肖進(jìn) 高星星 王琢
[摘要] 介紹了植保無人機(jī)的飛行原理和特點(diǎn),對國內(nèi)外及湖北省植保無人機(jī)的應(yīng)用情況進(jìn)行梳理和總結(jié),分析了湖北省在農(nóng)用植保無人機(jī)推廣應(yīng)用中存在的主要問題,并提出了進(jìn)一步促進(jìn)其在湖北發(fā)展應(yīng)用的意見與建議。
[關(guān)鍵詞] 無人機(jī);植保;湖北省;對策建議
[中圖分類號] S494 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A
在一片片農(nóng)田上方,植保無人機(jī)滿載著藥液騰空而起,實(shí)施噴防作業(yè)……這樣的場景,如今在農(nóng)村地區(qū)越來越常見。植保無人機(jī)作為新型農(nóng)機(jī)具,開始成為農(nóng)業(yè)的“標(biāo)配”。它已經(jīng)蜂擁出現(xiàn)在各地的農(nóng)博會、智慧農(nóng)業(yè)展、植保展會上,各大植保無人機(jī)企業(yè)也相繼發(fā)布新產(chǎn)品。植保無人機(jī)正迎來歷史性的發(fā)展,未來有望實(shí)現(xiàn)超過千億元的市場規(guī)模。
近幾年來,東北、海南與新疆集中連片的農(nóng)田受到各大植保無人機(jī)企業(yè)青睞,湖南、河南、安徽、江西等也因其糧食作物主產(chǎn)區(qū)的身份,受到關(guān)注。整體上看,20hm2以上的大戶以及新疆和東北66.67hm2以上的大戶對植保無人機(jī)接受程度最高。植保飛防在湖北省各地也得到重視和熱捧,孝感市早在2015年就已將無人機(jī)納入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼,作為試點(diǎn)全省推廣;2017年5月,第二屆航空植保技術(shù)應(yīng)用論壇在武漢舉辦,會議上探討了未來三年植保無人機(jī)的發(fā)展方向;2017年9月,首屆中國無人機(jī)與機(jī)器人應(yīng)用大賽決賽在湖北武穴開賽,來自國內(nèi)18家知名品牌的植保無人機(jī)企業(yè)和服務(wù)隊(duì)參賽,全方位展示產(chǎn)品成果和飛防技術(shù),決賽決出了全國植保機(jī)械10強(qiáng)。
1 農(nóng)用植保無人機(jī)的簡介
1.1 農(nóng)用植保無人機(jī)概念
農(nóng)用植保無人機(jī)是用于農(nóng)林植物保護(hù)作業(yè)的無人駕駛飛機(jī),由飛行平臺、GPS飛行控制器、噴灑機(jī)構(gòu)三部分組成,通過地面遙控或GPS飛控,來實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè),通過更換不同的噴灑機(jī)構(gòu)可以噴灑藥劑、種子、粉劑等。
植保無人機(jī)按飛行平臺可分為固定翼無人機(jī)、單旋翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)等。固定翼無人機(jī)載荷大,飛行速度快,但價格高且不能垂直起飛,比較適合平原地區(qū)的大面積作業(yè)。單旋翼無人機(jī)作業(yè)效果好,但價格更貴。多旋翼無人機(jī)技術(shù)門檻較低,價格便宜,能夠?qū)崿F(xiàn)空中懸停,受到市場青睞,應(yīng)用最廣泛。
植保無人機(jī)按飛行動力可分為油動無人機(jī)、電動無人機(jī)和油電混合概念無人機(jī)。電動無人機(jī)輕巧,操作簡單,對飛手要求低,而油機(jī)自主飛行能力相對差,不易控制,控制精度不夠,維修保養(yǎng)要求都相對較高,價格昂貴,導(dǎo)致目前國內(nèi)油動植保無人機(jī)機(jī)型只占19.7%,但隨著土地流轉(zhuǎn)的推進(jìn),其載荷大和續(xù)航時間長的性能優(yōu)勢會凸顯出來,未來發(fā)展空間很大。
未來幾年,中國植保無人機(jī)仍將以電動多旋翼無人機(jī)為主。
1.2 多旋翼電動植保無人機(jī)飛行原理
