植保无人机飞行作业服务方案

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第一章 项目概述与需求理解

第一节 项目背景分析

一、无人机在农业植保领域的进展与当前应用

作为国民经济基石的农业，其病虫害防治手段中，农药的应用扮演着不可或缺的角色。传统的农药施用方式主要依赖人工操作，如背负药箱、手持喷杆实施喷洒，这一过程耗时且劳动强度高，同时喷洒过程中可能会产生不必要的药物浪费，增加成本，且对环境和农产品质量构成潜在威胁。

近年来，我国农业实现了由传统向现代化的转型，在生产方式、技术创新与体制革新等领域持续深化。农业机械化在耕作、播种、田间管理和收获等各个环节得到广泛应用，无论大、中、小型设备，均显著提升了农业生产效率。然而，农业植保领域因其特性，机械化水平相对较低，主要依赖人工和部分机械化作业，对农业集约化和现代化进程构成了一定限制。尤其在农药喷洒方面，高地隙自走式喷杆喷雾机与无人机技术逐渐普及，尽管无人机施药仅占1%，但其如无人机植保已显示出广阔前景。喷杆喷雾机作为大型农业设备，适用于各类作物的除草、杀虫和杀菌作业，具有高度机械化和自动化、良好的通过性和精确高效的施药效果。然而，此类设备初次投资成本较高，且在坡地操作时可能存在倾覆风险，对作物可能造成一定损害。随着中国农业大国地位的确立及人口老龄化的加剧，未来的土地流转和规模化种植将日益增多，对植保无人机的需求将持续增长。植保无人机的商业模式已经呈现出稳定且可扩展的趋势。

(一)植保无人机的发展

发达国家如日本和美国在植保无人机应用上起步较早，形成了较为成熟的产业体系。自1987年日本Yamaha公司推出全球首台农用植保无人机R-50以来，历经三十多年的持续发展。日本，因国土狭小、耕地分散且水稻种植广泛，对无人机依赖度高，推动了无人机在农业领域的快速增长。截至今日，无人机数量已从1995年的307架增长至超过2400架，广泛用于播种、监测、施肥和喷药等任务。相比之下，美国农业以大型农场为主，倾向于使用载重大、续航久、效率高的有人机进行植保作业。据统计，美国现有2000余家与农用航空相关的公司，它们处理了全国超过40%的耕地，高达65%的化学农药通过飞机作业喷洒，其中水稻施药全部依赖航空方式。自2002年起，美国在农业航空技术上的研发投入已逾7000万美元。此外，韩国、巴西、俄罗斯和加拿大等国也纷纷将无人机应用于飞防作业中。

中国的农用无人机发展历程相对较晚，正处于蓬勃发展初期。起始于2004年，科技部863计划的推动下，农业部南京农机化所等机构着手进行无人机在农业植保领域的研究与推广。2007年，植保无人机的产业化进程正式启动。2010年，汉和航空成功制造并投放市场首架商用植保无人机，标志着中国植保无人机产业化的正式开启。根据农业部发布的数据，到2017年底，全国已拥有逾14000架植保无人机，航空植保服务组织数量超过400家，尽管保有量全球领先，但技术与体系仍有提升空间，包括针对无人机特性的新型药剂、沉淀剂以及软件等技术仍需进一步研发。国际巨头如拜耳、陶氏、巴斯夫等投入了资源研究相关领域，而国内的新安化工、诺普信、广西田园生化等企业也组建了无人机研发团队，大疆、极飞等无人机制造商则专注于技术研发。

(二)植保无人机分类及特点

1.按动力分类

动力类型划分下的植保无人机主要包括：

电动植保无人机通常利用锂电池作为动力源，它的特点是无人机构造比较简单，平时维护容易，对操作人员技能要求低；场地适应能力强，展开迅速，轻便灵活；电动输出功率不受含氧量影响，可在高原地区使用；电池可充电重复使用，成本低；震动小，成像质量好。缺点是抗风能力弱，续航能力不足，电池报废后存在环境污染问题。市场价格一般在万元之间。

油动植保无人机采用燃油作为动力源，其特点是燃料易取，载重大，续航能力强，具有较好的抗风能力。但油动无人机自主飞行能力差，油门响应速度慢，不易掌握，对飞行员操作水平要求高；控制精准度低；在高原性能不足；震动大。市场价一般在20万元以上。

无人机的动力系统由发动机与电机协同工作，旨在互补彼此的局限，展现出广阔的市场潜力。然而，技术挑战尚待攻克，首要的是精确控制飞控算法，鉴于发动机功率波动可能导致操作延迟，电机需提供即时动力支持。此外，还需解决油机与电机动力的合理匹配问题：过度依赖油动力可能导致飞行稳定性下降，因电机转速影响下，升力非线性衰减；而过度依赖电动力则会牺牲续航时间。

2.按机型结构分类

按照机体构造的分类，包括固定翼植保无人机、单旋翼植保无人机和多旋翼植保无人机。

无人机植保机凭借其显著特点如下：装载能力强大，飞行速度快捷，工作效率高效。在执行任务时，它采取超低空飞行策略，配备简便而安全的起降装置，能自动执行多样化的飞行植保作业。然而，对于作业场地，地形条件的要求相对较高，需确保有足够的开阔区域供起飞和降落，同时，作业区域周围的障碍物如电线、电杆、树木等可能影响飞行安全，且该机型不支持悬停操作。

