農(nóng)用植保無人機(jī)技術(shù)白皮書

1、中國無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心農(nóng)用植保無人機(jī)技術(shù)白皮書（2015修訂）中國無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心2015年5月 /11_、八、，前言中國作為農(nóng)業(yè)大國，18億畝基本農(nóng)田，每年需要大量的農(nóng)業(yè)植保作業(yè)，我國每年農(nóng)藥中毒人數(shù)有10萬之眾，致死率約20%。農(nóng)藥殘留和污染造成的病死人數(shù)至今尚無官方統(tǒng)計，想必更是一個驚人數(shù)字。植保無人機(jī)服務(wù)農(nóng)業(yè)在日本、美國等發(fā)達(dá)國家得到了快速發(fā)展，在中國無人機(jī)的需求越來越明顯。全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃中明確的“一控二減三基本”方針，即嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)用水總量，減少化肥、農(nóng)藥施用量，地膜、秸稈、畜禽糞便基本資源化利用。力爭到2020年，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物化肥、農(nóng)藥使用量零增長。在“一控二減”方

2、面，無人機(jī)將發(fā)揮巨大作用。采用無人機(jī)作業(yè)，可直接節(jié)約用水量90%，減少農(nóng)藥30%-50%。農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)中的植保缺位不僅與當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；l(fā)展趨勢不相適應(yīng)。利用無人機(jī)開展施藥技術(shù)的研究仍處于初級階段。美國：農(nóng)用航空作業(yè)占耕地面積近50%日本：農(nóng)用航空作業(yè)占總耕地面積的54%世界：農(nóng)業(yè)航空平均水平為17%中國：農(nóng)用航空作業(yè)占總耕地面積不足2%綜上所述，農(nóng)用無人機(jī)有很大的發(fā)展空間，也需要更加規(guī)范的技術(shù)指導(dǎo)文件與之相適應(yīng)。無人機(jī)分類隨著社會的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，無人機(jī)的使用越來越多了，應(yīng)用也非常廣，涉及多個領(lǐng)域。無人機(jī)的應(yīng)用已滲透到了社會中的各行各業(yè)。按飛行平臺分類：無人機(jī)按主要分為：固定翼無人機(jī)，單旋

3、翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)等。按結(jié)構(gòu)分類：微型飛行器空機(jī)重量小于7千克的無人機(jī)輕型無人機(jī)空機(jī)重量大于7千克，但小于等于116千克的無人機(jī)，且全馬力平飛中，矯正空速小于100千米/小時(55海里/小時)，升限小于3000米小型無人機(jī)空機(jī)重量小于等于5,700千克的無人機(jī)，微型和輕型無人機(jī)除外大型無人機(jī)空機(jī)重量大于5700千克的無人機(jī)按應(yīng)用分類軍警用：偵察打擊、通信中繼、信息對抗、空中預(yù)警專業(yè)應(yīng)用：電力巡線、土地測繪、安防監(jiān)控、農(nóng)業(yè)植保、森林防火商業(yè)消費(fèi)：航模表演、個人航拍、商用快遞無人機(jī)政策環(huán)境分析無人機(jī)行業(yè)法律法規(guī)主要指民用無人機(jī)法規(guī)。2012年，在政策層面有多項(xiàng)利好政策，一些具體的實(shí)質(zhì)性的政策陸

4、續(xù)出臺。如2012年4月，財政部發(fā)布的民航發(fā)展基金征收使用管理暫行辦法，把通用航空作為基金支持的重點(diǎn)領(lǐng)域；2012年5月，民航局頒布了通用機(jī)場建設(shè)規(guī)范，為通用航空機(jī)場建設(shè)提供了有別于運(yùn)輸機(jī)場的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這對正在掀起的通用航空機(jī)場建設(shè)熱潮可謂一場及時雨；2012年7月，國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)民航業(yè)發(fā)展的若干意見明確了民航業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，并把通用航空列為發(fā)展重點(diǎn)，提出要大力發(fā)展私人飛行、公務(wù)飛行等新興通用航空服務(wù)；通用航空發(fā)展專項(xiàng)資金管理暫行辦法也已出臺，為通用航空企業(yè)帶來了力度不小的實(shí)質(zhì)性政策利好。以下是自2009年至今中國無人機(jī)相關(guān)主要政策如下=表仁堆至令中禺無人機(jī)相關(guān)主豪輩策?？?/p>