多旋翼無人機(jī)電機(jī)連接螺旋槳通過高速轉(zhuǎn)動切割空氣使其產(chǎn)生向下的氣流,同時產(chǎn)生向上的升力,當(dāng)升力大于飛行器本身的重力時,飛行器就可以實(shí)現(xiàn)上升的動作,反之下降;當(dāng)升力等于飛行器本身的重力時,則飛行器處于懸停狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)多個電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變螺旋槳轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)升力的變化,實(shí)現(xiàn)4個方向上的運(yùn)動,分別為:垂直、俯仰、橫滾和偏航,從而達(dá)到飛行姿態(tài)控制的目的。
1.3 多旋翼電動植保無人機(jī)特點(diǎn)
目前市場應(yīng)用廣泛的多旋翼電動無人植保機(jī)機(jī)身大量采用碳纖維、航空鋁等復(fù)合材料,售價一般在幾萬至十幾萬元左右,作業(yè)飛行高度為距離農(nóng)作物1~3m,藥箱容積為5~20L,作業(yè)速度3~10m/s(風(fēng)速2~3級),噴幅寬度3~8m,單次作業(yè)時間8~15分鐘。操作手通過地面遙控器及GPS定位在視距內(nèi)對其實(shí)施控制,可手動操控飛行,也可自動生成航線,自主完成航線飛行;支持低電、無藥報(bào)警,一鍵返航,在噴灑中斷點(diǎn)可自動記憶中斷點(diǎn)位置,補(bǔ)充完電量和藥劑后可自動返回中斷點(diǎn)繼續(xù)作業(yè);實(shí)現(xiàn)雷達(dá)定高仿地形飛行,自動保持與農(nóng)作物間的相對高度;采用低容量霧噴方式施藥,旋翼產(chǎn)生的巨大向下氣流推動農(nóng)藥霧滴對作物從上到下進(jìn)行穿透,有利于農(nóng)藥霧滴均勻散落于植株各個部位,作業(yè)效率是人工作業(yè)效率的幾十倍,并可以節(jié)約50%的農(nóng)藥使用量、90%的用水量。
到目前農(nóng)用植保無人機(jī)植保作業(yè)對象幾乎覆蓋了全部農(nóng)作物,包括水稻、玉米和小麥等主要糧食作物,瓜果蔬菜如葡萄、柑橘、茄子、白菜和各種經(jīng)濟(jì)作物如棉花、花生、油菜、茶園等,并取得了理想的防治效果和防治經(jīng)驗(yàn)。
2 農(nóng)用植保無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 應(yīng)用概況
從世界范圍來看,美國、日本的植保無人機(jī)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平,除此之外,還有澳大利亞、加拿大、俄羅斯、巴西、韓國等國家比較發(fā)達(dá)。植保無人機(jī)已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的部分,對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率將不斷加大。
2004年起,我國科技部、農(nóng)業(yè)部等開始研究植保無人機(jī),2007年開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化探索。2010~2012年期間,植保無人機(jī)傳播范圍僅在行業(yè)內(nèi),沒有實(shí)際作業(yè)能力,這個階段的無人機(jī)不能干活、不能賺錢。2013~2015年植保無人機(jī)行業(yè)進(jìn)入演示驗(yàn)證階段。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2015年底我國農(nóng)用無人機(jī)保有量為2324架,但真正做植保的并不多,更多是在做演示。這個時期它作業(yè)可靠性差、作業(yè)效率偏弱,能干活、不能賺錢。2016~2017年植保無人機(jī)得到大面積推廣應(yīng)用,越來越多的人進(jìn)入這個行業(yè),經(jīng)營模式和無人機(jī)作業(yè)能力得到發(fā)展和驗(yàn)證,它能干活、能賺錢。從概念到實(shí)際應(yīng)用,從不能干活、不能賺錢到能干活、能掙錢,這是我國農(nóng)業(yè)植保機(jī)械的重大突破。