作为农业植保领域的初次探索，单旋翼无人机凭借其特有的技术特性展现出优势：风场稳定性高，雾化性能优越，药液向下渗透深度大，具有较强的穿透力，能够直达作物根茎区域，尤其在抗风性能上表现突出。然而，此类无人机的局限性亦不可忽视，主要包括初始投资成本较高，对操作人员的技术要求严格，且一旦发生飞行故障，如发生炸机事故，可能产生的损失相较于其他机型更为显著。

多旋翼植保无人机基于对称布局的设计，通过多个旋转轴驱动旋翼驱动飞行，其性价比高且易于操控，快速完成操作员培训。然而，其抗风性能有限，尤其在风场稳定性方面稍显不足，导致风场分布分散，覆盖范围受限，若需扩大喷洒区域，需延长悬停杆，这将增加飞行的不稳定性，作业难度提升，且可能增加坠机风险。作业覆盖半径通常控制在300米以内，每次作业持续时间大约为30分钟，适用于小规模农田作业。目前，农户普遍倾向于多旋翼电动版本。未来的选择和发展将取决于无人机技术的不断进步，这需要更多的实践与探索作为支撑。

(三)植保无人机作业现状

1.适应面广

植保无人机展现了显著的优势，包括其卓越的便携性和灵活性，无论面对何种地形或作物类型，包括那些对传统地面设备构成挑战的水田、山地、坡地以及不规则农田，无人机都能胜任飞防作业。特别在作物生长的不同阶段，如甘蔗生长过程中，早期使用无人机进行喷洒避免了对幼苗的潜在损害，而在生长后期，无人机的高效作业使得在难以触及的顶部施药变得易如反掌，尤其是在保障人身安全方面，无人机的应用有效地消除了人工操作的风险。

2.节水节药，节能环保

植保无人机为低空雾化喷洒，保证均匀喷施整个植株。常规每公顷农药用量,而植保无人机飞防作业每亩地喷施专用农药15L左右即可达到防治效果，节省水资源，减少农药使用量，大幅度减少农药对环境的影响。

3.效率高

无人机植保技术展现出显著的喷洒效能提升，其效率大约是人工操作的百倍，有效缓解了当前劳动力短缺和成本上升的压力。植保无人机主要采用专为飞防设计的高效药剂，这使得作物的吸收率相对传统农药大幅增加。在飞行过程中，无人机产生的气流能促使细长叶片翻转，从而确保药物均匀覆盖，提升了施药的均匀性和作物保护效果。

4.安全性高

远程操控的植保无人机作业模式使得施药过程得以在安全距离内进行，从而降低了人员直接接触有毒农药的风险。此外，无人机的作业时间不受昼夜限制，显著提升了安全生产的保障程度。

(四)植保无人机应用存在问题

1.续航能力不足

目前我国使用大多为电动植保无人机，配备电池平均续航能力为分钟左右，电池充次左右就要报废，成本较高。

2.载重不足

植保无人机载重一般为,大面积作业需要不停地更换药箱，直接影响到作业效率，从而影响到成本。

3.飞防专用药剂缺失

无人机的飞防效果很大程度上与使用的药剂有关，目前植保作业大多凭经验或参考地面喷雾确定剂量与配置方法，往往因为用量、配置不科学或缺乏助剂而影响作业质量，导致药剂利用率低、喷洒效果差甚至产生药害。因此飞防专用药剂、专用助剂是植保无人机发展普及的瓶颈，专用药剂和助剂的研发是未来发展的另一重心。

4.定位不精确

进行飞防作业首先要熟悉田地的面积、形状、有无障碍物等信息，目前的了解方法主要有两种：第一种方法是通过公开发布的百度地图、谷歌地图等地图数据，获取目标区域的位置信息，这种方法的不足之处是通常会有几十米的误差，精准度不高，而且缺少障碍物信息；第二种方法是人工携带高精度差分GPS到植保农田现场进行测量，获得高精度的位置信息和障碍物信息，这种方法的缺陷是在作业前需大面积测绘，作业效率低且成本高。无人机定位不准会导致重喷、漏喷、误喷等现象，精准作业是植保无人机的一个关键问题。

(五)防治效果影响

1.药剂及助剂的选择

农药的成分、作用、产品质量等直接影响防治效果。此外，普通农药制剂一般含有增稠剂等，直接将多种药剂互配容易出现沉淀、结晶、絮凝等现象，导致喷头堵塞，且配药花费时间长，重影响作业效率和效果。使用无人机飞防专用药剂黏度小、流动性好，多种制剂产品桶混仅有微量沉淀出现，作业效率高。同时也要注意使用合适的施药浓度和施药量。

在无人机病虫害防治中，飞防专用助剂的合理应用同样关键，它能够优化施药性能。通过提升喷洒设备的雾化效率、加速雾滴的沉降速度、强化防止飘移的效果，飞防助剂有助于减少农药的用量。常用的辅助剂类型包括：抗漂移剂以减缓飘移现象，扩散剂促进药液均匀分布，湿润剂增强药物与叶片的接触，蒸发抑制剂减缓药液挥发，吸收剂促进药效吸收，以及安全剂确保操作过程的安全性。

