我國農(nóng)用飛行器的應用與發(fā)展探討

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我國農(nóng)用飛行器的應用與發(fā)展探討

■田冬梅秦海生

農(nóng)用飛行器是農(nóng)業(yè)發(fā)展到一定階段必然出現(xiàn)的巨大需求。目前我國農(nóng)機化水平超過61%，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力軍；新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體逐成主流，對農(nóng)機化提出了更高要求。適時把握這一變化，探討農(nóng)用飛行器（農(nóng)用飛機、農(nóng)用低空遙控飛行植保機等）的應用與發(fā)展，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對農(nóng)機化的新需求，是時代賦予農(nóng)機化工作者的歷史責任。

1　飛行器應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)勢

（1）國外發(fā)達國家已普及推廣應用。美國早在1918年就開始使用飛機噴撒農(nóng)藥殺滅棉蟲；加拿大、蘇聯(lián)、德國和新西蘭等也是較早將飛機用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的國家。特別是隨著化學殺蟲劑、除草劑等農(nóng)藥相繼出現(xiàn)，迫切需要一種高效率的噴灑機具，于是發(fā)達國家紛紛將過剩的飛機轉(zhuǎn)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)用航空得到迅速發(fā)展。美國的農(nóng)用飛機大約有20多種機型，大部分機型是有人駕駛的固定翼飛機，基本上都使用活塞型發(fā)動機。日本由于種植規(guī)模較小，以小型直升飛行航空噴霧設備為主。采用農(nóng)用無人駕駛輕型直升飛器進行農(nóng)業(yè)植保已成為發(fā)展趨勢。

（2）農(nóng)用航空植保高效安全。以農(nóng)用飛行植保作業(yè)為例，由于其霧化效果好，可以實現(xiàn)超低量噴灑作業(yè)，作業(yè)效率達320～2000hm2/班，是地面作業(yè)機械效率的20～80倍，是人工作業(yè)效率的600～1000倍。農(nóng)用飛行植保作業(yè)可以實現(xiàn)無人自動化飛控導航，最大限度地減少了操作人員接觸農(nóng)藥的機會。農(nóng)用飛行植保等作業(yè)采用微小型無人機，作業(yè)高度低，藥液霧化效果好；旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流對作物的穿透性，同時可減少作業(yè)中的飄逸損失，增大藥液在作物單位面積上的附著覆蓋率，使噴灑更均勻、作業(yè)效果更高、減少用藥量。有利于節(jié)約用藥，減少對環(huán)境和土壤的污染。

（3）適應性強，易于推廣應用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)用航空應用的領域多、適宜作業(yè)范圍廣闊，既可噴藥施肥也可用于林業(yè)、草原飛行播種；既適用于小麥、大豆、水稻等低稈作物，也適用于玉米、高粱、棉花、向日葵等高稈作物和林果作業(yè)。它不受地理因素的制約，無論山區(qū)或平原、水田還是旱田，以及不同的作物生長期，農(nóng)藥的噴灑一般都不影響。特別是對于灘涂、沼澤等地面機械難以進入的地域，或是蝗蟲等蟲害滋生地域，都可順利高效完成作業(yè)任務；與地面機械田間作業(yè)相比，飛機作業(yè)還有降低作業(yè)成本、不會留下轍印和損壞農(nóng)作物的特點；在農(nóng)業(yè)應用領域，無需專用航站建設投入，近地低空飛行可實現(xiàn)精準作業(yè)。移動方便，可實現(xiàn)跨地區(qū)轉(zhuǎn)移作業(yè)，易于普及推廣應用。

2　農(nóng)用飛行器推廣成效及發(fā)展預測

我國農(nóng)林牧業(yè)在治蟲除草、飛播施肥、催熟矮化、綠化荒山、防火巡護、抗旱增雨和防汛瀉洪等作業(yè)項目，對農(nóng)用飛行器的需求非常迫切，同時也取得了推廣應用成效和經(jīng)驗，推廣應用優(yōu)勢凸顯。