5、4伺蕪部】四沖i&lSfi曲|20(1-6民用航凳間祕電關(guān)于民間無人桃豹陰右關(guān)問JH的西行期血3事202-5a民用畝吃同*或民JIJ無A機(jī)空中咗述常列辦怙*“，2CHD-L尸出閉航空局*t壟丁-Un快堆用昉喀握岷的描堆0H201Q-g盧民用航空局*弍KT阿富刃川時:十民兀卅坯業(yè)訥杯泓的*2010-10盧4國著膠蓋TJcrViMH和發(fā)圈.&瞎懷加興產(chǎn)業(yè)符決址A盧20LO盧闔務(wù)威弋貳國凍J卜二五1*現(xiàn)劃4201LI2空怦蠶4WPF謀化中園低空空城曹理找中閑遠(yuǎn).迅)a20=1L4PE用毗供川*或艮就疫展箱卜-:于譏年劃坦冷42Q1L冃4良用航唏時(中國丘用起空劇覷幸比?0泮估址辿3”20123口工業(yè)

6、和竹尼化部(島罐鞍毎制適業(yè)十-ila,境廄理劃3鼻201272國務(wù)院心薩十二亞”園康拡賂性新典產(chǎn)業(yè)繪展規(guī)劃*220127*Hi籌院q玄關(guān)于促謹(jǐn)民眥業(yè)繪堪的若干車見P201212*PV口航究冋4成須川航住或戰(zhàn)廿項(xiàng)賽金営眶昇訐舟法-201314間務(wù)疏亠老艇豈民就業(yè)扯惡玉點(diǎn)T乍升：一方來5)“2013L2C良用無.人聲怏吧空環(huán)丟此侏：!4.関餘期苦柑規(guī)縫!-山東、河南省農(nóng)業(yè)廳和省財政廳撥付?？?，或?yàn)榈胤街脖Ｕ局苯淤徶棉r(nóng)用無人機(jī)，或?yàn)檗r(nóng)用無人機(jī)提供購機(jī)補(bǔ)貼。無人機(jī)農(nóng)業(yè)植保市場政策環(huán)境在未來35年或迎來成熟。該型無人飛機(jī)有飛行平臺（固定翼、單旋翼、多旋翼）、GPS飛控、噴灑機(jī)構(gòu)三部分組成，通過地面遙控或

7、GPS飛控，來實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)，可以噴灑藥劑、種子、粉劑等。由于農(nóng)用植保無人機(jī)體積小、重量輕、運(yùn)輸方便、可垂直起降、飛行操控靈活，對于不同地域、不同地塊、不同作物等具有良好的適應(yīng)性。因此不管在我國北方還是南方，丘陵還是平原，大地塊還是小地塊，農(nóng)用植保無人機(jī)都擁有廣闊的應(yīng)用前景。農(nóng)用植保無人機(jī)是一種遙控式農(nóng)業(yè)噴藥小飛機(jī)，機(jī)體型嬌小而功能強(qiáng)大，以載荷為16公斤的電動植保無人機(jī)為例，其噴灑效率是傳統(tǒng)人工的30倍，每天作業(yè)300500畝。飛機(jī)采用智能操控，操作手通過地面遙控器定位對其實(shí)施控制，其旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流對作物的穿透性，防治效果好，同時遠(yuǎn)距離操控施藥大大提高了農(nóng)藥噴灑的安全性。該飛行

8、平臺還能通過搭載不同的任務(wù)系統(tǒng)，對農(nóng)業(yè)病蟲害等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、農(nóng)村土地確權(quán)、農(nóng)作物長勢及病蟲害的監(jiān)測、施藥、授粉、施肥作業(yè)。農(nóng)用植保無人機(jī)的誕生1912年，加拿大已經(jīng)開始將飛機(jī)作為大田作物、果園等噴灑農(nóng)藥輔助工具；1918年，美國第一次用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥防治蝗蟲開始，正式拉開了航空植保的歷史序幕；直到1987年，日本Yamaha公司生產(chǎn)出世界上第一臺農(nóng)用植保無人機(jī)（R-50）；經(jīng)過近三十年的發(fā)展，目前日本擁有2346架已經(jīng)注冊的農(nóng)用植保無人機(jī)，操作人員14163人，成為世界上農(nóng)用無人機(jī)噴藥第一大國，日本的農(nóng)用植保無人機(jī)及其配套施藥技術(shù)發(fā)展比較成熟，已達(dá)到在短時間內(nèi)加注汽油，補(bǔ)充藥劑，操作實(shí)現(xiàn)傻瓜式，

