目前我國植保無人飛機在裝備總量、作業(yè)面積上已經發(fā)展到全球第一，農用無人機飛控技術上世界領先，且處于發(fā)展上升期，但是隨著“接地氣”的程度越深，也發(fā)現(xiàn)一些迫切解決的問題，如關鍵部件壽命短、標準缺失、監(jiān)管力度不夠等。2018年剛過去，筆者對行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了梳理。
01
植保無人飛機
生產企業(yè)
目前全國已經有接近400家從事植保無人飛機研發(fā)、生產、銷售等全產業(yè)鏈的企業(yè)，雖然行業(yè)“有進有出”，但數量還在呈現(xiàn)增長的趨勢。
這些企業(yè)按照性質可以分為如下幾類：
第一類是具有軍工背景的企業(yè)，如江蘇天域航空科技股份有限公司，是依托總參第六十研究所軍用無人機技術基礎，實現(xiàn)“軍轉民”過渡；
第二類是新興的科技型企業(yè)，如廣州極飛科技有限公司、深圳大疆科技有限公司，特點是能夠將最新的前沿技術快速用于植保無人飛機上，極飛的P系列無人機、大疆MG系列無人機，不管是在機具性能的穩(wěn)定性、智能化程度上都處于目前行業(yè)的一流水平；
第三類是農藥生產企業(yè)組建的旗下子公司，如安陽全豐航空植保科技股份有限公司，是安陽全豐生物科技有限公司的子公司，在農藥支柱產業(yè)的支持下成立的植保無人飛機企業(yè)；
第四類企業(yè)是傳統(tǒng)的植保機械企業(yè)轉型過來，如山東衛(wèi)士植保有限公司，這類公司擁有植保機械生產和銷售的市場基礎；
第五類是科研院所改制的企業(yè)，如中國農業(yè)機械化科學研究院等，這類企業(yè)具備一定新技術、新產品的研發(fā)能力，并能迅速轉化成產品投放市場；
還有其他規(guī)模比較小的企業(yè)，是通過組建團隊，購買飛控系統(tǒng)、仿制已有產品外形等推出自己的產品。
02
植保無人飛機機型
按照動力可分為油動和電動型2種，按照旋翼數量來分主要分為單旋翼植和多旋翼植保無人飛機，其中油動型植保無人飛機主要是單旋翼，電動型有單旋翼和多旋翼，以多旋翼居多。
油動型植保無人飛機具有載重量大，有效載荷在15-30公斤，續(xù)航時間長，20-30min/架次、連續(xù)作業(yè)能力強，但操控相對復雜，維護成本較高，售價較高，10公斤載荷的在10萬元左右，30公斤的要30萬甚至更高。
電動型植保無人飛機載重量小，有效載荷在10-20公斤，續(xù)航時間受到電池容量限制，一組電池續(xù)航10-15min，但操控簡單，容易維護，穩(wěn)定性更好，售價低，10公斤以內在5萬元左右。植保無人飛機作業(yè)飛行速度3-6m/s，作業(yè)效率能達到80-100畝/小時。
油動型和電動型植保無人飛機
03
植保無人飛機技術
目前絕大多數植保無人飛機已經具備手動增穩(wěn)模式操控飛行和全自主飛行作業(yè)模式；配備了高精度的定位系統(tǒng)的無人機，能夠實現(xiàn)厘米級的定位，實現(xiàn)噴幅的精準對接；超聲波測距技術的應用使植保無人飛機已經具備超低空仿地飛行，最低距離作物冠層0.5m左右，實現(xiàn)山地、丘陵等復雜農田的有效作業(yè)；裝配雙目視覺系統(tǒng)的無人機能夠識別直徑大于5cm、5m外的障礙物，實現(xiàn)自主避障；具備后臺云系統(tǒng)的企業(yè)，已經實現(xiàn)操作者有效身份識別、無人機遠程調度、監(jiān)管等安全管控，不僅能實時監(jiān)控無人機飛行狀態(tài)，還能對數據信息的追溯；其他還包括限高、限速、限距、電子圍欄、失控保護、一鍵自主起降等功能。
在無人機施藥技術方面，國內的植保無人飛機自主作業(yè)采用“航路規(guī)劃、自主飛行、定點施藥、斷點續(xù)航”的超低空施藥技術模式，作業(yè)高度在0.5-3m、作業(yè)速度3-5m/s、畝施藥液量0.8-1L。
在此，不得不說下2018年的兩場行業(yè)發(fā)布會。
