我國(guó)植保無(wú)人機(jī)的研究與發(fā)展應(yīng)用淺析

何雄奎

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)藥械與施藥技術(shù)研究中心，北京 100193)

近十年來(lái)，植保無(wú)人機(jī)超低空超低量航空施藥由于其作業(yè)效率高、節(jié)水省藥、具有航跡規(guī)劃尋跡飛行與全地形作業(yè)能力等自身獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并且特別適合于丘陵、山地等地面拖拉機(jī)等農(nóng)機(jī)具難以進(jìn)地作業(yè)區(qū)域的農(nóng)藥噴霧作業(yè)，同時(shí)由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的大背景下農(nóng)村勞動(dòng)力大量轉(zhuǎn)移造成的農(nóng)村勞動(dòng)力不足，特別是自2015年以來(lái)強(qiáng)大的資本市場(chǎng)數(shù)十億的不斷投入助推等原因，植保無(wú)人機(jī)在我國(guó)迅猛發(fā)展。

20世紀(jì)60至70年代，歐美、前蘇聯(lián)等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家逐步形成大型農(nóng)場(chǎng)專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)方式，建立了以大型地面植保機(jī)械和有人駕駛航空器為主體的防治體系，發(fā)展至20世紀(jì)80年代中期為頂峰。至80年代中后期，由于大型有人駕駛飛機(jī)航空施藥導(dǎo)致的因農(nóng)藥?kù)F滴飄失引起的環(huán)境污染和農(nóng)藥藥害問(wèn)題，經(jīng)嚴(yán)格的環(huán)境評(píng)估，1988年歐盟前身歐洲共同體決定在成員國(guó)家內(nèi)部全面禁用航空施藥裝備與技術(shù)，至今仍未開(kāi)放。而在北美地區(qū)，尤其是美國(guó)，超大規(guī)模經(jīng)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)(包括家庭農(nóng)場(chǎng))的規(guī)?；N植和同種作物大量連片種植的模式?jīng)Q定了美國(guó)化學(xué)防治以有人駕駛飛機(jī)與地面大型噴桿噴霧機(jī)為主，二者并駕齊驅(qū)，北美的農(nóng)業(yè)航空裝備主要是固定翼飛機(jī)和載人直升機(jī)。另外，美國(guó)政府一直擔(dān)憂(yōu)植保無(wú)人機(jī)施藥用水量更小、霧滴更細(xì)會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的農(nóng)藥飄失風(fēng)險(xiǎn)，并且考慮到植保無(wú)人機(jī)相對(duì)成本高于有人駕駛航空施藥技術(shù)(載藥量太小)，所以至今尚未立法允許無(wú)人機(jī)從事農(nóng)藥噴灑作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)農(nóng)業(yè)航空對(duì)農(nóng)業(yè)的直接貢獻(xiàn)率為15%以上，年處理40%以上的耕地面積，其余60%還主要靠大型噴桿噴霧機(jī)來(lái)完成植保作業(yè)。