（1）新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體對農(nóng)用飛行器有迫切需求。目前我國新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體迅猛發(fā)展，對農(nóng)用飛行器需求迫切。據(jù)統(tǒng)計，2014年全國農(nóng)業(yè)合作社達128．9萬個，入社農(nóng)戶9227萬戶，約占農(nóng)戶數(shù)的35．5%，流轉(zhuǎn)土地面積近2667萬hm2（4億畝）。全國經(jīng)工商注冊登記的農(nóng)機合作社4.74萬個，甚至出現(xiàn)了一批流轉(zhuǎn)土地超萬畝，固定資產(chǎn)上億元的大型農(nóng)機合作社。農(nóng)機合作社完成的作業(yè)服務面積占13%，服務農(nóng)戶達4500萬戶，經(jīng)營收入達757億元，相當于社均年服務收入168萬元。規(guī)?；?jīng)營的新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體、較大規(guī)模的家庭農(nóng)場和龍頭企業(yè)，對農(nóng)機提出了大型化、成套化、智能化、節(jié)能環(huán)保和復式作業(yè)的新需求，以滿足高效和精準農(nóng)業(yè)發(fā)展之需。由于農(nóng)用飛行作業(yè)表現(xiàn)出的高效、節(jié)能、環(huán)保和降低作業(yè)成本的優(yōu)勢，成為增添農(nóng)業(yè)裝備之首選。

（2）農(nóng)用飛行器推廣歷程及研發(fā)現(xiàn)狀。我國從1951年開始用飛機參加防治東亞飛蝗、護林防火和播種造林等工作。1956年中國民用航空局設立專業(yè)航空機構，開展多種農(nóng)業(yè)航空業(yè)務。目前，已有6個機種400多架飛機在大面積的墾區(qū)和農(nóng)場從事農(nóng)業(yè)航空工作。主要機型包括“農(nóng)業(yè)5”、“Y5B”、“Y1l”、“海燕650B”等固定翼飛機。作為農(nóng)業(yè)用途的無人駕駛輕型直升飛機在國內(nèi)目前處于初級研究階段，參與研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)達40多家。通用輕型直升飛機代表機型主要有：江西蒼嵐輕型直升機有限公司生產(chǎn)的CLH的輕型直升機，北京航空航天大學研制的蜜蜂16共軸式無人駕駛直升機，中國人民解放軍總參第六十研究所開發(fā)的“Z－3”無人直升機，鶴壁鶴翔航空技術有限公司開發(fā)的WDIO0型無人直升機等。青島天驕無人機遙感技術有限公司開發(fā)了TJ－1型無人機遙感系統(tǒng)。金泰航空工業(yè)公司專門開發(fā)、制造的農(nóng)用無人飛行器，在四川巴南投產(chǎn)。這種以電池組（件）為動力的多軸無人機，是目前國內(nèi)首創(chuàng)的大型農(nóng)用無人飛行器。該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，技術成熟，操控簡單易學，有效任務載荷達30kg，作業(yè)效率為國內(nèi)常用無人植保機的6倍。

（3）農(nóng)用飛行器的主要試用示范領域。2010年以來，我國成功地進行了多場次農(nóng)用飛行器展示和推介活動。據(jù)2014年在北京全國農(nóng)業(yè)展覽館舉辦的第五屆中國國際現(xiàn)代農(nóng)業(yè)博覽會暨農(nóng)用航空技術裝備展覽會信息，包括中航工業(yè)集團旗下荊門航空、西安飛行自動化控制研究所、貴州飛機等40多家農(nóng)用飛機廠商聯(lián)合參展。除中航工業(yè)集團旗下單位以外，安陽全豐、無錫漢和、中航天宇、珠海銀通、山東新晨、高科新農(nóng)、韋德沃德、深圳高科新農(nóng)、天津中科遙感等知名農(nóng)用飛行器研發(fā)制造企業(yè)與通航作業(yè)公司也集體亮相。從農(nóng)業(yè)應用領域方面看，主要有三個方面。一是農(nóng)用低空遙控飛行植保。近幾年通過農(nóng)機部門的大力推動與推廣，低空無人植保機得到了快速發(fā)展，水稻生產(chǎn)區(qū)的每個縣幾乎都在示范性推廣使用。二是人工增雨。飛機人工增雨是一個發(fā)展的重要方向，市場潛力大。隨著環(huán)境的變化，我國遭遇干旱天氣也越來越多，目前，國內(nèi)飛機人工增雨作業(yè)普遍使用的催化劑是碘化銀，把碘化銀溶解在丙酮里制成碘化銀丙酮溶液，利用丙酮見火易燃的特性，高溫燃燒碘化銀丙酮溶液生成碘化銀氣溶膠粒子。農(nóng)用飛機這是重要的播撒工具，成為農(nóng)用航空發(fā)展的一個方向。三是飛播牧草及草原鼠害控制。草原開發(fā)具有深遠的意義，飛播牧草既能有效防治沙漠化，還能發(fā)展牧業(yè)，造就良好生態(tài)環(huán)境等。草原鼠害破壞性很大，必須用航空作業(yè)予以控制和消滅。飛播草地的壽命約6～7年，此后需要重播，飛播造林的成本遠低于人工種樹的成本。據(jù)測算，未來10年我國農(nóng)用飛機的需求量約8500架，加上無數(shù)的農(nóng)用低空飛行植保機，潛在市場規(guī)模巨大。