2.飞行参数设置

植保无人机飞行参数并不是随意设置，其中高度、速度等要素都直接影响飞防的实际效果与效率。无人机飞行过低不仅喷洒范围小，影响作业效率，而且容易与作物接触发生事故，产生的风力使作物发生倒伏；飞得越高，药物越容易飘离和蒸发，落在作物上的药剂就越少，建议飞机飞行高度。飞行速度原则上在保证安全和喷洒效果的前提下飞行速度越快，效率就越高，但是在实际作业过程中发现机身重量加上电池和药剂总重量大，惯性也大，如果飞行过快，很难按照自己的想法控制飞机的飞行姿态，出现掉高、停止困难等现象，加大了飞机事故率（也有可能是飞控种类不同，停止方式不同)，一般保证效率效果的话，建议把速度设定为即可。

3.气候环境的影响

(1)风力

鉴于风力对无人机飞行稳定性的影响及可能引发的药物漂移风险，建议在风力条件较为强烈时，审慎评估并依据风速的具体数值来决定无人机的适用性及其适宜的飞行高度。

(2)温度

在执行植保作业时，高温条件会对药物喷洒产生双重影响。首先，药物的挥发可能导致其活性成分丧失，从而降低药效；其次，植物的气孔可能因高温而闭合，阻碍药物的有效吸收。此外，无人机的动力源——电池对于温度极其敏感，极端的高温或低温都会导致电池性能下降。因此，无人机的理想作业温度通常设定在一个特定的适宜区间内以确保最佳工作效率和电池稳定性。

(3)湿度

无人机喷洒作业的特点在于其高浓度与少量水分，因此湿度因素对其效果有一定影响。当前，无人机普遍采用水基型农药，湿度下降可能导致药液挥发，从而减弱药效；相比之下，对于粉剂型农药，较低的湿度有利于增强其在作物表面的附着力，提升药效和利用效率。实际操作时，应根据作业环境的具体湿度条件，灵活调整使用的农药类型和水量配置。

(4)气象

无人机的飞行通常受天气的限制。无人机有些零部件不防水，在雨天、雾天等建议禁飞，还有雷电、雾霾、下雪天等均不适合无人机作业。

4.雾滴大小

在无人机飞防作业中，雾滴粒径的精确控制被视为至关重要的调控要素，它直接决定了植保无人机病虫害防治的效能。优化雾滴尺寸管理，旨在通过最小剂量实现最优防治效果，同时最大限度地减少对环境的潜在污染。雾滴的大小差异显著影响着农药应用的特性：较大的雾滴倾向于沉降，虽不易飘移或迅速挥发，但因其分布不均和附着力低，可能导致药液流失，从而降低防治成效并污染土壤和水源。相比之下，较小的雾滴能够更好地覆盖作物叶片，提高附着率，促进作物吸收，利用率高。然而，它们对气流、风力以及环境温度的变化极为敏感，易产生飘移和蒸发现象。因此，在实际操作中，必须依据作物种类和病虫害特性来选择适宜的雾滴粒径设定。

5.作物和病虫害情况

作物的种类、生长阶段、高矮、密度，以及病虫害的种类、生活习性、重程度等，都对防治效果有影响。目前无人机更适合甘蔗、小麦、水稻、甜菜、玉米等大面积种植的作物，而不太适合果树等相对立体且生长密集的作物，这就需要根据具体情况调节亩用量、作业参数和用药，也需要更专业的植保知识。

(六)植保无人机的发展前景

1.植保无人机飞防符合国家农业发展规划

我国当前面临农药使用量庞大的现实，然而其利用率相较于发达国家尚显不足。农药的大量流失于土壤和水环境之中，加剧了农田生态的环境污染问题。鉴于国家已设定化肥和农药零增长的战略目标，精准喷施无人机技术正契合我国农业可持续发展的战略导向。

国家层面积极推行农业现代化战略，植保无人机的飞防作业作为创新技术崭露头角。近年来，无人机的数量与操作者群体迅速增长，得益于各级地方政府的大力支持。自2017年起，各地政府积极响应，通过与无人机飞防企业或机构的紧密合作，大规模引入具有高效作业能力的植保无人机，以推动农业生产的智能化进程。

农作物的病虫害防治作业由专业无人机飞行服务组织执行，其所带来的显著成效深得赞赏。

2.我国农田地形地貌及国情必然选择植保无人机

我国植保无人机产业正处于快速发展阶段，展现出可观的市场潜力。鉴于我国地形复杂，包括丘陵、山地、水田和坡地等特殊农田，传统喷药方法在这些区域操作繁重，效率受到限制。同时，农村人口结构中老龄化的趋势与青壮劳动力的短缺并存，土地分布相对分散，这促使农业向集约化和机械化转型。在这样的背景下，无人机应用于病虫害防治契合我国农业现实需求，其广泛的推广前景不容小觑。

二、当前无人机在农业植保中的发展情况

作为国家基石与强盛之源，农业确保了国家的持续稳定发展，这是不可或缺的基础支撑。每年备受瞩目的中央一号文件均聚焦于农业议题，彰显了国家对这一领域的深切关怀。面对我国多元的生态环境和各异的耕作体系，农业面临着频繁且严峻的病虫害挑战。