在亞洲，日本農(nóng)民戶(hù)均耕地面積較小，地形多山，不適合有人駕駛固定翼飛機(jī)作業(yè)，因此日本農(nóng)業(yè)航空以有人駕駛與無(wú)人駕駛直升機(jī)為主。日本是最早將小型無(wú)人機(jī)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的國(guó)家，日本20世紀(jì)70年代開(kāi)始經(jīng)濟(jì)騰飛，適齡勞動(dòng)力大多進(jìn)城尋找工作機(jī)會(huì)，農(nóng)村勞動(dòng)力極度匱乏，因此，日本在引進(jìn)的美國(guó)軍方無(wú)人靶機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，日本山葉公司(YAMAHA)于1990年推出世界第一架用于噴灑農(nóng)藥的植保無(wú)人機(jī)“R50”，掛載5kg的藥箱。此后，無(wú)人機(jī)在日本農(nóng)林業(yè)方面的應(yīng)用發(fā)展迅速，無(wú)人機(jī)旋翼和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速被降低以適應(yīng)農(nóng)業(yè)作業(yè)的要求，無(wú)人機(jī)施藥參數(shù)不斷改進(jìn)，施藥?kù)F滴分布均勻性降低到30%以下。YAMAHA公司植保無(wú)人機(jī)除“R50”外，已研發(fā)出“R-max”與“FAZER”等新型系列植保無(wú)人機(jī)，最大藥箱容量32L。從2005年開(kāi)始，日本水稻生產(chǎn)中植保無(wú)人機(jī)使用量已超過(guò)載人直升機(jī)。目前，采用小型植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已成為日本農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，小型植保無(wú)人機(jī)在日本經(jīng)歷了40余年的歷史，至2018年5月日本植保無(wú)人機(jī)市場(chǎng)裝機(jī)總?cè)萘?獲得國(guó)家頒發(fā)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用證書(shū))是2 788架、植保無(wú)人機(jī)操作人員獲得國(guó)家植保無(wú)人機(jī)操作證書(shū)共10 545人。

中國(guó)植保無(wú)人機(jī)研發(fā)起步較晚，自“十一五”期間國(guó)家“863計(jì)劃”“新型施藥技術(shù)與農(nóng)用藥械”立項(xiàng)研發(fā)植保無(wú)人機(jī)至今已發(fā)展近10多年，植保無(wú)人機(jī)與低空低量航空施藥技術(shù)發(fā)展迅速。但中國(guó)有人駕駛的大型農(nóng)用航空發(fā)展較早，早在上世紀(jì)50年代初，我國(guó)就建成了黑龍江佳木斯、遼寧沈陽(yáng)、新疆石河子、湖北天門(mén)與廣州5個(gè)大型農(nóng)用航噴站，如發(fā)展得最好的佳木斯航噴站至2017年年底有各類(lèi)有人駕駛農(nóng)用航空噴霧飛機(jī)106架，機(jī)型主要有“M-16”、“空中拖拉機(jī)-畫(huà)眉鳥(niǎo)”、 “Y-5B(D)”、“Y-11”、“藍(lán)鷹AD200N”、“蜜蜂3型”、“海燕650B”等固定翼機(jī)型以及“Bell”系列直升機(jī)。目前，全中國(guó)有農(nóng)林用固定翼飛機(jī)1 400架，直升機(jī)60余架，無(wú)人機(jī)8 000余架，使用固定翼飛機(jī)和直升機(jī)防治農(nóng)林業(yè)病蟲(chóng)草害和施肥的面積達(dá)到200多萬(wàn)公頃。但是，我國(guó)農(nóng)用飛機(jī)擁有量?jī)H占世界農(nóng)用飛機(jī)總數(shù)的0.13%左右，農(nóng)業(yè)航空作業(yè)面積僅占耕地面積的1.70%，而且噴灑設(shè)備性能差，同美國(guó)等農(nóng)用航空發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距仍十分巨大。

早在2000年開(kāi)始，北京必威易創(chuàng)基科技有限公司從日本陸續(xù)進(jìn)口了6架日本雅馬哈R50型植保無(wú)人機(jī)用于農(nóng)藥噴灑，必威易公司是我國(guó)首個(gè)應(yīng)用植保無(wú)人機(jī)的農(nóng)業(yè)服務(wù)公司。2005年12月，當(dāng)雅馬哈公司準(zhǔn)備出口第10架同類(lèi)型飛機(jī)時(shí)，被名古屋海關(guān)扣押，日本政府以植保無(wú)人機(jī)可能被用于軍事用途為由禁止雅馬哈公司繼續(xù)將植保無(wú)人機(jī)銷(xiāo)售到中國(guó)。