9、施藥效率很高，目前無人機(jī)施藥已占總施藥面積的50%以上。農(nóng)用植保無人機(jī)市場發(fā)展目前，無人機(jī)涉及的領(lǐng)域是多方面的，而農(nóng)用植保無人機(jī)應(yīng)用更是多樣化的農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)：遠(yuǎn)勝人工植保，政策漸成熟催生年均400億市場。市場政策環(huán)境逐漸成熟。農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)指用于農(nóng)林植物保護(hù)作業(yè)的無人駕駛飛機(jī)，通過飛控實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)，可噴灑藥劑、種子、粉劑等。2013年農(nóng)業(yè)部出臺關(guān)于加快推進(jìn)現(xiàn)代植物保護(hù)體系建設(shè)的意見，提出鼓勵有條件地區(qū)發(fā)展無人機(jī)防治病蟲害。據(jù)中國農(nóng)機(jī)流通協(xié)會的調(diào)查顯示，農(nóng)機(jī)合作組織、種糧大戶、家庭農(nóng)場、農(nóng)民合作社在消費(fèi)主體中的比重正以15%的年均速度快速增長，新型農(nóng)業(yè)主體的崛起，以及新形勢下農(nóng)資市場的一系列變

10、革，都在為我國農(nóng)用飛機(jī)作業(yè)的發(fā)展提供了充足的有利條件。高效率及規(guī)避農(nóng)藥中毒，促植保無人機(jī)替代人工作業(yè)。中國作為農(nóng)業(yè)大國，擁有18億畝基本農(nóng)田，每年需大量的農(nóng)業(yè)植保作業(yè)，而我國每年農(nóng)藥中毒人數(shù)有10萬之眾，致死率約20%。農(nóng)藥殘留和污染造成的病死人數(shù)至今尚無官方統(tǒng)計，若統(tǒng)計在內(nèi)，人數(shù)料將大幅上升。所以人工噴灑農(nóng)藥對作業(yè)人員的危害性很大且效率低下。相反，植保無人機(jī)作業(yè)高度低，飄移少，旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流對作物的穿透性，防治效果高，可遠(yuǎn)距離遙控操作，噴灑作業(yè)人員避免了接近農(nóng)藥的危險，噴灑作業(yè)安全。當(dāng)前美國、日本等國家已廣泛使用無人機(jī)進(jìn)行植保，在我國隨著農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，性能

11、將進(jìn)一步提高且成本下降，預(yù)計人工替代動力更強(qiáng)。隨著家庭農(nóng)場、土地流轉(zhuǎn)、服務(wù)組織的升溫，給農(nóng)用無人機(jī)的發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)遇，農(nóng)用無人機(jī)正在成為農(nóng)機(jī)行業(yè)新的亮點(diǎn)和熱點(diǎn)，但在農(nóng)業(yè)實(shí)際作業(yè)中還面臨很多亟待解決的問題。據(jù)參加展會同期舉辦的農(nóng)用航空發(fā)展研討會的專家預(yù)計，2015年，農(nóng)用航空器國內(nèi)需求量將達(dá)到2000臺，到2020年不低于10000臺，發(fā)展前景廣闊，市場潛力巨大。預(yù)計未來1020年，無人機(jī)植保比重將持續(xù)替代，市場規(guī)模將持續(xù)膨脹發(fā)展。900050012000中國農(nóng)用無人機(jī)市場發(fā)展趨勢1000010000800080007000600060004000200020t5年2016年2017年2

