基于農(nóng)藥減施增效的農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系研究

溫少文 黃力 李江虹 宋祚錕

摘 要：近年來在政府、科研院所、企業(yè)積極探索下，農(nóng)用無人機(jī)的技術(shù)發(fā)展迅速。我國成為全球主要的農(nóng)用無人機(jī)生產(chǎn)基地，市場發(fā)展?jié)摿Υ?。本文分析農(nóng)用無人機(jī)國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，提出農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建，期望有助于農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化工作的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用無人機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)體系，研究

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.02.009

1 引 言

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)藥是生產(chǎn)重要的資料，據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計2 010 -2 0 2 0年農(nóng)藥施用量年均達(dá)166萬噸，年均農(nóng)藥有效利用率僅有38%，每年浪費(fèi)大量農(nóng)藥。隨著農(nóng)用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)興起，改變傳統(tǒng)植保作業(yè)模式，其作業(yè)效率是人工的7～10倍，且受地形影響不大，即便在坡地上也可以實(shí)現(xiàn)自動化作業(yè)，有效緩解農(nóng)村中青年勞動力短缺問題，提高農(nóng)藥利用率，很大程度上減少了污染及危害，為農(nóng)戶帶來更大的收益[1]。農(nóng)用無人機(jī)普及應(yīng)用充分發(fā)揮“科技+農(nóng)業(yè)”的作用，運(yùn)用先進(jìn)高科技設(shè)備加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。2022年中央1號文提出“加快大馬力機(jī)械、丘陵山區(qū)和設(shè)施園藝小型機(jī)械、高端智能機(jī)械研發(fā)制造并納入國家重點(diǎn)研發(fā)計劃予以長期穩(wěn)定支持”，可預(yù)見農(nóng)用無人機(jī)是國家未來研究和發(fā)展的重點(diǎn)，具有廣闊發(fā)展前景。

2 農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 農(nóng)用無人機(jī)國際標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展現(xiàn)狀

從世界范圍來看，植保航空施藥技術(shù)最先發(fā)展于美國。得益于飛機(jī)的發(fā)明，在1918年美國將其應(yīng)用于噴灑農(nóng)藥殺滅棉花害蟲，開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)航空的歷史。在1949年研制出適用于大規(guī)模農(nóng)田植保的固定翼農(nóng)用飛機(jī)[2]。1985年，日本雅馬哈公司率先推出世界第一架主要用于農(nóng)藥噴撒的農(nóng)用無人機(jī)。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外現(xiàn)代化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)日趨成熟，建立配套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、產(chǎn)品技術(shù)測試認(rèn)證和商業(yè)化運(yùn)作機(jī)制[3]。

2 015年，I S O成立了無人機(jī)系統(tǒng)分技術(shù)委員會（ISO/ TC 20/SC 16），負(fù)責(zé)制定ISO 21384無人機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品制造、運(yùn)行和無人交通管理安全和質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)。2019年12月發(fā)布的ISO 21384-3《無人飛機(jī)系統(tǒng)——第3部分：操作規(guī)程》是首個無人機(jī)系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)。2022年9月，我國主導(dǎo)的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO21895：2020《無人駕駛航空器分級分類要求》和ISO24356：2022《系留無人機(jī)系統(tǒng)通用要求》正式發(fā)布，顯現(xiàn)出我國綜合實(shí)力和國際競爭力逐步增強(qiáng)。

2017年9月，美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）成立了無人機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)作組織（UASSC）。2018年12月UASSC發(fā)布《無人機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化路線圖（1.0版）》，針對無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化空缺部分，提出加強(qiáng)研制建議。2020年6月發(fā)布2.0版本，其中提出針對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域需要加強(qiáng)飛行員的能力和培訓(xùn)，農(nóng)藥應(yīng)用板塊需要研制標(biāo)準(zhǔn)來解決無人機(jī)系統(tǒng)播撒農(nóng)藥的應(yīng)用問題，包括通信和自動識別、作業(yè)效果（噴施效果）、操作安全、環(huán)境保護(hù)、設(shè)備可靠性以及與國家航空空域整合，提升作業(yè)效果并解決藥劑漂移的問題。

2.2 農(nóng)用無人機(jī)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 農(nóng)用無人機(jī)國家政策

憑借優(yōu)良的作業(yè)表現(xiàn)與市場表現(xiàn)，農(nóng)用無人機(jī)行業(yè)發(fā)展得到了政府的關(guān)注與支持。2017年3月，農(nóng)業(yè)部首度提出將農(nóng)用無人機(jī)納入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼進(jìn)行試點(diǎn)；同年9月，農(nóng)業(yè)部、財政部、民航局三部門聯(lián)合發(fā)布了《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》（農(nóng)辦機(jī)〔2017〕10號），以政策引導(dǎo)植保無人飛機(jī)的技術(shù)開發(fā)和規(guī)范應(yīng)用，廣東省作為試點(diǎn)城市之一。2021年4月，《2021-2023年農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼實(shí)施指導(dǎo)意見》（農(nóng)辦計財〔2021〕8號）正式印發(fā)，明確“全面開展植保無人駕駛航空器購置補(bǔ)貼工作”，對于補(bǔ)貼政策，國家仍在研究持續(xù)優(yōu)化補(bǔ)貼兌付方式[4]。