2005年至2006年，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院、南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所等科研機(jī)構(gòu)開(kāi)始向農(nóng)業(yè)部、科技部、教育部等相關(guān)部門(mén)提議立項(xiàng)進(jìn)行植保無(wú)人機(jī)的研制工作。經(jīng)過(guò)前期準(zhǔn)備和多次申報(bào)，2008年農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院、南京林業(yè)大學(xué)、總參謀部第六十研究所等單位共同承擔(dān)的科技部國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“水田超低空低量施藥技術(shù)研究與裝備創(chuàng)制”進(jìn)入執(zhí)行，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)正式開(kāi)始探索植保無(wú)人機(jī)航空施藥技術(shù)。該項(xiàng)目研制出基于中航集團(tuán)六十所研發(fā)的“Z-3”型油動(dòng)單旋翼直升機(jī)作為飛行平臺(tái)與控制系統(tǒng)的油動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)，裝配10kg藥箱，搭載由山東衛(wèi)士植保機(jī)械有限公司與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植保機(jī)械與施藥技術(shù)研究中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中心”)合作研發(fā)的2個(gè)超低量離心霧化噴頭。

圖1 國(guó)家“863”項(xiàng)目研發(fā)的“Z-3”型油動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)

圖2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)與山東衛(wèi)士公司研發(fā)的“3WSZ-15”型18旋翼電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)(2009年)

2008年，中心與山東衛(wèi)士植保機(jī)械公司、臨沂風(fēng)云航空科技公司開(kāi)始合作進(jìn)行低空低量遙控多旋翼無(wú)人機(jī)施藥機(jī)的研發(fā)工作，于2009年研制出國(guó)內(nèi)外第一款多旋翼植保無(wú)人機(jī)，包括搭載10L藥箱的8旋翼機(jī)和搭載15L藥箱的18旋翼機(jī)2種機(jī)型(圖2)，此后幾年在全國(guó)13個(gè)省市進(jìn)行了示范和推廣。山東省科技廳組織的由羅錫文院士作為主任的鑒定委員會(huì)對(duì)該成果的鑒定結(jié)論為：“項(xiàng)目取得了多項(xiàng)創(chuàng)新，在低空低量遙控多旋翼無(wú)人施藥技術(shù)方面，該項(xiàng)目綜合性能達(dá)到：國(guó)際先進(jìn)水平?！?013年，該型植保無(wú)人機(jī)獲得山東省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

2010年，中心與珠海銀通公司開(kāi)始合作進(jìn)行低空低量遙控電動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)的研發(fā)合作，于2012年研制出國(guó)內(nèi)第一款電動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)，可搭載10L藥箱的藥箱，裝備4個(gè)扇形噴頭(圖3)。

圖3 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)與珠海銀通公司研發(fā)的單旋翼植保無(wú)人機(jī)“CAU- 3WZN10A”(2012年)

我國(guó)油動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)的民間開(kāi)發(fā)可能較國(guó)家“863”項(xiàng)目更早，2010年無(wú)錫漢和航空技術(shù)有限公司生產(chǎn)的“3CD-10”型單旋翼油動(dòng)植保無(wú)人機(jī)首次在鄭州全國(guó)農(nóng)機(jī)博覽會(huì)上亮相，這是國(guó)內(nèi)首款在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的油動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)，開(kāi)啟了中國(guó)植保無(wú)人機(jī)商業(yè)化的第一步。2012年4月，全國(guó)首次“低空航空施藥技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)觀摩暨研討會(huì)”在北京召開(kāi)，由中心與全國(guó)農(nóng)技推廣中心聯(lián)合主辦，廣西田園公司等協(xié)辦。油動(dòng)和電動(dòng)、單旋翼和多旋翼等類(lèi)型植保無(wú)人機(jī)共12種以及人駕動(dòng)力傘植保飛行器共同亮相現(xiàn)場(chǎng)觀摩會(huì)。以此為起點(diǎn)，低空低量航空施藥技術(shù)研究逐漸成為熱點(diǎn)。

