動(dòng)植保無人機(jī)

1.環(huán)保，無廢氣，不造成農(nóng)

1.載荷大，15-120L都可田污染

以2.易于操作和維護(hù)，一般7

2.航時(shí)長，單架次作業(yè)天就可

優(yōu)點(diǎn)

范圍大操作自如

3.燃料易于獲得，采用3.售價(jià)低，一般在3-10萬

汽油混合物做燃料左右，普及化程度高

4.電機(jī)壽命可達(dá)上萬小時(shí)

1.由于燃料是采用汽油1.載荷小，載荷范圍5-20L

和機(jī)油混合，不完全燃2.航時(shí)短、單架次作業(yè)時(shí)間

燒的廢油會(huì)噴灑到農(nóng)作一般4-10

缺點(diǎn)

物_上，造成農(nóng)作物污分鐘，作業(yè)面積10-20畝/

染架次

2.售價(jià)高，大功率植保3.采用鋰電作為動(dòng)力電源，

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無人機(jī)一般售價(jià)在外場作業(yè)需要配置發(fā)電機(jī)

20-100萬為電池充電

3.整體維護(hù)較難，因采

用汽油機(jī)做動(dòng)力，其故

障率高于電機(jī)。

4.發(fā)動(dòng)機(jī)磨損大，壽命

300-500小時(shí)

（3）電動(dòng)多旋翼植保機(jī)

電動(dòng)多旋翼植保機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)在于操作簡單、性能可靠，

以市場主流產(chǎn)品為例，處于工作年齡范圍內(nèi)且身體健康的零

基礎(chǔ)學(xué)員，經(jīng)過短期培訓(xùn)基本掌握該產(chǎn)品的使用，并能夠進(jìn)

行基本作業(yè)操作。多旋翼植保機(jī)購機(jī)成本、摔機(jī)成本、維護(hù)

成本都低于直升機(jī)植保機(jī)，這是近幾年多旋翼植保機(jī)迅速發(fā)

展起來的重要原因。

其載重量與續(xù)航時(shí)間是多旋翼植保機(jī)不足的方面，在鋰

電池性能沒有突破的情況下，多旋屬植保機(jī)需要準(zhǔn)備多塊鋰

電池以進(jìn)行循環(huán)使用，電池更換較頻繁。

3.多旋翼植保機(jī)分類和性能特點(diǎn)

（1）按照旋翼數(shù)量進(jìn)行分類

1）四旋翼植保機(jī)

四旋翼植保機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、飛行效率高，在目前市場上的

多旋翼植保機(jī)很多產(chǎn)品都選擇四旋翼結(jié)構(gòu)。但是，四旋翼結(jié)

構(gòu)植保機(jī)具任何其中一個(gè)電機(jī)發(fā)生停轉(zhuǎn)或螺旋槳斷裂都將

導(dǎo)致植保機(jī)墜毀，所以其安全性較低。

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2）六旋翼植保機(jī)

六旋翼植保機(jī)是在四旋植保機(jī)基礎(chǔ)之上增加旋翼數(shù)量

而形成的設(shè)計(jì)，可在其中一個(gè)機(jī)臂失去動(dòng)力依然保持機(jī)身平

衡與穩(wěn)定，所以其穩(wěn)定性高于四旋翼植保機(jī)。隨著旋翼數(shù)量

增加，在同樣的機(jī)身重量下，單個(gè)旋翼所形成的風(fēng)場面積減

小，這將提高多旋翼植保機(jī)風(fēng)場的復(fù)雜程度。

3）八旋翼植保機(jī)

八旋翼植保機(jī)根據(jù)設(shè)備性能不同，最多可實(shí)現(xiàn)同時(shí)兩個(gè)

機(jī)臂動(dòng)力缺失而依然能夠穩(wěn)定懸停（兩臂不相鄰的前提

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下），更加提升了多旋翼植保機(jī)的穩(wěn)定性，動(dòng)力冗余性的設(shè)

計(jì)是在強(qiáng)調(diào)設(shè)備穩(wěn)定性的前提下而產(chǎn)生，將多旋翼植保機(jī)安

全性又提升到一個(gè)新的臺(tái)階。

（2）按照氣動(dòng)布局進(jìn)行分類

1）X型氣動(dòng)布局多旋翼植保機(jī)