根据统计数据，我国农作物面临的有害生物种类繁多，总计超过1700种，具体细分如下：虫害种类逾830种，病害达720种以上，杂草数量超过60种，而鼠害则涉及20种以上。其中，对农业生产构成严重威胁的种类超过100种。尽管面临病虫害频繁发生的严峻挑战，我国粮食生产仍实现了连续11年的增长。作为主要的防治工具，化学农药在保障粮食产量方面发挥了至关重要的作用。

针对我国农业存在的挑战，农药和化肥的有效利用率相对偏低，尽管在全球耕地总量中占据了7%的比例，却消耗了全球35%的农药和化肥份额。这种过度使用对环境和生态系统构成了显著的压力。鉴于保障粮食安全乃国家基本国策，农业既要维持产量增长和经济收益提升的目标，以满足十三亿多人口的粮食需求，当务之急是实现农业发展模式的根本转型。即从单纯追求产量和资源大量投入的粗放型管理，转向强调产量、质量、效益的均衡发展，注重提升农业竞争力，积极推动科技创新，并致力于实现资源节约型和环境友好的集约化农业发展道路。

随着土地流转与农村生产力的日益提升，植保领域的变革不仅体现在机械的更新换代上，作业模式及执行队伍亦随之发生显著变化。专业化的服务提供商和机构逐渐成为植保服务的核心力量，这对植保工作的标准化和专业化提出了新的挑战。在当前市场中，传统手动喷雾器占比高达93.5%，其数量达到5800万台，然而这些设备已无法充分满足现代植保作业的需求。相比之下，新兴的农用无人机凭借其快速的飞行能力、高效喷洒作业以及应对突发事件的优势，正逐渐崭露头角，被视为现代农业植保机械的新宠和突破点。

(一)农业飞防作业概述

作为现代农业体系的关键支柱，农用航空植保彰显出农业现代化进程中的重要地位。它是一种融合了航空技术和植物保护农药技术的创新植保手段，本质上属于机械化与自动化的现代农业解决方案。得益于航空技术的应用，农用航空植保实现了大规模、全方位防治的高效作业，显著区别于传统的地面机械化植保方式，通过航空设备的使用，成功地解放了人力，提升了作业效率。

无人机在农用航空施药方面展现出显著优势：首先，得益于快速的作业飞行速度和高效能的喷洒作业，提升了作业效率；其次，其在应对突发灾害时表现出强大适应性。如图所示，植保无人机在实际场景中的应用，成功解决了农业机械或人工难以进入特定区域进行作业的局限。这一技术前景在农业植保领域备受瞩目。

目前市场上电动、油动、多旋翼、单旋翼植保无人机并存，相对而言，电动多旋翼植保无人机使用较多，载药量在,大多数价格在5~20万元之间，而购机者多为种植合作社或农机服务组织，购机量多的省份均有相应的省、市、县级财政补贴。2015年全国农用植保无人机作业面积约为1000万亩，日作业面积为亩，作业费用在10~20元/亩之间，成本在2~10元/亩之间，农户对无人机作业效果评价良好率占6359%。

截止到2019年10月份，植保无人机保有量55万余部，作业面积45亿余亩次。短短4年时间，植保无人机作业面积增长了近45倍。农业植保无人机规模作业能达到每小时亩，其作业效率要比常规喷洒作业高出近百倍。植保无人机自动飞控导航作业，可以最大限度地减少作业人员接触农药的时间，从而保证了工作人员的安全。使用飞控导航自主作业只需在喷洒作业前，将农田里农作物的基本信息采集到，并把航线规划输入到地面站，无人机便可进行全自主作业，在田间地头起飞对农作物实施作业，作业完成之后自动飞回到起飞点。而在飞机喷洒作业的同时，还可以通过地面站的显示界面实时观察喷洒作业的进展情况。

(二)国外农业现状

从世界范围来看，农业航空较发达的国家主要有美国、俄罗斯、澳大利亚、日本等国家已经有了几十年的经验，产业成熟度较高。农业植保无人机是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，常见的多旋翼农用植保机在田头地埂就能升起降落从几米低空飞行可在视距范围内控制飞行。非常适用于各类复杂地形农田和不同种类高矮的农植物与树林，相邻农田种植不同农作物情况下也可精准的喷洒。配备先进的导航系统可以通过地面基站或者笔记本电脑规划飞行路线实现飞机自主喷洒农药。

农业航空技术在国家农业生产体系中扮演着关键角色，其应用份额持续增长。根据农田作业条件的特性，国际农业航空主要区分有人值守和无人操控两种操作模式。在如美国和俄罗斯等拥有广阔耕地的国家，通常采用有人驾驶固定翼飞机执行任务，而在地狭人稠的日本和韩国，微型无人机在农业植保领域的应用日益受到农户的广泛接纳。  然而，我国的航空植保作业覆盖率与全球平均水平相比尚有较大差距。尽管中国作为农业大国，农药产量和使用量居世界首位，但在植物保护技术方面，我们面临着植保设备陈旧、类型单一以及防治效率相对较低的问题。据统计，我国农用航空作业的先进程度远不及发达国家，目前仅为全球平均水平的2%，而美国和日本的这一比例已分别超过50%。