根據(jù)發(fā)展需要，2012年中國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)際合作司發(fā)起并組織了為期2年的中日韓植保無(wú)人機(jī)國(guó)際合作研究項(xiàng)目“植保無(wú)人機(jī)水稻航空施藥技術(shù)研究”，中心為中方項(xiàng)目的主持方，負(fù)責(zé)項(xiàng)目實(shí)施，中日韓三方研究人員在項(xiàng)目執(zhí)行期內(nèi)不同時(shí)期在三個(gè)國(guó)家分別進(jìn)行了大量的人員交流和植保無(wú)人機(jī)施藥田間試驗(yàn)，三方所有參與成員共享無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)研究成果和信息，撰寫(xiě)了題為“日本和韓國(guó)水稻田間植保機(jī)械應(yīng)用考察”的項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告。

至此，植保無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)在中國(guó)已呈漸起之勢(shì)，無(wú)人機(jī)施藥到底能不能用、管不管用是管理部門(mén)、研究人員、生產(chǎn)廠家和農(nóng)民都密切關(guān)心的問(wèn)題。為了評(píng)估植保無(wú)人機(jī)的工作性能和作業(yè)效果，受農(nóng)業(yè)部委托，中心2013年1月在海南水稻種植區(qū)對(duì)13種國(guó)產(chǎn)植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行了田間施藥測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明參試的所有國(guó)產(chǎn)無(wú)人機(jī)噴霧作業(yè)均可以對(duì)水稻病蟲(chóng)害有明顯的防治效果。以此結(jié)果為基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)部從2013年起開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)推廣無(wú)人機(jī)航空植保技術(shù)。2014年5月，由中國(guó)工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授羅錫文擔(dān)任理事長(zhǎng)的“中國(guó)農(nóng)用航空產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟”在黑龍江佳木斯正式成立，在成立會(huì)上羅錫文理事長(zhǎng)提議起草一份建議大力促進(jìn)植保無(wú)人機(jī)和農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的報(bào)告提交給國(guó)務(wù)院有關(guān)部門(mén)，建議國(guó)家大力推動(dòng)農(nóng)業(yè)航空事業(yè)的發(fā)展。2014年7月18日在中心會(huì)議室由羅錫文院士主持，趙春江研究員、何勇教授、薛新宇研究員、袁會(huì)珠研究員等十多位專(zhuān)家共同參加討論了由我起草的“關(guān)于建議大力促進(jìn)植保無(wú)人機(jī)和農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的報(bào)告”，此報(bào)告先后經(jīng)5次修改成稿上呈國(guó)務(wù)院、科技部，得到汪洋副總理的批示，農(nóng)業(yè)部根據(jù)汪洋副總理的批示安排2015年在湖南與河南兩省開(kāi)始試點(diǎn)補(bǔ)貼植保無(wú)人機(jī)，自此植保無(wú)人機(jī)在我國(guó)的推廣應(yīng)用步入了快車(chē)道。2015年“十三五”規(guī)劃實(shí)施以來(lái)，國(guó)家層面也對(duì)植保無(wú)人機(jī)的發(fā)展給予了大力支持，在2016年的首批國(guó)家“農(nóng)藥肥料雙減”計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)、2017年的科技部“智能農(nóng)機(jī)研發(fā)”專(zhuān)項(xiàng)、2018年國(guó)家自然科學(xué)基金委的重點(diǎn)項(xiàng)目“植保無(wú)人機(jī)農(nóng)藥?kù)F化沉積與高效利用”中都對(duì)植保無(wú)人機(jī)、關(guān)鍵工作部件與施藥技術(shù)給予了重點(diǎn)支持。

2015年是各類(lèi)資本進(jìn)入植保無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的元年，社會(huì)資本的進(jìn)入也是助推植保無(wú)人機(jī)在我國(guó)高速發(fā)展的主要與重要因素之一，資本市場(chǎng)尤其看好在應(yīng)用領(lǐng)域除消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)外的植保無(wú)人機(jī)市場(chǎng)，在資本市場(chǎng)的大力推動(dòng)下，各類(lèi)無(wú)人機(jī)得到了迅速發(fā)展，尤其是植保無(wú)人機(jī)在我國(guó)得到了高速的發(fā)展。