2.2.2 農(nóng)用無人機(jī)技術(shù)情況

農(nóng)用無人機(jī)技術(shù)是支撐行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素。我國20 08年才研制出第一臺農(nóng)用無人機(jī)，落后日本23年。雖然起步慢，但是近幾年來鉚足干勁、乘勢而上，大量企業(yè)涌入無人機(jī)市場，無人機(jī)產(chǎn)品數(shù)量及類別呈爆發(fā)式增長，保有量、作業(yè)量、駕駛員人數(shù)大規(guī)模上升。2018-2020年我國農(nóng)用無人機(jī)呈爆發(fā)式增長，保有量從2018年的23，322臺增長至2020年70，779臺，增長率為203.5%。技術(shù)發(fā)展趨勢聚焦于實(shí)時圖像處理技術(shù)、變量噴施技術(shù)、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、差分定位（RTK）技術(shù)、多機(jī)協(xié)同技術(shù)、無人機(jī)噴施配套技術(shù)。為保障噴施有效應(yīng)用，減少噴施霧滴的漂移與流失，相應(yīng)無人機(jī)噴施配套技術(shù)具有較強(qiáng)的研究潛力，如：農(nóng)用無人機(jī)噴嘴技術(shù)、作業(yè)參數(shù)、噴施藥劑、助劑等[5-6]。

2.2.3 農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)情況

國內(nèi)農(nóng)用無人機(jī)制定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量并不多，其各項基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和噴施作業(yè)等相關(guān)技術(shù)參數(shù)缺乏系統(tǒng)深入的研究，導(dǎo)致農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重落后于產(chǎn)品的研發(fā)。國標(biāo)計劃《植保無人飛機(jī)》仍處于征求意見稿階段，尚未正式發(fā)布，涵蓋安全要求、設(shè)備技術(shù)要求、設(shè)備性能試驗(yàn)方法、作業(yè)效果、故障分級等內(nèi)容。NY/T 3213-2018《植保無人飛機(jī)質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》為目前唯一發(fā)布的農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，涉及儀器設(shè)備性能測試，適用于農(nóng)用無人機(jī)出廠檢驗(yàn)。農(nóng)用無人機(jī)由中國民用航空局管理，早期發(fā)布的《輕小無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定（試行）》現(xiàn)正在修訂，發(fā)布征求意見稿（編號：AC-91-FS-2019-31R）[7]，對植保無人機(jī)提出運(yùn)行要求，人員、運(yùn)營人的要求及噴灑注意事項。全國各地積極制定農(nóng)用無人機(jī)地方標(biāo)準(zhǔn)，2020、2021年標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量大幅增長。廣東省有大疆、極飛等多家龍頭生產(chǎn)企業(yè)，占據(jù)約80%的市場份額，但廣東省農(nóng)用無人機(jī)地方標(biāo)準(zhǔn)制定仍是空白（如圖1所示）。

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)更符合農(nóng)用無人機(jī)市場發(fā)展需要，2019年由中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會發(fā)布9項植保無人機(jī)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、極飛等多家專業(yè)研究機(jī)構(gòu)與業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)完成。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容涵蓋術(shù)語、分類與型號編制規(guī)則、安全操作規(guī)程、農(nóng)藥使用規(guī)范、作業(yè)質(zhì)量、云系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)規(guī)范、電磁兼容性試驗(yàn)方法、駕駛員培訓(xùn)要求、運(yùn)營人要求。填補(bǔ)業(yè)內(nèi)植保無人機(jī)作業(yè)的質(zhì)量要求、檢測方法及檢測規(guī)則的空白，同時對運(yùn)營、培訓(xùn)做出了詳細(xì)規(guī)定，讓農(nóng)用無人機(jī)行業(yè)有據(jù)可依、有章可循。

3 農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建

現(xiàn)階段沒有發(fā)布專門針對農(nóng)用無人機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)體系。2021年國標(biāo)委、工信部、自然資源部、農(nóng)業(yè)部、能源局、民航局等六部委聯(lián)合發(fā)布了《無人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2021年版）》[8]，其明確了無人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架，框架涉及范疇廣，涵蓋農(nóng)業(yè)、電力、警用、測繪、應(yīng)急救援、物流等領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)作業(yè)對象、設(shè)備及重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容與其他領(lǐng)域有所不同，因此確實(shí)需要依據(jù)農(nóng)用無人機(jī)實(shí)際和未來標(biāo)準(zhǔn)化需求，構(gòu)建實(shí)用性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)體系。

本體系以《無人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2021年版）》為基礎(chǔ)，保留其基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)和輕微小型無人駕駛器內(nèi)容，刪減大中型無人機(jī)駕駛器相關(guān)內(nèi)容。參照美國發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)化路線圖提及的農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化重點(diǎn)，以減少農(nóng)藥用量、提升農(nóng)藥防效為目標(biāo)，進(jìn)一步細(xì)化其農(nóng)業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)分支。構(gòu)建以基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)四大基本要素組成的基于減施增效的農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系框架[9-10]（如圖2所示）。體系主要內(nèi)容如下。