(三)国内农业现代化发展状况

中国的农业基础雄厚，致力于推进高效与安全的现代生态农业，这是国家农业现代化战略的核心愿景。作为现代农业结构中的关键环节和衡量农业现代化程度的重要指标，农业航空在中国现代农业进程中被赋予了不可或缺的角色。

在当前我国粮食作物生产中，传统植保手段主要依赖手工与半机械化操作。据统计，当前中国的植保设备主要以手动喷雾器和小型电动喷雾机为主，其中手动施药器械占比高达93.07%，背负式机动药械占比为5.53%，而拖拉机悬挂式植保机械仅占约5.7%。这导致植保作业劳动密集，劳动者承受着高负荷，且施药过程中安全风险不容忽视，频发的施药人员中毒事件表明其潜在危险。据估算，我国每年因病虫害防治滞后所造成的粮食作物产量损失超过10%。

随着国内农药使用量的急剧增长，作业成本高昂且资源消耗严重，导致资源利用效率低下，农作物产量与品质的稳定性受到影响。这一现状引发了严重的水土污染、生态平衡失调以及农产品品质下滑等问题，已无法满足现代农业的高效与可持续发展需求。

伴随工业化与城镇化的迅猛进展，农村劳动力的接纳能力显著提升，促使了大规模的劳动力从农村向城市转移，随之而来的是农村季节性劳动力的供需失衡和劳动力成本的急剧攀升。同时，农村土地使用权流转加速，催生了家庭农场、新型农业经营主体和种植能手的蓬勃兴起，这些变革对我国农业生产的格局产生了深远影响。农业生产逐步外包给专业的服务团队，标准化和规模化病虫害防治的统防统治服务体系得到了快速壮大。

随着专业化统防统治工作的持续深化，小型背负式喷雾设备已难以适应日益增长的防治需求。大中型植保机械与农业航空植保技术因其显著的作业效率提升、广泛的适用范围、节水节药的环保特性以及劳动力成本节约的优势，展现出强劲的发展势头。

农业航空植保技术的应用对于提升我国农作物病虫害防治的机械化程度，推动专业化统防统治服务，优化农业资源利用，强化突发大面积病虫害防控效能，缓解农村劳动力压力，提升农业抗风险能力，确保国家粮食安全与生态安全，以及促进农业的可持续发展具有深远的战略价值。

(四)农业植保机械化现状

1.农业航空植保的特点及发展优势

农用飞机航空作业速度快、突击能力强、防控效果好、飞机飞行产生的下压气流吹动叶片，能使叶片正反面均能着药，防治效果相比人工与机械提高，应对突发、爆发性病虫害的防控效果好；不受作物长势的限制，可解决作物生长中后期地面机械难以下田作业的问题。

通过轻型无人机技术，针对水稻、玉米和甘蔗等高秆作物，我们实现了地面传统机具难以触及的低空喷雾作业提升，从而推进了机械化进程，实现人机分离作业，减轻操作人员的劳动强度，防止农药中毒等潜在风险。高效航空植保设备和施药策略的运用，是提高农药利用效率的关键途径。这些无人机精确控制微细雾滴，确保目标作物表面均匀沉积药液，同时减少不必要的农药损失。借助航空作业，我们能够根据病虫害的实际状况，执行精准且适量的农药施用，达到环保与增产的双重目标。

2.我国农业航空发展前景

随着我国农业现代化的加速推进，新型经营实体蓬勃发展，农村劳动力的供需矛盾日益凸显，人工成本的攀升趋势明显。在此背景下，专业化统防统治工作呈现迅猛发展态势，对具备高效、广泛适用、节水节药、节省劳动力的大型和中型农业植保设备，尤其是农业航空植保技术的需求日益迫切。作为保障粮食安全的关键路径和战略性新兴产业的重要支柱，农业航空植保不仅被视为未来统防统治的重要方向，其在无人施药机等低空喷雾技术领域的应用前景广阔无比。

三、农业航空植保产业的关键挑战

中国农业航空的相对落后主要体现在以下几个方面：首先，我国农用飞机的规模有限，占比仅为全球总量的约1.3%，在年度处理的耕地面积上也相对较少，仅占总耕地面积的17%。其次，政策法规体系的不完善、核心技术研发的不足、专业人才的短缺、社会化服务系统的不健全以及农田基础设施建设的欠缺，这些都是制约我国农业航空业快速发展的关键因素。此外，制度层面缺乏对农业航空公益性的有力支持，这些共同阻碍了我国农业航空植保产业的壮大。

(一)农业航空政策法规体系不完善

中国农业机械化协会主导编订了九项农用航空行业的团体标准，其中核心内容即《植保无人飞机作业质量》。这些标准详细规定了作业质量，尤其关注施液量的精确度、雾滴沉积密度的均匀分布以及雾滴分布的均衡性，旨在推动飞防效果评估工作的标准化进程，并提升其规范化程度。作为国内植保无人机作业质量评估的首个准则，这些标准由协会联合业内领先企业共同制定，凝聚了行业内的高水平技术和规范要求。