3　農(nóng)用飛行器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的問題

（1）農(nóng)用航空發(fā)展存在的制約因素。從技術和體制層面看：一是大中型專用農(nóng)用飛行器少。以改裝型居多，在作業(yè)中都存在一定的缺陷；小微型農(nóng)用飛行器研發(fā)和生產(chǎn)一哄而上，沒有國家技術標準，企業(yè)急功近利，亂象叢生；使用缺乏培訓，存在大量的安全隱患。二是投入不足。國家的研發(fā)投入幾乎是空白，沒有專業(yè)的農(nóng)業(yè)航空技術研究機構，致使農(nóng)業(yè)飛行設備落后，不能適應農(nóng)業(yè)作業(yè)要求。農(nóng)用飛行基礎設施落后，固定翼農(nóng)用飛機沒有專用、兼用或臨時機場，農(nóng)用航空企業(yè)飛機陳舊，不能適應農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的需求。農(nóng)業(yè)航空企業(yè)規(guī)模小，不能適應市場化競爭的需求，難以實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。三是機制不順。大部分農(nóng)業(yè)航空機構內(nèi)部管理帶有濃厚的官商作風，企業(yè)缺少活力。農(nóng)業(yè)航空作業(yè)活動沒有完全市場化，企業(yè)間競爭力弱，經(jīng)濟效益不明顯，投資環(huán)境差，制約了企業(yè)的發(fā)展，也影響了新資本的注入。四是農(nóng)業(yè)飛行作業(yè)申報審批手續(xù)復雜。作業(yè)申報審批手續(xù)復雜，提高了農(nóng)業(yè)飛行作業(yè)成本，還延誤了最佳作業(yè)時機，甚至導致作業(yè)失敗。

（2）農(nóng)用飛行器性能有待提高。目前我國農(nóng)用飛行器的配套動力有燃油動力機、電池動力機和油電混合動力機三種。從驅(qū)動形式上分，有單旋翼和多旋翼兩種。大中型農(nóng)用航空器以單旋翼機為主，小微型農(nóng)用飛行器以多旋翼機為主。燃油動力機噪音大，維護保養(yǎng)成本高，維修較為復雜，對操作人員素質(zhì)要求較高；電池動力機作業(yè)能力小，抗風能力差，續(xù)航時間短，電池價格高且壽命短，電池充電時間長，電池使用成本高。油電混合動力機質(zhì)量不高，性能低下，導致使用成本高。由于目前農(nóng)用航空器處于快速發(fā)展期，售后服務跟不上，對推廣應用產(chǎn)生了負面影響。

（3）專業(yè)研發(fā)及協(xié)作攻關不強。一是要優(yōu)化農(nóng)用飛行器設計，防止低水平重復，提高自身性能和可靠性，使之便于操控；通過應用GPS或北斗導航系統(tǒng)，實現(xiàn)“傻瓜式”操作，降低操作復雜性。二是對農(nóng)用航空作業(yè)進行專門研究，針對不同作業(yè)項目特點研制專用作業(yè)器具。如植保作業(yè)，應對農(nóng)藥霧滴的沉積和飄逸規(guī)律進行研究，對不同旋翼直徑的機型進行對比試驗，從而優(yōu)化作業(yè)高度、作業(yè)幅寬和農(nóng)藥霧滴直徑。三是加大高效低毒農(nóng)藥在農(nóng)用航空作業(yè)中的應用研究，提高農(nóng)藥應用效率。要注重農(nóng)藥劑型在農(nóng)用航空作業(yè)中的應用研究，對油劑、水劑、乳劑的應用效果作定量研究。四是建立飛機噴霧的霧滴分布仿真數(shù)學模型，通過模型分析霧滴沉降規(guī)律，研究噴施高度、風速、不同機型對霧滴粒徑及霧滴漂移的影響。

（4）產(chǎn)品的適用性須進一步改善。目前電動無人機續(xù)航能力僅有10分鐘左右，需要多組電池交替使用，嚴重影響到其作業(yè)效率；油動力小型機續(xù)航能力僅有10～30分鐘，油電混合動力機續(xù)航能力超過60分鐘。國內(nèi)農(nóng)用低空遙控飛行植保機一般來說載重能力為5～30kg，油電混合動力機可達20～40kg。就目前使用來看，電池動力機大幅度提高載重量比較困難，油動力機實現(xiàn)這一目標則要容易些，但須進行飛控升級，增加智能化模塊和程序化設置，用以彌補人工操作之不足。