（1）基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。主要包括術(shù)語定義、分類分級、編碼標(biāo)識、身份識別和安全標(biāo)準(zhǔn)6個部分。包括農(nóng)用無人機(jī)常用術(shù)語及定義、分類及分級要求、標(biāo)識代碼的編制原則及方法、分級分類和風(fēng)險警示等標(biāo)識、身份識別要求、安全性要求、安全性設(shè)計分析準(zhǔn)則、安全性評價方法等標(biāo)準(zhǔn)。

（2）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。主要有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)融合標(biāo)準(zhǔn)3個部分。包括農(nóng)用無人機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)范、性能要求、維護(hù)保養(yǎng)、測評標(biāo)準(zhǔn)、飛行控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)傳輸鏈路標(biāo)準(zhǔn)、能源動力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、地面站系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、航攝系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、噴灑系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、智能技術(shù)。

（3）作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。主要有作業(yè)規(guī)范和作業(yè)效果評價兩個部分。包括作業(yè)飛行藥劑要求、作業(yè)檔案記錄標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)藥噴灑作物作業(yè)規(guī)范、噴灑質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)、藥效評估標(biāo)準(zhǔn)。

（4）管理標(biāo)準(zhǔn)。主要有研發(fā)管理、制造管理、認(rèn)證/適航管理、流通管理、運(yùn)行管理及服務(wù)管理6個部分。包括研發(fā)需求管理、規(guī)劃管理、制造生產(chǎn)過程項目管理、技術(shù)管理、產(chǎn)品管理、基于分類分級標(biāo)準(zhǔn)對適航取證和產(chǎn)品認(rèn)證進(jìn)行分類規(guī)定、市場銷售備案管理、操作人員的培訓(xùn)認(rèn)證和安全運(yùn)行、服務(wù)組織要求和服務(wù)質(zhì)量與評價管理。

農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建著重前瞻性、科學(xué)性、協(xié)調(diào)性有機(jī)結(jié)合。標(biāo)準(zhǔn)體系的建立不僅要著眼于當(dāng)前發(fā)展?fàn)顟B(tài)，更要有前瞻性，要根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和自主創(chuàng)新的需要，做好充分調(diào)研，保證標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，涉及領(lǐng)域完整，重點(diǎn)突出，功能協(xié)調(diào)，與國家發(fā)展的目標(biāo)相適應(yīng)。依據(jù)行業(yè)發(fā)展動態(tài)，持續(xù)更新完善，扎實(shí)構(gòu)建滿足農(nóng)用無人機(jī)發(fā)展需求、先進(jìn)適用的標(biāo)準(zhǔn)體系。

4 結(jié) 語

隨著國家發(fā)展，農(nóng)業(yè)達(dá)到了前所未有的高度，二十大提出中國要強(qiáng)，農(nóng)業(yè)必須強(qiáng)。農(nóng)用無人機(jī)快速發(fā)展，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，提高農(nóng)藥有效利用率，夯實(shí)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)化搭建科研、生產(chǎn)、使用三者之間的橋梁，使農(nóng)用無人機(jī)的新技術(shù)和新科研成果得到推廣應(yīng)用，從而促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。農(nóng)用無人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)體系的實(shí)施是一項系統(tǒng)而長遠(yuǎn)工程，涉及面廣，靠單個部門和單位難以完成，需要政府支持和引導(dǎo)、社會各界力量共同參與產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，推動農(nóng)用無人機(jī)及相關(guān)行業(yè)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，助力鄉(xiāng)村振興。

參考文獻(xiàn)

薛新宇，顧偉，徐陽. 農(nóng)用無人機(jī)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)制定現(xiàn)狀分析[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2020，51（10）：1-10.

薛新宇，蘭玉彬. 美國農(nóng)業(yè)航空技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2013，44（5）：194-201.

尹選春，蘭玉彬，文晟. 日本農(nóng)業(yè)航空技術(shù)發(fā)展及對我國的啟示[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，39（1）：1-8.

蘭玉彬，陳盛德，鄧?yán)^忠. 中國植保無人機(jī)發(fā)展形勢及問題分析[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019，40（5）：217-225.

周志艷，明銳，臧禹. 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，2017，33（20）：1-13.

蘭玉彬. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2021：1.

陳盛德，蘭玉彬，周志艷.植保無人機(jī)航空噴施飛行質(zhì)量的試驗(yàn)與評價[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019，40（3）：89-96.關(guān)于印發(fā)《無人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2021年版）》的通知（國標(biāo)委聯(lián)[2021]24號）.

陳盛德，蘭玉彬，周志艷.植保無人機(jī)航空噴施飛行質(zhì)量的試驗(yàn)與評價[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019，40（3）：89-96.

徐小杰，陳盛德，周志艷.植保無人機(jī)主要性能指標(biāo)測評方法的分析與思考[J]. 農(nóng)業(yè)化研究，2018，12：1-10.