X型氣動(dòng)布局如下圖所示，是在無人機(jī)前進(jìn)方向的等分

角度（左前一右前距機(jī)頭舫向均45°，機(jī)尾相同）放置相反

方向電機(jī)以抵消電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反扭力。

X型結(jié)構(gòu)是目前多旋翼植保機(jī)最常見的布局，大疆創(chuàng)新

的MG-1/1S系列、XX的P-20系列都屬于X型結(jié)構(gòu)。它是兩

個(gè)臂同時(shí)朝前，從外形來看恰好是一個(gè)X的形狀。

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2）十字氣動(dòng)布局多旋翼植保機(jī)

十字多旋翼氣動(dòng)結(jié)構(gòu)是最早出現(xiàn)的一種多旋翼無人機(jī)

氣動(dòng)布局之一。因其氣動(dòng)布局簡單，只需要改變軸向上電機(jī)

的轉(zhuǎn)速，即可改變無人機(jī)姿態(tài)從而實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)飛行。便于簡化

飛控算法的開發(fā)。但由于其構(gòu)造，導(dǎo)致無人機(jī)航拍時(shí)前行會(huì)

導(dǎo)致正前方螺旋槳進(jìn)入畫面造成不便，隨著飛控系統(tǒng)的進(jìn)

化，逐漸被X型多旋翼布局取代。

十字形結(jié)構(gòu)多旋翼植保機(jī)有其在噴頭布置上的優(yōu)勢，可

在其左右對(duì)稱兩個(gè)電機(jī)以及朝前的電機(jī)下面分布布置一個(gè)

噴頭，三個(gè)噴頭在平面空間形成完整的噴霧范圍。十字型多

旋翼植保機(jī)典型代表有羽人科技的植保機(jī)系列、零度智控的

守護(hù)者系列。

3.多旋翼植保機(jī)性能特點(diǎn)

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多旋翼植保機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在農(nóng)作物植保，同時(shí)可利用

無人機(jī)進(jìn)行低空農(nóng)田信息采集，準(zhǔn)確清晰地獲得農(nóng)田信息，

實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。利用多旋翼植保機(jī)進(jìn)行植保作業(yè)具有以下幾

個(gè)特點(diǎn)：

（1）培訓(xùn)周期短

多旋翼無人機(jī)操縱簡單、起降方便、不需要專門的起降

場地是其能夠迅速擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)在原因。在目前興起的智

能多旋翼植保機(jī)甚至已經(jīng)具備自動(dòng)作業(yè)的能力，這使得多旋

翼植保機(jī)操作員培訓(xùn)具有培訓(xùn)周期短、培訓(xùn)成本低、對(duì)人員

素質(zhì)要求不高的特點(diǎn)。

（2）高效作業(yè)

多旋翼植保機(jī)作業(yè)效率是人工作業(yè)速度的50倍以上，

并且由于引入了航線規(guī)劃系統(tǒng)，可以避免重噴漏噴帶來的作

業(yè)效果下降。在目前農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)逐漸加速的前提下耕地將

越來越集中，傳統(tǒng)打藥方式將成為高效農(nóng)業(yè)的阻礙。如果幾

千畝面積的耕地快速發(fā)生大面積蟲害，使用人力噴灑根本無

法快速全部覆蓋，使用農(nóng)業(yè)植保機(jī)可以快速解決大面積農(nóng)作

物病蟲草害。

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植保無人機(jī)集群高效作業(yè)

（3）良好的作業(yè)效果

多旋翼農(nóng)業(yè)植保機(jī)在作業(yè)時(shí)具有強(qiáng)烈的下行氣流，可將

藥霧快速直達(dá)作物。并且下行氣流可對(duì)作物進(jìn)行搖動(dòng)，促進(jìn)

藥霧更好的到達(dá)作物葉子的背面以及根莖部。另外現(xiàn)在越來

越多的多旋翼農(nóng)業(yè)植保機(jī)可以進(jìn)行作業(yè)航線規(guī)劃，有效避免

了重噴與漏噴。

（4）環(huán)保安全

中國每年因?yàn)槿斯娝幎鴮?dǎo)致農(nóng)藥中毒的人數(shù)是10萬

左右，其中有一定比例造成死亡。傳統(tǒng)的人力農(nóng)藥噴灑人員

處于藥霧的環(huán)境當(dāng)中，一旦保護(hù)不當(dāng)或者噴霧器出現(xiàn)“跑冒

漏滴”的情況，作業(yè)人員極易出現(xiàn)農(nóng)藥中毒，如下圖所示為

人工植保作業(yè)環(huán)境，而使用多旋翼農(nóng)業(yè)植保機(jī)進(jìn)行作業(yè)，人

員遠(yuǎn)離了作業(yè)區(qū)域，保證了人員安全。