4　加快農(nóng)用航空技術發(fā)展的對策

（1）建立適應市場化的管理運行機制。一是農(nóng)用航空站建設以方便適用為標準。針對農(nóng)用特點，應購買適宜超低空噴灑、適應服務當?shù)氐匦蔚貕K特點的飛機。農(nóng)用航空站投入資金有限，主要進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務，不應盲目追求高精尖，防止無效投入。應以方便農(nóng)用飛機起降、維護修理、儲存物品、對外聯(lián)絡等適用為標準。企業(yè)要因地制宜，在考慮自身盈利的同時合理建立航空站。二是農(nóng)機部門要嚴格農(nóng)用飛行作業(yè)安全監(jiān)管。航空機保企業(yè)要配匹化學產(chǎn)品專業(yè)技術人才，認真執(zhí)行規(guī)章制度和操作規(guī)程，加強農(nóng)用飛行器超低空飛行安全管理，嚴格化學藥劑監(jiān)控，防止造成損害后果。三是建立農(nóng)用飛行管理法規(guī)。建議給予農(nóng)用飛機低空飛行空域的自由度，方便使用；簡化基礎設施建設，以降低籌資壓力，降低農(nóng)用航空建設與使用成本；規(guī)范農(nóng)用飛機超低空飛行安全程序、標準、要求。加強操作人員培訓，提高安全使用和經(jīng)營水平。

（2）制定發(fā)展規(guī)劃及行業(yè)技術標準。農(nóng)機主管部門應聯(lián)合相關部門制定我國農(nóng)用飛行器的制造標準、鑒定標準及作業(yè)服務標準，深入開展農(nóng)用飛機技術的宣傳和試驗示范及推廣工作。為使這一新興行業(yè)健康發(fā)展，建議對農(nóng)用飛行器進行分類管理。借鑒其它農(nóng)業(yè)機械分類方法，可以從農(nóng)用飛行器班作業(yè)能力入手，將其分為大、中、小型機：有人駕駛的固定翼飛機以及班作業(yè)能力為1333.3～2000hm2的，定為大型農(nóng)用飛行器———農(nóng)用飛機；班作業(yè)能力在333.3～1333hm2（5000～19999畝）的，定為中型農(nóng)用飛行器；班作業(yè)能力在333.3hm2以下的定為小微型農(nóng)用飛行器———農(nóng)用低空遙控飛行植保機。從發(fā)展布局看，東北、西北、華北及其廣大平原地區(qū)和國有大型農(nóng)牧場，以發(fā)展大型機為主，中部及丘陵區(qū)以中型機為主，南部及山區(qū)以發(fā)展?。ㄎⅲC為主。

（3）實施政策傾斜和資金扶持。國家應對農(nóng)用飛機基礎設施建設應給予政策和資金扶持；將農(nóng)用飛行器正式納入國家農(nóng)機購置補貼，同時對農(nóng)用飛行作業(yè)實施作業(yè)補貼?？山梃b河南等省發(fā)展農(nóng)用航空的做法，農(nóng)民或農(nóng)民專業(yè)合作組織購置農(nóng)用低空遙控植保機，享受國家農(nóng)機購置補貼1/3、同時省財政專項資金累加補貼1/3、購機者自籌1/3。

（4）加強研發(fā)和推廣應用。一是加大農(nóng)用飛行器研發(fā)力度，由推廣應用部門根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要提出農(nóng)用飛行器研發(fā)思路和架構，引進相應的國際先進飛行器，進行消化、吸收、創(chuàng)新、提高，通過再創(chuàng)新過程，逐步形成適合我國國情的農(nóng)用飛行器系列產(chǎn)品。在研發(fā)環(huán)節(jié)，應由龍頭企業(yè)牽頭，國家給予適當?shù)馁Y金支持，力爭在基礎性、共性、關鍵性部件和典型樣機研發(fā)上取得突破，形成自主知識產(chǎn)權，避免受制于人。二是加強相關配套技術研究，在農(nóng)用飛行器各個應用領域逐步突破，指導推廣應用工作。三是探索農(nóng)用飛行器發(fā)展模式。隨著農(nóng)用飛行器的發(fā)展，客觀上要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；虼藨e極推動新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體和國有農(nóng)牧場率先推廣應用，發(fā)揮示范作用。各級農(nóng)機部門應加強調(diào)研和引導，根據(jù)當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需求，加大政策扶持力度，以機械化家庭農(nóng)場、種植大戶、農(nóng)機合作社、農(nóng)機服務組織（公司）為載體，統(tǒng)一規(guī)劃和組織，建設區(qū)域性農(nóng)用飛行植保服務實體，統(tǒng)一管理、統(tǒng)一作業(yè)、獨立核算、自負盈虧，力促其健康發(fā)展。

觀察思考