12、01*年2D19年2020年農(nóng)用植保無人機(jī)的技術(shù)對比分析單旋翼植保無人機(jī)的特點(diǎn)旋翼大，飛行穩(wěn)定，抗風(fēng)條件好，風(fēng)場穩(wěn)定，霧化效果好，下旋風(fēng)力大，穿透力強(qiáng)，農(nóng)藥可以打到農(nóng)作物的根莖部位。核心部件為進(jìn)口電機(jī)，構(gòu)件為航空鋁材，碳纖材料，結(jié)實(shí)耐用，性能穩(wěn)定飛行植保作業(yè)歷時2年多，連續(xù)植保10萬畝/次以上，無重大故障，飛行駕駛簡便易學(xué)，穩(wěn)定智能的飛控系統(tǒng)，傻瓜式的操作模式經(jīng)過簡單培訓(xùn)就可上手。多旋翼植保無人機(jī)的特點(diǎn)技術(shù)門檻低造價相對便宜能垂直起降、空中懸停航模級別的國產(chǎn)電機(jī)和配件抗風(fēng)性能差連續(xù)作業(yè)能力差，效率低，單架次需要最少2-4塊電池組舉例，10L多旋翼無人機(jī)，單架次最少2塊電池組，作業(yè)面積1：1（1

13、0升:10畝），200畝植保作業(yè)需要飛行20次，攜帶電池4080塊，重量約為80160kg（單塊電池重量約2kg）由于多旋翼無人機(jī)，旋翼較小，旋轉(zhuǎn)方向兩兩相反，導(dǎo)致風(fēng)場散亂，風(fēng)場覆蓋范圍小，所以為加大噴灑面積，會把噴桿加長（噴桿總長超過旋翼直徑），由于空氣動力原因，在作業(yè)時會左右搖擺，導(dǎo)致飛行不穩(wěn)定，作業(yè)難度加大，增加摔機(jī)的風(fēng)險。3）燃油動力無人機(jī)的特點(diǎn)載荷大，15-120L都可以航時長，單架次作業(yè)范圍大燃料易于獲得，采用汽油混合物做燃料使用不方便，維護(hù)保養(yǎng)成本高（同汽車發(fā)動機(jī)）低價發(fā)動機(jī)均為兩沖程航模發(fā)動機(jī)，壽命短，發(fā)動機(jī)磨損大，最多飛行200小時左右需更換發(fā)動機(jī)農(nóng)業(yè)植保作業(yè)為低空低速飛行，

14、低價發(fā)動機(jī)均為風(fēng)冷，冷卻問題無法解決，一個架次飛完，發(fā)動機(jī)溫度太高，無法再次起飛，嚴(yán)重影響植保作業(yè)效率實(shí)際飛行中，操控相對麻煩，飛行前的檢驗(yàn)程序很多，摔機(jī)率非常高，達(dá)到50%以上。噪音大，由于燃料是采用汽油和機(jī)油混合，不完全燃燒的廢油會噴灑到農(nóng)作物上，造成農(nóng)作物污染。售價高，大功率植保無人機(jī)一般售價在30-200萬整體維護(hù)較難，因采用汽油機(jī)做動力，其故障率高于電機(jī)4）電動植保無人機(jī)的特點(diǎn)環(huán)保，無廢氣，不造成農(nóng)田污染易于操作和維護(hù)，一般7天就可操作自如售價相對較低，普及化程度高電機(jī)壽命可達(dá)上萬小時載荷小，載荷范圍5-15L航時短、單架次作業(yè)時間一般10-30分鐘，作業(yè)面積10-50畝/架次采用鋰

15、電作為動力電源，外場作業(yè)需要及時為電池充電由此可見，單旋翼電動植保無人機(jī)更適用于植保作業(yè)，它具備其他多種技術(shù)優(yōu)勢，市場總是優(yōu)勝劣汰的，單旋翼無人機(jī)是無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的趨勢，引領(lǐng)整個無人機(jī)的植保作業(yè)。技術(shù)趨勢無人機(jī)和傳統(tǒng)的航空制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈一樣，產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及產(chǎn)業(yè)眾多，從航空機(jī)載武器裝備、機(jī)身復(fù)合材料、飛行器操縱控制、發(fā)射回收裝置、無人機(jī)整機(jī)等到無人機(jī)的應(yīng)用（包括軍用和民用）。多旋翼無人機(jī)進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域的最后一塊拼圖是導(dǎo)航飛行控制系統(tǒng)的成熟化。多旋翼機(jī)是不穩(wěn)定系統(tǒng)且不能完整驅(qū)動，良好的導(dǎo)航飛控技術(shù)對多旋翼機(jī)性能的穩(wěn)定至關(guān)重要。目前國內(nèi)外具備導(dǎo)航飛控系統(tǒng)研發(fā)能力的企業(yè)只有少數(shù)幾家，該技術(shù)資源構(gòu)成較高的競