一場是12月4日，大疆在深圳發(fā)布了2019全新旗艦植保無人飛機T16，并提出了“定義行業(yè)第二代植保機”的口號。T16主要技術亮點：將風場模擬導入到大疆T16的布局設計；植保機傳感器加倍，可靠性大幅提升（標配雙IMU、雙氣壓計、GNSS+RTK雙冗余系統(tǒng)）；三維航線智慧飛行（DBF成像雷達）。
大疆的T16
另一場是12月14日，極飛在廣州發(fā)布了2019款P30植保無人飛機。P30技術亮點：IP65等級設計（可以用水潑），5向雷達（前后左右+仿地），雙路冗余和GNSS備份，智能AI故障預判。從技術上看，發(fā)展趨勢相同，只是都在追求極致，有趣的是大疆和極飛都向用戶推出了“減負”措施：“合約機計劃”、“電池租賃計劃”、“全包服務”等，這也許是用戶反映最強烈問題（價格貴、電池不耐用、損壞維護）的解決方案。
極飛的P30
04
應用和成效
保守估計現(xiàn)在市場上植保無人飛機的保有量已經超過三萬架，作業(yè)面積2017年的約1.06億畝次，2018年不完全統(tǒng)計已經超過3億畝次，典型代表極飛2017和2018年在新疆組織的“百團大戰(zhàn)”和“秋收起‘翼’”，安陽全豐18年的“千人千機會戰(zhàn)安陽”，主要防治的作物包括水稻、小麥、玉米、棉花、辣椒等，可總體減少農藥使用量20%以上、節(jié)省用水90%以上，農藥利用率提高了30%以上，防治效果提高10%以上。
植保無人飛機低空施藥作業(yè)
05
植保無人飛機云系統(tǒng)
根據民航局發(fā)布的《輕小型無人機運行規(guī)定》（AC-91-FS-2015-31）中無人機云系統(tǒng)定義為：輕小型民用無人機運行動態(tài)數據庫系統(tǒng)，用于向無人機用戶提供航行服務、氣象服務等，對民用無人機運行數據進行實施監(jiān)測。在規(guī)定中，植保無人飛機被劃分到V類，為規(guī)范行業(yè)發(fā)展和實現(xiàn)安全管控，植保無人飛機也自然要納入管理中，且號稱“國補”的指導性意見中，隱約也要求無人機接入云系統(tǒng)。目前民航批準的云系統(tǒng)有8家，主流的植保無人飛機企業(yè)都已經接入系統(tǒng)。農業(yè)部相關的管理部門也正在積極籌措建立一個云系統(tǒng)，擬將植保無人飛機企業(yè)的后臺接入，進行“植保”領域的“專業(yè)”監(jiān)管。
國內8個無人機云系統(tǒng)
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云系統(tǒng)名稱 |
運營公司 |
主要功能 |
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U-Cloud （優(yōu)云） |
中國航空器擁有者及駕駛員協(xié)會 |
民航局通過的首家無人機云系統(tǒng)，實時顯示無人機的航跡、高度、速度等信息，主動監(jiān)視4-150kg的民用無人機。 |
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U-Care （優(yōu)凱飛行） |
青島云世紀信息科技有限公司 |
首個基于民用航空行業(yè)標準，符合空管雷達數據傳輸規(guī)范的云系統(tǒng)，除了具備無人機、飛行計劃管理功能外，系統(tǒng)預留了與軍民航空管系統(tǒng)的接口。 |
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Flying-Cloud （飛云） |
成都福來鷹通用航空有限公司 |
支持互聯(lián)網、4G等多種鏈路數據接入，PC端或手機端實時監(jiān)測無人機飛行信息，可自動警告飛入禁飛區(qū)的無人機。 |
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BD-cloud （北斗云） |
北京中斗科技股份有限公司 |
具備飛手注冊、培訓管理、飛行計劃管理、無人機低空定位、軌跡跟蹤、電子圍欄、空中防撞、越界警告、線路優(yōu)化、氣象情報、動態(tài)監(jiān)測、數據統(tǒng)計分析等功能。 |