至2017年底,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國植保無人機(jī)保有量超過10000架,作業(yè)面積超過670萬hm2。湖北飛防的真正起步始于2014年3月——鐘祥市常發(fā)農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社花費(fèi)18萬元從山東買回我省第一架無人植保機(jī)。當(dāng)年底全省的保有量達(dá)到170多臺,2015年增加至230多臺,2016年購買植保無人機(jī)的服務(wù)組織開始增多,全省專業(yè)化防治服務(wù)組織達(dá)到2940個,市場保有量快速突破1000臺。湖北省植保無人機(jī)保有量從1到1000的突破只用了三年。2017年湖北省小麥病蟲害的飛機(jī)防治已經(jīng)十分火熱,再加水稻飛防,全省的飛防作業(yè)面積有望突破66.67萬hm2次。
沒有地方保護(hù)、高度的市場化自由競爭是湖北省飛防取得快速發(fā)展的關(guān)鍵,群雄涌入,各憑實(shí)力搶占市場,其中產(chǎn)品品牌以深圳大疆、廣州極飛、無錫漢和、武漢洛克希德、安陽全豐為代表。經(jīng)過市場多年淘汰,競爭格局開始走向穩(wěn)定。目前,在主流的電動多旋翼植保無人機(jī)市場,已經(jīng)形成以大疆、極飛占據(jù)多數(shù)市場,漢和、全豐位居第二陣營,其他企業(yè)分食剩余市場的格局。2017年整個飛防市場是跑馬圈地階段,2018年正式步入降價競爭階段,價格已經(jīng)成為各企業(yè)爭奪的焦點(diǎn),比較顯著的是在2018年4月北京舉辦的“世界精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空大會”上湖北龍翼機(jī)器人有限公司推出了6kg機(jī)型,采用鋁合金機(jī)身,簡化操控系統(tǒng),成功將價格壓縮在1萬元之內(nèi),而價格的降低,則意味著普通農(nóng)戶市場將會進(jìn)一步被打開。
2.2 植保飛防的服務(wù)模式
植保飛防行業(yè)的快速發(fā)展得利于瞄準(zhǔn)了農(nóng)村勞動力缺乏、機(jī)械化植保服務(wù)需求迫切的市場痛點(diǎn),在市場需求和生產(chǎn)企業(yè)共同推動下,逐步形成了一些全新的飛防服務(wù)模式,形成了一群以飛防服務(wù)為主的新型“農(nóng)業(yè)人”。2017年,飛防服務(wù)市場由最初野蠻生長階段向秩序化、規(guī)?;D(zhuǎn)變。
2.2.1 政府招標(biāo)采購植保無人機(jī)及統(tǒng)防服務(wù)。2015年武漢市江夏區(qū)財(cái)政撥出專款通過政府招標(biāo),采購了3臺植保無人機(jī)。同時,區(qū)農(nóng)委組織基層農(nóng)技人員進(jìn)行“植保無人機(jī)飛控手”培訓(xùn),積極在全區(qū)大面積推廣應(yīng)用植保無人機(jī)。3年來,江夏區(qū)使用無人機(jī)開展植保累計(jì)飛防面積達(dá)到近3333.33hm2。鐘祥市利用地方財(cái)政資金,以每架補(bǔ)貼2.5萬元標(biāo)準(zhǔn),購置33臺無人機(jī),另外還購買了8臺獎勵種糧大戶,該市去年共開展了0.93萬hm2無人機(jī)統(tǒng)防服務(wù)。2017年團(tuán)風(fēng)縣政府共買單小麥1266.67hm2統(tǒng)防服務(wù),全部由無人機(jī)完成,而前年僅有66.67hm2。
2.2.2 各種植保飛防服務(wù)組織。這類植保飛防服務(wù)組織主要包括普通農(nóng)戶自購無人機(jī)服務(wù)模式、農(nóng)機(jī)合作社服務(wù)模式、農(nóng)資渠道商建立的飛防服務(wù)隊(duì)以及農(nóng)業(yè)服務(wù)公司建立的飛防隊(duì)等。這種模式的優(yōu)勢是對當(dāng)?shù)氐姆N植情況和植保需求情況比較了解,業(yè)務(wù)更容易被農(nóng)戶接受和開展,但這些服務(wù)組織規(guī)模都不是很大,一般只服務(wù)于本地。例如:截至2017年,荊門市擁有植保無人機(jī)129臺,有 14個從事農(nóng)業(yè)植保作業(yè)服務(wù)的農(nóng)機(jī)合作社、農(nóng)業(yè)種植合作社和無人機(jī)研發(fā)與服務(wù)企業(yè),全市飛防作業(yè)面積近5.3萬hm2次。