缺乏完善、规范的技术标准及作业规程；农业航空飞行作业申报审批手续复杂，不但提高了农业航空作业成本，还延误了最佳作业时机，甚至导致作业失败；至今尚未专门出台旨在推动、促进农业航空产业快速发展的国家政策，对农用飞机的采购机场的使用、农用飞机燃油补贴等没有相应的扶持政策。在国家层面、行业内以及行业间缺少支持农业航空的整体发展战略规划。

在农业航空领域，核心科技研究存在显著短板，导致应用成本相对较高。

我国农用航空资源相对匮乏，其中飞机数量偏少，植保应用占比较小，对航空植保技术的推进形成了限制。当前我国农业航空装备种类繁多，包括诸如M-18 AT-402B、Thrush510G、Y-5 Y-11、海燕650、GA-200固定翼飞机以及贝尔407、罗宾逊R66直升机等多种型号，尽管部分老旧型号如Y-5、Y-11甚至已停产并进入淘汰行列，但它们依然作为航空农业的主力在服役，然而这种超期运行状况加剧了运营成本和维护难题。此外，飞行服务基础设施建设与保障体系的滞后，加上专业人才的短缺，共同制约了我国农用航空飞机的现代化进程。

基础研究，尤其是农用飞机的制造与配套喷施技术的研发存在短板，机型种类相对有限，更新能力及产能未能充分满足市场，这导致了规模化效益的缺失，进而使得产品价格和维护成本居高不下，市场需求相应萎缩，反过来又制约了生产规模的扩大，形成了不良的循环效应。

(三)农业航空社会化服务体系不健全

农业航空在农业生产中的战略性价值尚未充分发挥，主要体现在中国尚未建立起完善的配套服务体系。这其中包括租赁、中介、培训、维修以及推广、金融支持和保险等多元化的专业化公司，它们规模受限，导致单个企业难以承担广泛的运营成本，从而制约了大面积应用的推进。另外，中国在机场保障设施方面的不足，特别是针对农业航空专用设施的缺乏，也构成了农业航空事业发展的一大瓶颈。

对农业航空认识不足，与农业航空相适应的农田作业环境基础建设被忽略，在制度上缺少对农业航空的公益性安排。长期以来通常认为农业航空作业技术性强、价格高，农业生产中不起飞机。对农业航空作业的整体高效益和低成本认识不足，造成农业航空的市场需求落后，许多人仍处于旁观状态。此外，分散经营的生产模式，造成地块小而分散，与农业航空规模化作业的模式不相符合。而且，各地在进行农田规划时，缺少大规模的集约化经营安排，防风林、电力电信布线等末将农业航空作业纳入考虑，对农用飞机的作业安全也造成了极大的威胁。

关于航空植保的低容量喷雾技术理论与相应的制剂研发准备工作尚显不足

与地面喷杆喷雾机大容量喷雾不同，航空植保施药液量应该控制在公顷，属于低容量喷雾和超低容量喷雾。此时，农药雾滴粒径就需要采用细小雾滴，而细小雾滴在螺旋桨下，尚需研究雾滴大小及数量的监测手段和测量标准。另外航空植保中的喷雾装备系统也需要研究开发。在航空植保中，因其施药液量少，农药雾滴在农作物冠，层沉积分布规律、农药雾滴最佳密度等众多科学理论问题需要研究。

航空植保作业中的农药制剂配制策略与传统的地面大范围喷洒有着显著差异。鉴于空中喷洒的药液浓度显著高于地基设备，这要求对药剂浓度进行精细调控以减小对作物潜在的危害。同时，关键在于控制微小雾滴的生成量，以有效降低飘移导致的环境风险。目前，我国航空植保作业普遍沿用地面喷杆喷雾机的制剂类型，亟待优化，并亟需制定相应的技术标准以确保作业的安全与效率。

对于航空植保对环境及生态系统的影响，尚缺乏有效的追踪监测机制。

针对航空植保过程中细小雾滴施用后对环境产生的潜在影响，现有的追踪研究尚显不足。为了确保航空植保的可持续发展，亟需进行深入研究，监测其对周边农作物、蜜蜂群体、牲畜饲养场所以及水源等环节可能造成的影响，从而为航空植保技术的优化提供翔实的科学依据。

四、现代农业无人机技术详解与类型探讨

(一)农业植保无人机概念

无人机家族中的重要分支——农业植保无人机，专为农林植物保护设计，它由飞行平台与喷洒系统构成。通过地面操控或自主导航，执行病虫害防治、施肥增效及授粉等任务。凭借其高效、环保、显著提升作业效果以及智能化的特点，展现出强大的农业应用价值。

无人机植保设备主要构成包括机身（结构框架）、飞行控制系统、动力装置、通信链路以及喷洒执行单元。其操作可通过地面遥控指令或通过地面站进行精确导航调控来完成相应的农事活动。

1.机身（架）

作为系统的基础构建，支撑组件对于无人机的整体整合至关重要。它承载着连接和组装各个部件的任务，而机身（结构）则需具备必要的刚度和合理的设计，以确保无人机的稳固性。

2.动力系统

动力系统主要包括电机（针对电动多旋翼和电动直升机）或发动机（适用于燃油驱动的多旋翼和直升机），其结构复杂。具体而言，旋翼组件主要由以下四个部分构成：机臂座、机臂、电机以及螺旋桨。