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無憂云 |
北京云無憂大數據科技有限公司 |
除了能實現(xiàn)無人機的監(jiān)管功能外，首次實現(xiàn)了對授權無人機進行對無人機進行簡單控制，包括懸停、降落等簡單控制的功能。 |
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大翼鷹眼 |
南京大翼航空科技有限公司 |
除了監(jiān)視無人機飛行數據，還可進行無人機任務的協(xié)同規(guī)劃與指揮調度、航拍數據的遠程實時顯示、三維可視化展示傾斜攝影數據的建模展示等功能。 |
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知翼 |
千尋位置網絡有限公司 |
提供3D可視化功能，實時跟蹤飛行中的無人機，可構建4D時空電子圍欄，進行空間精細化的動態(tài)監(jiān)管，具備無人機軌跡的事后分析能力。 |
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沃天宇 |
天宇經緯(北京)科技有限公司 |
第一個工業(yè)級無人機云平臺，中國首家基于網絡測控的無人機大數據服務平臺，可提供無人機飛行數據實時傳輸、存儲和分發(fā)，飛行數據處理、分析、交易，以及空域、保險、氣象、飛行、咨詢等一站式服務。 |
無人機云系統(tǒng)界面
06
存在問題
縱觀植保無人飛機行業(yè)的如火如荼，尤其飛控技術上已經發(fā)展地非常成熟，但行業(yè)進一步發(fā)展，不僅要實現(xiàn)“飛的好”，更要“噴的好”和“管的好”。
航空施藥藥液霧滴飄移有效控制的問題
眾所周知，施藥過程中的飄移是不可避免的，只能盡量減少。
無人機噴灑農藥的時候霧滴主要受到旋翼風場、迎面風力和環(huán)境風力共同作用，而旋翼風場的作用力起主導作用，同時又是一把雙刃劍。減少藥液飄移，目前有幾個常用的方法：
一是實現(xiàn)噴灑的霧流場與旋翼、自然風的有效匹配。這要經過大量的試驗去驗證最佳參數，相關研究結果表明，單旋翼無人機上的噴頭按照位置不超過旋翼直徑的2/3、多旋翼無人機上的噴頭安裝在旋翼下方，能有效減少飄移；
二是增大霧滴粒徑，因為小霧滴更易飄移；
三是加助劑（蒸發(fā)抑制劑、沉降劑），減少霧滴在下降過程中的蒸發(fā)程度；
四是在做施藥航路規(guī)劃的時候，根據風向做相應的補償偏置。
另外，條件允許時相應降低作業(yè)高度、選擇風速較小、溫度較低時作業(yè)也一定程度上能減少飄移。
施藥作業(yè)中藥液飄移不可避免
關鍵部件的壽命還不能完全滿足應用要求
以發(fā)動機和動力電池為例，目前市場上油動型無人機發(fā)動機的壽命估計在300-400h（保養(yǎng)好的話），而電池充放電大概在200個循環(huán)，這是油機和電機的痛點，主要受材料、加工工藝行業(yè)等技術瓶頸限制。同樣有效載荷下，油機比電機貴，但單架次油機的作業(yè)成本比電機低（主要是鋰聚合物電池昂貴）。
發(fā)動機和電池限制植保無人飛機效率進一步提升
植保無人飛機配套專用制劑相對缺乏
植保無人飛機低空施藥采用低量或超低量施藥模式，意味著每畝的施藥液量最多1L左右，兩種選擇：一是常規(guī)農藥提高濃度，二是植保無人飛機配套專用制劑。
由于植保無人飛機配套專用制劑相對缺失或者應用尚不成熟，大多數的植保無人飛機施藥作業(yè)采用常規(guī)農藥提高濃度的模式來進行。
在中國農藥信息網上查詢，目前登記注冊的“超低容量液劑”已經有23種，尚無植保無人飛機配套專用制劑或助劑登記，無疑這將是巨大的蛋糕。
中國農藥信息網登記的超低容量液劑
安陽全豐生物、廣西田園、江蘇克勝、諾普信、南京善思生物科技、南京紅太陽等都在進行飛防專用藥劑或助劑的研發(fā)，植保無人飛機領頭企業(yè)極飛和大疆也聯(lián)合德國拜耳公陶氏杜邦進行飛防藥劑的研制和試驗。