2015年深圳大疆創(chuàng)新以自有資金投入研發(fā)，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)占有全球消費(fèi)市場(chǎng)的70%以上，全球銷(xiāo)售額高達(dá)100億人民幣，年底在北京推出MG-1型電動(dòng)多旋翼農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)，正式進(jìn)軍農(nóng)用無(wú)人機(jī)領(lǐng)域；2017年達(dá)180億的全球銷(xiāo)售額，其中銷(xiāo)售植保無(wú)人機(jī)5 000多臺(tái)。截至2018年7月，極飛已經(jīng)完成二輪商業(yè)融資，累計(jì)金額超過(guò)1億美金。農(nóng)田管家自2015年成立兩年以來(lái)，已獲得4輪融資：2016年3月創(chuàng)建初期獲得小米創(chuàng)始人雷軍為資本的100萬(wàn)美元天使投資；2016年7月，完成300萬(wàn)美元的Pre-A輪融資，由GGV紀(jì)源資本領(lǐng)投，順為資本、真格資本跟投；2017年4月，完成700萬(wàn)美元的A輪融資，由戈壁創(chuàng)投領(lǐng)投，云啟資本、GGV紀(jì)源資本、順為資本、真格基金跟投；2018年1月，完成千萬(wàn)美元的Pre-B輪融資，執(zhí)一資本領(lǐng)投，順為資本、GGV紀(jì)源資本、戈壁創(chuàng)投、云啟資本、真格基金跟投。

在各方力量的助推下，到2015年底，全國(guó)植保無(wú)人機(jī)生產(chǎn)廠商已達(dá)60余家。2016年5月28日，國(guó)家航空植保科技創(chuàng)新聯(lián)盟在河南安陽(yáng)成立，安陽(yáng)全豐航空植保科技有限公司為理事長(zhǎng)單位，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等7家單位為副理事長(zhǎng)單位，共同助推植保無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2016年8月，由中國(guó)農(nóng)業(yè)電影電視協(xié)會(huì)(CCTV-7)和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合主辦的首屆中國(guó)無(wú)人機(jī)與機(jī)器人應(yīng)用大賽在江蘇蘇州正式啟動(dòng)；10月，在江西南昌舉辦了大賽初賽——“農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)應(yīng)用賽”，對(duì)23個(gè)參賽隊(duì)伍植保無(wú)人機(jī)的飛行穩(wěn)定性、噴霧質(zhì)量等性能進(jìn)行了考核，并賽出前18家進(jìn)入決賽；2017年9月，大賽植保無(wú)人機(jī)決賽在湖北武穴正式開(kāi)賽，來(lái)自國(guó)內(nèi)18家知名品牌的植保無(wú)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(guó)植保無(wú)人機(jī)十強(qiáng)。

在植保無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面，2016年我國(guó)首個(gè)植保無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)江西省地方標(biāo)準(zhǔn)——植保無(wú)人機(jī)(DB 36/T 930-2016)出臺(tái)，這是我國(guó)第一個(gè)關(guān)于植保無(wú)人機(jī)的地方標(biāo)準(zhǔn)。緊隨江西省之后廣西、湖南、山東等省相繼出臺(tái)省級(jí)地方標(biāo)準(zhǔn)，2018年農(nóng)業(yè)部正式出臺(tái)了我國(guó)首個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《植保無(wú)人飛機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(NY/T3213-2018)，并于今年6月1日起正式實(shí)施。