2.2.3 連接飛防服務(wù)供給端和需求端的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺。隨著飛防市場需求井噴,植保飛防已經(jīng)迎來了百萬畝訂單時代,而且這樣的訂單會更多的出現(xiàn)。大規(guī)模飛防作業(yè)是一個生態(tài)系統(tǒng),只有專業(yè)化的植保飛防組織干得了,這也是農(nóng)田管家、大黃蜂農(nóng)服、農(nóng)飛客、標(biāo)普農(nóng)業(yè)、農(nóng)博士……這些互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺快速發(fā)展的原因。相比中小服務(wù)商單打獨(dú)斗、競爭能力不足等缺點(diǎn),飛防服務(wù)平臺化可以實(shí)現(xiàn)供需有效匹配,這將成為一個重要發(fā)展趨勢,未來無人機(jī)植保產(chǎn)業(yè)必將走向聚合而非零散存在。2017年,受到資本市場追捧獲得多輪融資的“農(nóng)田管家”與湖北省農(nóng)業(yè)廳達(dá)成共識,由農(nóng)田管家贈予湖北省666.66hm2飛防作業(yè)服務(wù),襄陽市、仙桃市、潛江市、黃岡市、荊門市均在此次贈予名單中。截至目前,“農(nóng)田管家”平臺上已入駐超過3000個飛防組織,可調(diào)度無人機(jī)近萬架,在黑龍江、湖北、湖南、山東、江蘇、河南、河北、安徽、江西等地建立分支機(jī)構(gòu),2017年總作業(yè)面積超過53.33hm2。
2.2.4 共享植保無人機(jī)。2018年2月,廣州極飛科技有限公司與湖北省農(nóng)業(yè)機(jī)械總公司在湖北仙桃簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。與此同時,由極飛科技開發(fā)、湖北省農(nóng)業(yè)機(jī)械總公司運(yùn)營的湖北首家農(nóng)用無人機(jī)共享系統(tǒng)正式啟動。我省共享無人機(jī)將以仙桃為運(yùn)營試點(diǎn)中心,逐步向周邊縣市輻射,一期將建設(shè)7~8個共享服務(wù)站,投放共享無人機(jī)50~60架開展共享飛防植保,可以滿4萬hm2次的飛防植保面積。屆時,無人機(jī)用戶可以通過關(guān)注極飛科技公眾號,進(jìn)入后選擇農(nóng)事服務(wù),選擇一家附近的共享服務(wù)站,攜帶相關(guān)證件,繳納一定的押金及費(fèi)用,便可使用無人機(jī)開展飛防植保作業(yè)服務(wù),用完后歸還設(shè)備即可。
2.2.5 植保無人機(jī)+農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)。當(dāng)植保無人機(jī)企業(yè)憑借硬件積累足夠的數(shù)據(jù)后,什么農(nóng)作物到什么時間、地點(diǎn)可能遇到什么病蟲害,病蟲害發(fā)生發(fā)展情況等都能提供精準(zhǔn)的分析和預(yù)測。洛克希德(武漢)無人機(jī)科學(xué)研究院有限公司在國內(nèi)最早開發(fā)完成了“無人機(jī)植保大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺”,建立植保及農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)庫,收集地理、氣象、植保、糧食安全等信息,并為第三方提供可靠的信息數(shù)據(jù),從而顛覆傳統(tǒng)植保服務(wù)利益模式,重構(gòu)新型的農(nóng)藥生產(chǎn)、銷售、植保作業(yè)服務(wù)生態(tài)鏈和利益鏈。未來植保無人機(jī)將會成為一個大數(shù)據(jù)入口,后端的大數(shù)據(jù)挖掘、與行業(yè)應(yīng)用的結(jié)合將會是無人機(jī)服務(wù)業(yè)務(wù)的核心。