其中，南京善思生物科技有限公司——國內唯一擁有納米農藥獨立知識產權的高科技企業(yè)。在團隊首席專家張子勇教授的帶領下，潛心發(fā)展以水為介質的水性納米制劑，經過10余年的研發(fā)，發(fā)展出幾百種農藥品種水性化的新技術，率先實現(xiàn)了農藥制劑納米級的緩控釋，并將產品命名為“澎湃納米農藥”。
在國家“雙減”項目等支持下，與農業(yè)農村部南京農業(yè)機械化研究所、中國農業(yè)科學院植物保護研究所、全國農業(yè)技術推廣服務中心、華南農業(yè)大學等合作，在江蘇、吉林、安徽、福建、江西、廣西、云南、廣東等多個省、市（區(qū)、縣）共同開展了無人機使用納米農藥主要農作物病蟲害防治試驗，取得了令人滿意的防治效果，充分證明納米制劑的“高效、安全、經濟、環(huán)境友好”的優(yōu)點。
據專家推測，納米制劑一旦實現(xiàn)大面積推廣使用，可降低我國現(xiàn)有農藥使用量的30%以上，將大大助力我國農藥的減施增效。
納米航空植保制劑
相關標準體系不完善
國內植保無人飛機廠家的數量之所以偏多，除了農業(yè)航空現(xiàn)在正熱門之外，另一個重要的原因就是門檻較低，一定程度上給市場發(fā)展帶來一定的混亂，政府部門監(jiān)管也無從下手。雖然地方上也陸續(xù)出臺了一些地方標準來約束植保無人飛機使之有序發(fā)展，但目前大的趨勢已經打破了地域限制。
植保無人飛機地方標準
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標準地區(qū) |
標準號 |
標準名稱 |
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湖南省 |
DB43/T 849-2013 |
超低空遙控飛行植保機 |
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重慶市 |
DB50/T 638-2015 |
農用航空器 電動多旋翼植保無人機 |
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江西省 |
DB36/T 930-2016 |
農業(yè)植保無人機 |
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湖南省 |
DB43/T 1156-2016 |
多旋翼低空遙控植保機 |
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廣西壯族自治區(qū) |
DB45/T 1330-2016 |
電動旋翼植保無人機技術條件 |
由農業(yè)農村部南京農業(yè)機械化研究所薛新宇研究員牽頭制定的植保無人飛機首部行業(yè)標準《植保無人飛機質量評價技術規(guī)范》（NY/T3213-2018），在2018年3月15日正式發(fā)布，標志著我國植保無人飛機行業(yè) “無行標可依”的局面的終結。
標準規(guī)定了植保無人飛機的型號編制規(guī)則、基本要求、質量要求、檢測方法和檢驗規(guī)則，提出了植保無人飛機限高限速限距、電子圍欄、失效保護、避障等概念與檢測方法。
農業(yè)農村部、財政部和民航局2017年聯(lián)合印發(fā)的《實施農機購置補貼引導植保無人飛機規(guī)范應用試點》的通知中，對產品的技術要求中“加裝有飛行控制芯片、電子圍欄、避障系統(tǒng)軟件、作業(yè)飛行數據實時記錄存儲設備和施藥作業(yè)系統(tǒng)”等要求，就是參照了首個行業(yè)標準規(guī)定的。很明確，要想拿到“國補”就必須要達到標準的要求，逐漸規(guī)范市場。
標準體系的構建工作迫在眉睫，也任重道遠，可包括術語與分類、技術要求、試驗方法、田間操作準則、機具登記認證程序、操作人員培訓與崗位資質認證標準等，產品部件與子系統(tǒng)標準、無人機植保施藥作業(yè)質量評定和防治效果評價標準、無人機植保作業(yè)環(huán)境風險評估技術規(guī)范以及相關的專用檢驗檢測方法與平臺標準。
我國首部植保無人飛機行業(yè)標準
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