經(jīng)十多年的發(fā)展，植保無(wú)人機(jī)低空低量作業(yè)從零開(kāi)始逐漸興起，到今天的迅猛發(fā)展，成就非凡。據(jù)農(nóng)業(yè)部相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，全國(guó)在用的農(nóng)用無(wú)人機(jī)共253種，生產(chǎn)植保無(wú)人機(jī)的工廠300余家，全國(guó)植保無(wú)人機(jī)裝機(jī)量達(dá)到14 000余架，已經(jīng)在包括水稻、小麥、玉米、甘蔗、果樹(shù)、棉花等多種作物上進(jìn)行了病蟲(chóng)害防治作業(yè)，實(shí)際效果證明已經(jīng)能夠達(dá)到實(shí)用水平，正處于迅速發(fā)展階段。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)按結(jié)構(gòu)主要分為單旋翼和多旋翼兩種，按動(dòng)力系統(tǒng)可以分為電池動(dòng)力與燃油動(dòng)力兩種，各種型號(hào)達(dá)200多種，一般空機(jī)重量10～50kg，藥箱容積5～30L不等，作業(yè)高度1.5～5m，作業(yè)速度<8m/s。電池動(dòng)力系統(tǒng)的核心是電機(jī)，電動(dòng)無(wú)人機(jī)操作靈活，起降迅速，單次飛行時(shí)間一般為10～15min；燃油動(dòng)力系統(tǒng)的核心是發(fā)動(dòng)機(jī)，油動(dòng)無(wú)人機(jī)靈活性相對(duì)較差，機(jī)身大，需要一定的起降時(shí)間，單次飛行時(shí)間可超過(guò)1h，維護(hù)較復(fù)雜。單旋翼無(wú)人機(jī)藥箱載荷多為10～30L，部分機(jī)型載荷可達(dá)30L以上；多旋翼無(wú)人機(jī)多以電池為動(dòng)力，較單旋翼無(wú)人機(jī)藥箱載荷少，多為5～20L，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、飛行穩(wěn)定等特點(diǎn)，噴霧作業(yè)效率高達(dá)3畝/min。

植保無(wú)人機(jī)在我國(guó)已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但由于中國(guó)面臨著人口老齡化和人口縮減的嚴(yán)峻形勢(shì)，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺的趨勢(shì)未來(lái)會(huì)愈發(fā)明顯，為了保障中國(guó)農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化已經(jīng)成為國(guó)家層面的發(fā)展戰(zhàn)略之一。無(wú)人機(jī)低空低量航空施藥技術(shù)的應(yīng)用符合當(dāng)前中國(guó)小戶(hù)型農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求，以省時(shí)、省力、高效的方式進(jìn)行施藥作業(yè)，提升了中國(guó)植保機(jī)械化水平。但在植保無(wú)人機(jī)快速且迅猛發(fā)展的過(guò)程中，既充滿(mǎn)機(jī)遇又面臨許多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)如下：

(1)無(wú)人機(jī)低空低量施藥在中國(guó)已應(yīng)用在玉米、水稻、小麥等作物以及丘陵地帶，田間實(shí)際植保作業(yè)表明，無(wú)人機(jī)載荷并不是主要障礙，而植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)質(zhì)量與防效、續(xù)航時(shí)間與可靠性、尤其是農(nóng)藥飄移對(duì)環(huán)境的污染與周?chē)舾凶魑锏乃幒Φ葎t更需關(guān)注，是無(wú)人機(jī)應(yīng)用與發(fā)展過(guò)程中的極大挑戰(zhàn)。