3 制約湖北省植保無人機(jī)推廣應(yīng)用的因素
3.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善
目前植保無人機(jī)行業(yè)缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),包括無人機(jī)的機(jī)身質(zhì)量性能標(biāo)準(zhǔn)、植保作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、維修保養(yǎng)規(guī)范等。缺乏相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致植保無人機(jī)企業(yè)眾多,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,購機(jī)者權(quán)益及植保作業(yè)效果得不到保證。
3.2 亟待解決的技術(shù)難題
載重偏小:大多數(shù)電動無人機(jī)的載重一般在5~20kg之間,噴灑一箱藥劑只要幾分鐘,需頻繁添加藥劑;續(xù)航時間過短:絕大多數(shù)的電動無人機(jī),一組電池維持的飛行時間在8~20 分鐘之間,需頻繁更換電池;對高桿作物的噴灑效果有待進(jìn)一步提高;有風(fēng)的時候,藥液漂移問題需要克服;不規(guī)則地塊的重噴和漏噴問題。
3.3 缺乏航空植保專用藥劑
航空植保無人機(jī)首選的農(nóng)藥劑型應(yīng)以油劑最好,而市場上銷售的農(nóng)藥劑型多為可濕性粉劑、懸浮劑等,這些傳統(tǒng)人工噴霧設(shè)備所用的劑型并不適合航空作業(yè)。2017年登記的油劑僅有11個,而超低容量劑的數(shù)量更是屈指可數(shù)地僅有7個,開發(fā)適用于無人機(jī)飛防作業(yè)的新劑型迫在眉睫。
3.4 缺乏監(jiān)督管理和制度引導(dǎo)
目前從事植保無人機(jī)飛防的單位很多,導(dǎo)致飛防市場剛剛起步?jīng)]有多久就陷入惡性競爭,市場混亂無序,如飛防藥劑的亂配亂用導(dǎo)致作物藥害時有發(fā)生,提供飛防服務(wù)時偷工減料或者在服務(wù)費(fèi)用方面大打價格戰(zhàn)等。植保無人機(jī)飛防目前沒有明確的行業(yè)主管部門,缺乏相關(guān)監(jiān)管法規(guī)。
4 意見和建議
4.1 加快建立完善的標(biāo)準(zhǔn)體系
據(jù)中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會透露,在農(nóng)用無人機(jī)方面,已完成《農(nóng)用遙控飛行植保機(jī)安全技術(shù)要求》征求意見稿,農(nóng)業(yè)部正在制訂《農(nóng)用遙控飛行器通用技術(shù)要求》、《農(nóng)用遙控飛行噴霧機(jī)安全施藥技術(shù)規(guī)范》;民航局正在制訂《無人機(jī)系統(tǒng)適航性要求》,未來農(nóng)業(yè)部還將配合國家空管委制定《無人駕駛航空器飛行管理規(guī)定》。這些標(biāo)準(zhǔn)都將會給將來植保無人機(jī)作業(yè)帶來“金規(guī)鐵律”,規(guī)范行業(yè)發(fā)展,應(yīng)加快其發(fā)布實(shí)施。
4.2 優(yōu)化植保無人機(jī)推廣的技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境
建立以企業(yè)為主體,以市場為導(dǎo)向,以大專院校、科研機(jī)構(gòu)、用戶為載體的產(chǎn)、學(xué)、研、推、用一體化的技術(shù)研發(fā)體系。加大植保無人機(jī)的高精度位置服務(wù)、一站多機(jī)全自主協(xié)同作業(yè)、自動加藥換電池、農(nóng)田測繪、精確噴灑控制、高容量電池、航空植保專用藥劑等技術(shù)的研究與攻關(guān)。
4.3 加大政府扶持和管理力度