3.控制系统

包括飞控，遥控器，接收机，电子调速器(ESC),GPS,差分模块等目前比较好的飞控品牌有大疆科技，零度智控，XX,无距科技等。遥控器国内比较流行的是futaba、天地飞等品牌。

4.喷药系统

喷洒系统，其核心特征在于高压喷头/离心喷头以及药泵、流量计等关键组件。作为植保无人机与众不同的基本配置，该系统主要由药箱、水泵、软管与喷头构成。其功能是在无人机飞行期间，通过药箱抽取农药，经由喷头精确喷射，借助螺旋桨产生的向下气流，实现深入穿透的喷施效果。

设定植保无人机的最大飞行速度应控制在7米每秒以内，因为一旦超越此限，无人机在高速行进时可能与喷洒的药液产生脱节现象。这将导致药液无法获得有效的下压力，进而可能导致药液飘散流失或快速蒸发，从而对作业效果产生负面影响。

(二)农业植保无人机分类

1.按照飞行平台分类

(1)直升机植保机

直升机植保机的动力源自高效的发动机，它驱动旋翼产生升力。发动机同时驱动安装在尾部的小型螺旋桨。内置陀螺仪实时监测直升机的旋转角度，并将反馈信号传递至尾桨，借此通过调节小螺旋桨的螺距，平衡大旋翼在不同转速下的反作用力。飞行方向的控制，如前进、后退、上升和下降，主要依赖于对主旋翼倾斜角度的精准调整；而转向则依赖于对尾部尾桨的巧妙操作。

直升机植保无人机的优势在于其具有统一而稳定的下压风场，穿透性更强，桨叶产生的下洗气流能够使药液到达作物底部的叶背，具有良好的植保效果，能更好地满足高秆作物、果树和较茂密作物的作业需求。但缺陷主要是结构复杂、操作难度大，飞手需要较长的培训周期才能达到作业要求，而且在田间作业一发生事故损失较大需要较长的维修周期和更多的配件投入。

(2)多旋翼植保机

近年来，新型的多旋翼植保无人机凭借其显著的优势脱颖而出。其设计简洁，操作便捷，且价格亲民，成为农业植保领域的热门选择。这种无人机具备垂直起降与自由悬停的能力，适应性强，能在各种自然环境中自如执行任务，包括那些对人类来说难以进入的复杂和潜在危险区域。其自主飞行和精确着陆的功能提升了作业效率，主要通过调整桨叶转速来实现前进、后退、横向移动、转向、升降等动作，操作易于掌握。此外，多旋翼植保无人机展现出较高的自动化水平，相较于同类机型，同等负载的购置成本更为经济，能够满足多样化作物的作业需求。

由于多旋翼植保机特有的飞行平台构造，其载重量与续航能力相对较逊，且因配备多个旋翼，每个旋翼的旋转方向相反，导致形成相互作用的复杂风场，这可能导致一定程度的风场混乱，从而在植保效能上略逊于直升机植保机。

无人直升机和多旋翼无人机对比

2.按发动机类型分类

按照发动机类型可以分为油动发动机与电动机，直升机农业植保机目前在市场上电动产品和油动产品均有分布，在中国主要是电动为主；多旋翼农业植保机目前市场以电动为主，但是也出现过一些油动多旋翼无人机产品。

(1)油动直升机植保机

初期阶段，直升机植保机主要采用燃油发动机驱动，这为其带来了续航时间长、负载能力较大的优势，相对于电动多旋翼有所优越。然而，它们所使用的航模专用发动机在调试上复杂，且使用寿命相对较短，通常只能维持约300小时，其中前100小时需进行保养，过程繁琐，增加了维护成本和植保作业的经济负担。鉴于植保作业通常速度较低，风冷系统在高温高湿季节难以充分散热，导致油动植保无人机在这些条件下性能受限。尽管部分产品已改用水冷发动机，但散热问题和发动机寿命的核心问题并未得到根本解决。此外，由于依赖空气中的氧气，油动植保无人机在高海拔地区的工作效能受限，且在所有植保无人机中操作难度堪称最高。

(2)电动直升机植保机

新型电动植保直升机源于传统油动直升机，针对其发动机寿命短、调试复杂等问题进行了创新。它采用无刷电机与锂电池驱动，显著提升电机的使用寿命和能效。该机型结构简洁，易于维护，机身轻巧，便于在各种地形条件下执行任务，特别是对于复杂地形的作业表现出色。电动植保无人机凭借其环保特性，如零排放、操作简便、维护简单、价格亲民、寿命长久，已证实可在高达4500米的高海拔地区正常运行。然而，其续航能力和负载能力相对较弱，需携带大量电池，导致重量增加、成本偏高、载荷有限且航时受限。一般而言，一架作业无人机往往需要配备多组电池以满足全天工作需求。此外，电动植保机的培训周期较长、摔机损失较大、维修周期也相对延长。当前我国市场上，直升机植保机的保有量明显低于多旋翼植保机。

油动直升机植保机与电动直升机植保机对比

(3)电动多旋翼植保机

电动多旋翼植保无人机凭借其显著的优势在市场上脱颖而出。首先，其用户友好性显著，即使是初次接触的健康成年人，只要在适龄范围内并接受短期专业培训，通常能迅速上手并执行基本作业任务。其次，与直升机植保机相比，电动多旋翼机在购置、意外损坏修复以及维护成本方面具有显著的优势，这无疑推动了其近年来的迅猛增长。