(2)考慮到無(wú)人機(jī)技術(shù)的新穎性和復(fù)雜性，植保無(wú)人機(jī)專(zhuān)用噴霧系統(tǒng)及其低空低量的航空施藥技術(shù)的研發(fā)應(yīng)放在首要地位，但目前植保無(wú)人機(jī)生產(chǎn)廠家大多把精力放在噴霧系統(tǒng)的載體——飛行平臺(tái)及飛行控制系統(tǒng)的研發(fā)上，以次代主，偏離了植保無(wú)人機(jī)是執(zhí)行農(nóng)藥噴霧機(jī)器的這一主題。中國(guó)目前缺乏適用于低空低量航空施藥的專(zhuān)業(yè)霧化系統(tǒng)及其關(guān)鍵工作部件與施藥技術(shù)，噴霧系統(tǒng)的主要工作部件大多借鑒地面現(xiàn)有零部件，沒(méi)有穩(wěn)壓調(diào)壓裝置，無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻穩(wěn)壓噴霧，更談不上精準(zhǔn)噴霧。急需通過(guò)專(zhuān)用霧化裝置、調(diào)壓穩(wěn)壓裝置、藥箱、加藥系統(tǒng)等研發(fā)與優(yōu)化來(lái)改善農(nóng)藥?kù)F化與沉積狀態(tài)，降低飄失風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥安全使用。

(3)無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)在噴霧質(zhì)量、防治效果，尤其是環(huán)境安全性方面的評(píng)價(jià)是對(duì)植保無(wú)人機(jī)安全使用、環(huán)境保護(hù)、政府管理的主要與關(guān)鍵內(nèi)容。植保無(wú)人機(jī)采用超低容量噴霧技術(shù)，生產(chǎn)中采用畝用噴量1L的情況下，對(duì)應(yīng)的霧滴大小在80～120μm，這樣細(xì)小的霧滴在風(fēng)速2～3m/s的情況下，如果飛行噴霧高度距離作物冠層表面在2m到4m之間可以飄失至數(shù)十米甚至上百米以外的距離，這在施用除草劑與生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等藥劑時(shí)，極易造成周?chē)前袠?biāo)區(qū)敏感作物的藥害與環(huán)境污染。因此，使用過(guò)程中除農(nóng)藥?kù)F滴在作物冠層中的穿透性、霧滴沉積量、覆蓋率等評(píng)價(jià)內(nèi)容以外，植保無(wú)人機(jī)的農(nóng)藥?kù)F滴飄移控制與環(huán)境評(píng)估是在評(píng)價(jià)無(wú)人機(jī)施藥效率和防治效果時(shí)需要優(yōu)先考慮。

目前RTK技術(shù)可以進(jìn)行航線規(guī)劃和自主飛行控制，使飛行作業(yè)軌跡更精準(zhǔn)，但無(wú)法保證無(wú)人機(jī)的噴幅穩(wěn)定和霧滴在作物上的均勻分布，沒(méi)有從根本上解決植保無(wú)人機(jī)的重噴與漏噴、農(nóng)藥?kù)F滴飄移等核心問(wèn)題，亟待研發(fā)先進(jìn)的新型飛控系統(tǒng)、傳感器及系統(tǒng)、軟件平臺(tái)。另外，仍需充分研究小型單旋翼及多旋翼無(wú)人機(jī)霧滴空氣動(dòng)力學(xué)以及其與溫濕度、風(fēng)速等外界環(huán)境因素的相互作用，為針對(duì)植保作業(yè)的專(zhuān)用無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)?；谔镩g測(cè)試的可飄移霧滴風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和減飄技術(shù)的運(yùn)用是未來(lái)無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)發(fā)展過(guò)程中需要考慮的關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容。

(4)我國(guó)有關(guān)植保無(wú)人機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重落后于裝備產(chǎn)品的研發(fā)，能為不同天氣和地面條件下無(wú)人機(jī)植保作業(yè)合理施藥參數(shù)的確定提供可靠地指導(dǎo)以及環(huán)評(píng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則亟待制定，主要標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)包括質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)規(guī)范、防效評(píng)價(jià)與環(huán)評(píng)的規(guī)范準(zhǔn)則等。明確產(chǎn)品質(zhì)量鑒定與監(jiān)管、環(huán)評(píng)部門(mén)，盡早制定我國(guó)農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量管理體系；研究制定植保飛行作業(yè)管理規(guī)范，植保飛行作業(yè)操作人員崗位培訓(xùn)與資質(zhì)認(rèn)證體系，實(shí)現(xiàn)持證上崗；研究制定航空植保作業(yè)質(zhì)量、防治效果評(píng)價(jià)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)植保無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量、高效益和安全可控、健康發(fā)展。