2017年9月18日,農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部、民航局聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于開展農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼引導(dǎo)植保無人飛機(jī)規(guī)范應(yīng)用試點(diǎn)工作的通知》,決定2017年選擇浙江(含寧波)、安徽、江西、湖南、廣東、重慶6個?。ㄊ校?,開展以農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼引導(dǎo)植保無人飛機(jī)規(guī)范應(yīng)用試點(diǎn)工作。雖然湖北省農(nóng)機(jī)部門也在考慮購機(jī)補(bǔ)貼這個問題,但此次湖北省并沒有列入,應(yīng)盡快推動購機(jī)補(bǔ)貼落地。政府應(yīng)加大植保無人機(jī)操作人員的培訓(xùn)力度,加強(qiáng)其施藥知識及相關(guān)法律法規(guī)的培訓(xùn)學(xué)習(xí),建立市場準(zhǔn)入制度和管理規(guī)范,實(shí)現(xiàn)政府對農(nóng)業(yè)航空產(chǎn)品的質(zhì)量和作業(yè)安全有效監(jiān)管,統(tǒng)籌農(nóng)業(yè)航空植保產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 劉德.2018年植保無人機(jī)要火的10大理由[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2018(1):31-34.
[2] 熊琦.中國(武穴)無人機(jī)與機(jī)器人應(yīng)用大賽植保無人機(jī)決賽在湖北武穴舉行[EB/OL]. http://www.xinhuanet.com/photo/2017-09/05/c_1121610794.htm,2017-09-05.
[3] 周志艷,明銳,臧禹,等.中國農(nóng)業(yè)航空發(fā)展現(xiàn)狀及對策建議[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2017(20):1-13.
[4] 婁尚易,薛新宇,顧偉,等.農(nóng)用植保無人機(jī)的研究現(xiàn)狀及趨勢[J].農(nóng)機(jī)化研究,2017(12):1-6,31.
[5] 汪彤,劉烈輝.湖北農(nóng)機(jī)大戶種糧大戶借農(nóng)用飛機(jī)合力刨金[EB/OL]. http://www.amic.agri.gov.cn/nxtwebfreamwork/detail.jsp?articleId=ff80808153730d9201537434f7031257,2013-03-07.
[6] 方國斌.今年湖北省飛防作業(yè)面積有望突破1000萬畝次[EB/OL]. http://www.sohu.com/a/143427410_740796,2017-05-25.
[7] 段運(yùn)紅.從被質(zhì)疑到走向成熟,細(xì)數(shù)植保無人機(jī)6大新變化[EB/OL].http://www.sohu.com/a/227745035_175192,2018-04-09.
[8] 王強(qiáng).武漢江夏區(qū)無人植保飛機(jī)顯身手三年作業(yè)5萬畝[EB/OL]. http://www.amic.agri.gov.cn/nxtwebfreamwork/detail.jsp?articleId=ff8080815c09fc78015c154611262b7a,2017-05-18.
[9] 洛克希德(武漢)無人機(jī)科學(xué)研究有限公司.無人植保大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)平臺[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2016(33):45-46.
[10] 楊夢帆.專用藥劑缺乏掣肘飛防“翅膀”[EB/OL]. http://www.agrichem.cn/n/2017/06/08/081452114514.shtml,2017-06-08.