16、爭壁壘。同時多旋翼機(jī)的一個重要趨勢是載荷的持續(xù)提高這使得多旋翼機(jī)能進(jìn)入到農(nóng)業(yè)植保、遙感等領(lǐng)域，進(jìn)一步難打開市場空間。單旋翼無人機(jī)植保作業(yè)風(fēng)場穩(wěn)定，霧化效果好，下旋風(fēng)力大，穿透力強(qiáng)，穩(wěn)定性更好，載荷達(dá)16L，需要的航電技術(shù)及電機(jī)都要更優(yōu)，對核心電機(jī)要求更高，對單旋翼無人機(jī)企業(yè)要求更高，具有穩(wěn)定智能的飛控系統(tǒng)，傻瓜式的操作模式無人機(jī)更適用于整個行業(yè)的需求。植保無人機(jī)具有作業(yè)高度低，飄移少，可空中懸停，無需專用起降機(jī)場，旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧流對作物的穿透性，防治效果高，遠(yuǎn)距離遙控操作，噴灑作業(yè)人員避免了暴露于農(nóng)藥的危險，提高了噴灑作業(yè)安全性等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，電動無人直升機(jī)噴灑技術(shù)采用噴霧噴

17、灑方式至少可以節(jié)約50%的農(nóng)藥使用量，節(jié)約90%的用水量，這將很大程度的降低資源成本。電動無人機(jī)與油動的相比，整體尺寸小，重量輕，折舊率更低、單位作業(yè)人工成本不高、易保養(yǎng)。農(nóng)用單旋翼無人機(jī)具有施肥施藥精準(zhǔn)度和作業(yè)效率高、利于規(guī)?；a(chǎn)，體積小巧、方便轉(zhuǎn)場和運(yùn)輸，適用性好、不受地形條件限制，安全性高、有效避免駕駛?cè)藛T傷亡等優(yōu)勢，逐漸代替了早期的固定翼飛機(jī)和多旋翼飛機(jī)，成為農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱門機(jī)型。農(nóng)用植保無人機(jī)參考性能指標(biāo)采用高效無刷電機(jī)作為動力，機(jī)身振動小，可以搭載精密儀器，噴灑農(nóng)藥等更加精準(zhǔn)；地形要求低，作業(yè)不受海拔限制，在西藏、新疆等高海拔地域；起飛調(diào)校短、效率高、出勤率高；環(huán)保，

18、無廢氣，符合國家節(jié)能環(huán)保和綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展要求；易保養(yǎng)，使用、維護(hù)成本低，一般7天就可操作自如；售價相對較低，普及化程度高；電機(jī)壽命可達(dá)上萬小時；載荷小，載荷范圍5-15L；航時短、單架次作業(yè)時間一般10-30分鐘，作業(yè)面積10-50畝/架次；采用鋰電作為動力電源，外場作業(yè)需要及時為電池充電；專業(yè)化培訓(xùn)；保險公司承保；技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)外形尺寸（長寬高）1955x455x625飛機(jī)自重曰，4t-r一t/口.9.8Kg29.2Kg最大起飛重量農(nóng)藥容器容量16L最大有效載荷16Kg（5%）鋰聚合物動力電池44.4V/10Ah/續(xù)航時間10-35min作業(yè)速度38m/s（風(fēng)速23級）相對飛行高度距離農(nóng)作物11.5米噴幅（5個0.3L/分鐘噴頭、2.8米長噴47米（逆風(fēng)或順風(fēng)、風(fēng)淋管）速23級）噴灑流量1.2L-1.5L/min（5個噴頭）高濃度農(nóng)藥消耗0.5-1