(5)植保無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)的商業(yè)化需要政府、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)等各利益攸關(guān)方的共同參與和合作。專(zhuān)業(yè)化組織提供收費(fèi)合理的無(wú)人機(jī)病蟲(chóng)害防治綜合服務(wù)，意味著將復(fù)雜的無(wú)人機(jī)技術(shù)帶到農(nóng)民身邊變得切實(shí)可行，可以使農(nóng)民逐漸接受這種農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治技術(shù)。這些專(zhuān)業(yè)化組織將會(huì)在農(nóng)藥供銷(xiāo)全程扮演關(guān)鍵角色，而且還將負(fù)責(zé)提供無(wú)人機(jī)操控手培訓(xùn)、無(wú)人機(jī)植保作業(yè)、機(jī)具維修、保險(xiǎn)、產(chǎn)品運(yùn)送和交付。專(zhuān)業(yè)化防治組織會(huì)在作業(yè)中累積經(jīng)驗(yàn)，有利于開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)化的病蟲(chóng)害防治體系，可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜大規(guī)模爆發(fā)性病蟲(chóng)害防治。在一項(xiàng)新技術(shù)的推廣階段，對(duì)價(jià)格格外注重的種植戶(hù)往往會(huì)抱有觀望態(tài)度。政府應(yīng)該推出針對(duì)植保服務(wù)的采購(gòu)計(jì)劃和鼓勵(lì)政策，這會(huì)調(diào)動(dòng)農(nóng)民對(duì)無(wú)人機(jī)植保作業(yè)的參與熱情，也會(huì)鼓勵(lì)專(zhuān)業(yè)化組織和生產(chǎn)廠商合作并加大投入。

(6)用于低空低量航空噴灑的農(nóng)藥新劑型的發(fā)展以及傳統(tǒng)農(nóng)藥產(chǎn)品標(biāo)簽的改進(jìn)。農(nóng)藥劑型是影響農(nóng)藥實(shí)際使用效果非常重要的因素，會(huì)改善霧滴霧化過(guò)程、減少霧滴飄失、提升農(nóng)藥?kù)F滴在靶標(biāo)作物表面的滯留量等。無(wú)人機(jī)施藥專(zhuān)用商品化農(nóng)藥制劑迄今尚在研發(fā)階段，適用于無(wú)人機(jī)低空低量農(nóng)藥噴灑的制劑會(huì)提升農(nóng)藥分布均勻度，降低霧滴飄失潛力。另外，用于無(wú)人機(jī)施藥的農(nóng)藥包裝上必須標(biāo)明監(jiān)管部門(mén)的授權(quán)許可標(biāo)志，但當(dāng)前的農(nóng)藥產(chǎn)品包裝上并沒(méi)有針對(duì)無(wú)人機(jī)作業(yè)的強(qiáng)制說(shuō)明和推薦使用劑量，需要對(duì)農(nóng)藥產(chǎn)品標(biāo)簽進(jìn)行改進(jìn)或提供額外的專(zhuān)用航空施藥說(shuō)明書(shū)，產(chǎn)品包裝上也要標(biāo)明無(wú)人機(jī)噴霧推薦使用劑量和施藥液量。

綜上所述，考慮到無(wú)人機(jī)施藥的復(fù)雜性農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展，深入研究植保無(wú)人機(jī)低空低量施藥技術(shù)、作業(yè)質(zhì)量與環(huán)境評(píng)價(jià)的迫切性不容忽視，更好的認(rèn)知新興的無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)會(huì)有助于優(yōu)化無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)，促進(jìn)農(nóng)藥的高效、安全使用，為中國(guó)農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的健康、有序發(fā)展作出貢獻(xiàn)。