在锂电池技术尚未取得显著提升的现状下，多旋翼植保无人机的载重量与续航能力被视为其潜在的局限。为了满足持续作业需求，用户不得不频繁地备足多块电池进行轮换使用。

3.多旋翼植保机分类和性能特点

(1)按照旋翼数量进行分类

1)四旋翼植保机

四旋翼植保机以其结构简洁、飞行效能卓越，在多旋翼植保机市场中占据广泛选型。然而，该结构的显著劣势在于单个电机故障或螺旋桨损坏便可能导致飞行器失控坠落，从而在安全性方面存在隐患。

2)六旋翼植保机

六旋翼植保机的设计源于四旋翼机型的扩展，通过增设旋翼，即使单个机臂动力丧失，仍能保持机身的平衡与稳定性，因此其稳定性相对四旋翼更为出色。随着旋翼数量的提升，尽管总重量不变，每个旋翼产生的风场面积减小，这意味着多旋翼植保机的风场特性更为复杂。

3)八旋翼植保机

八旋翼植保机在设计上具备动力冗余特性，即使在两个非相邻机臂遭遇动力失效的情况下，仍能保持稳定悬停，这显著增强了多旋翼植保机的稳定性。这种设计的核心理念是强化设备的稳定性，从而将多旋翼植保机的安全性能提升至新的高度。

(2)按照气动布局进行分类

1)X型气动布局多旋翼植保机

无人机采用X型气动布局，如图所示，其设计是依据前进方向在等间距（机头前方与左前角、右前角各相距45度，机尾位置对称）安置相反方向的电机，这样可以有效抵消电机运转时产生的扭矩影响。

在多旋翼植保机的常见架构中，大疆创新的MG-1/1S系列以及XX公司的P-20系列产品均遵循X型设计。这种布局的特点表现为两个臂同步向前延伸，整体外观呈现出明显的X形特征。

2)十字气动布局多旋翼植保机

作为早期多旋翼无人机气动结构类型之一，十字多旋翼气动布局因其简易的气动设计而备受瞩目。只需调整轴向电机的转速，便能灵活操控无人机的姿态，实现基本飞行，这有利于简化飞控算法的研发。然而，其构造特性在航拍时存在局限，即无人机前进时，正前方螺旋桨可能会进入画面，带来操作上的不便。随着飞控技术的不断进步，十字布局逐渐被更为先进的X型多旋翼布局所替代。

在喷头布局上，十字形结构的多旋翼农业无人机展现出独特优势：通过在左右两侧对称配置的电机下方安置一个，加上朝前的电机对应位置，三个喷头协同作用，构建出全方位的喷雾覆盖区域。此类设计的代表性产品包括羽人科技的植保机系列和零度智控的守护者系列。

3.多旋翼植保机性能特点

在现代农业中，多旋翼无人机在农作物保护领域展现出广泛的实用性。它们不仅用于高效执行植保任务，还能够通过低空飞行进行农田信息的精准采集，从而获取详实的农田数据，支持精准农业实践。多旋翼植保无人机的主要优势包括：

(1)培训周期短

因其易于操控与灵活起降，无需专业跑道，多旋翼无人机得以迅速拓展其应用范围。特别是在智能植保多旋翼无人机领域，已实现自动化作业，显著提升了作业效率。这使得多旋翼植保无人机的操作培训具备了显著的优势，包括快速完成培训周期、较低的培训成本以及对操作人员技能要求相对较低的特点。

(2)高效作业

得益于先进的航线规划系统，多旋翼植保无人机的作业效率远超人工，其效率高达人工作业速度的50倍以上。随着农村土地流转进程的加快，耕地的集中程度日益增强，这使得传统的打药手段在面对大规模虫害时显得力不从心。尤其在数千亩耕地遭遇突发性虫害时，人力喷洒难以实现全面而迅速的覆盖，而农业植保无人机则能有效且迅速地应对大面积农作物病虫草害的防治需求。

植保无人机集群高效作业

(3)良好的作业效果

作业过程中，多旋翼农业无人机释放的强烈下沉气流能迅速将药剂雾化并精准地送达作物表面。这种气流还能够促使作物产生振动，确保药雾能均匀覆盖叶片背面及根茎区域。此外，现代多旋翼农业植保机普遍具备航线规划功能，有效地防止了重叠喷洒和遗漏区域的问题。

(4)环保安全

据统计，中国每年因人工施药操作引发的农药中毒事件约10万人左右，这其中包括一部分直接导致的死亡案例。在传统的农药喷洒过程中，劳动者身处潜在的药雾风险之中，若防护措施不到位或喷洒设备出现故障（如泄漏），工作人员极易遭受农药暴露，形成健康威胁。相比之下，现代农业采用多旋翼农业植保无人机执行任务，作业人员得以远离喷洒区域，从而显著提升了作业安全性，如图所示的植保无人机作业场景展示了一种更为安全的作业模式。

五、无人机在现代农业植保中的战略价值与关键作用

作物病虫害防控对农业生产至关重要，农业无人机植保技术作为防治领域的创新解决方案