我国植保无人机发展现状与展望

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/动态/

南通市植保无人机作业标准

今年3月1日起实施

1月24日，南通市农业新技术推广协会发布《植保无人机农药喷雾安全作业规范》《植保无人机喷雾防

治水稻病虫作业规范》两项植保无人机相关团体标准。这两项团标由南通科技职业学院牵头起草，市农业新

技术推广协会、海门市植保植检站等多家单位联合制定，在省内尚属首例，填补了省内植保无人机相关团体

标准的空白，并将于今年3月1日起实施。

无人机植保解决了农户打药难的问题，但其操控及作业具有一定难度，且直接关系到飞机本身和操控员

的人身安全、周围环境的安全及植保作业质量和效果等。目前的无人机操控员培训多是由无人机生产企业组

织实施，在植保作业方面缺乏统一的技术操作规范。新出台的两个植保无人机相关团体标准，不仅可以促进

南通乃至省内植保无人机作业的规范化，提高产品和操控员的安全性，同时也将促进植保无人机作业效率的

提高。

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我国植保无人机发展现状与展望

蔡银杰1，孙娟2，丁晓辉2，张爽1，冯成玉3，肖颖4，沈丹波4，焦阳阳5，郭仪萱1

（1.南通科技职业学院，江苏南通226007；2．南通市农业新技术推广协会，江苏南通226007；3．海安市植

保植检站，江苏海安226600；4．南通市农机化技术推广中心，江苏南通226006；5．海安焦氏谷物种植专业

合作社，江苏海安226600)

摘要：植保无人机是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，主要通过地面遥控或GPS飞控实现喷洒作业，

可以喷洒药剂、种子等。与传统植保作业相比，无人机植保作业具有精准、高效、环保、智能、易操作等优点。

此外，由于植保无人机体积小，重量轻，运输方便，飞行操控灵活，对于不同的地块、作物均具有良好的适用性，

因此其应用前景非常广阔，近年来受到了大众的广泛关注。

关键词：无人机；植物保护；发展现状与展望

中国作为拥有1.2亿hm2（18亿亩）基本农田的农

业大国，每年的农业植保作业量很大，由此带来的问题

也很多。据统计，中国每年因防治病虫害不及时，造成

的粮食作物产量损失达10%以上。我国每年农药中毒人

数有10万之众，致死率约20%，农药残留和污染造成的

健康伤害、生态危害更是难以统计。近20年来发达国家

一直都在使用无人机进行农药喷洒，主要因为小型无人

驾驶直升机用于植保病虫防治具有很多优点，如作业高

度低、飘移少、可空中悬停、无需专用起降机场、旋翼

产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性、防治

效果高、远距离遥控操作避免了喷洒作业人员暴露于农

药的危险等。另外，植保无人机采用喷雾喷洒方式可减

少农药使用量，节约90%的用水量，很大程度地降低了资源成本，可广泛应用于小麦、水稻、果树、棉花等农

作物的病虫害防治。

农业部专家对中国航空植保技术需求情况的预测表

明，中国农业航空产业是一个尚未真正启动的大产业，

未来中国农业航空市场的需求将会有爆发性增长，新增

机型投入将达到465亿元以上。随着相关制度及配套核

心技术的不断完善，中国农业航空产业必将得到健康、

有序和高速发展，有利于实现农业病虫害统防统治，实

现精准作业，极大地提速中国现代农业的进程。

1 植保无人机简介

植保无人机是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞

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机，主要是通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，

可以喷洒药剂、种子等。与传统植保作业相比，无人机

植保作业具有精准、高效、环保、智能化、操作简单等

特点，此外，由于植保无人机体积小，重量轻，运输方便，

飞行操控灵活，对于不同的地块、作物均具有良好的适

用性，因此其应用前景非常广阔，近年来受到大众的广

泛关注。

1.1植保无人机种类

植保无人机大致有2种分类方式：（1）按动力可分

为油动无人机（发动机作为动力装置）、电动无人机（电

机作为动力装置）；（2）按机型结构可分为固定翼无人

机、单旋翼无人机、多旋翼无人机。固定翼无人机机主

要应用于农田信息采集和农田遥感，具有载量大、飞行速度快、作业效率高等特点。作业时一般采用超低空飞行，

距离作物冠层5～7m，对于作业区域的地形要求高，一

般在开阔的农场里应用较广。单旋翼植保无人机有双桨、

三桨两种型号。其优点是旋翼大、抗风能力强、飞行稳

定、雾化效果好、下旋气流大、穿透力强，农药可以打

到农作物的根茎部位，缺点是造价较高、操控难度比较

大、对飞手素质要求较高。多旋翼植保无人机有四旋翼、

六旋翼、八旋翼、六轴十二旋翼、八轴十六旋翼等机型。

其优点是造价相对较低、简单易学、短时间即可上手作

业，缺点是抗风性能较低、连续作业能力较差、效率不高。

单旋翼和多旋翼无人机的体积、载重均相对较小，操纵

灵活，适宜在较为分散的农田区块内进行作业，在我国

广大农村植保作业中有较强的实用性。

表1 植保无人机按机型结构划分及作业特点

固定翼无人机单旋翼无人机多旋翼无人机

载量大，飞行速度快，作业效率高旋翼大，抗风能力强，飞行稳定，雾化效果好，下旋气流大，穿透力强造价相对较低，简单易学

造价较高，操控难度较大抗风性能低，连续作业能力较差，效率不高作业区域的地形要求高，一般在开阔的农场里应用较广体积、载重均相对较小，操纵灵活，适宜于在较分散的农田区块内进行作业

1.2植保无人机构造

无人机有三大核心技术，分别是总体设计、动力系

统和飞控系统。相比军用无人机，植保无人机是一种相

对低端的无人机，其结构较为简单，技术的难点在于动力、

电池、飞控系统以及喷嘴等几个方面。

植保无人机的机体重量通常为10kg左右，负载为

10～15kg，因而对于动力系统总体要求不高，一般使用

燃油动力发动机（油动）或者电机（电动）就可以满足

动力需求。不过，无论是选用油动还是电动装置，续航问题仍然是困扰植保无人机厂商的一大难题。目前行业

内较为常见的续航时间仅为10-15min（少部分在20min

以上），这在很大程度上影响了其使用效率。

控制器是无人机的核心部件，是制约产业发展的核

心因素，其算法开发需要很长时间的积累。国内的无人

机从消费级兴起，工业级别的控制器开发相对较弱。植

保无人机需要在各种地形环境、风力级别等复杂环境下

进行工作，因此在开发前期需要积累大量的基础数据。

不过，由于近年来飞控系统逐步走向开源，导致行业的

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技术壁垒降低，使得更多厂商进入该行业成为可能。目

前，国内植保无人机的飞控系统开发基本采用国外开发

成型的飞控平台或者国内自主开发的飞控平台加载喷药

系统。国内也仅有大疆、傲翼飞控、零度智控等少数企

业具备飞控系统供应能力。

喷嘴是保证农药喷洒效果的重要零部件，因无人机

飞行喷洒作业会产生飘移，故需要开发雾滴谱窄、飘移

低的航空专用可控雾化系列喷嘴。此外，由于植保无人

机作业环境差异性大，需要根据喷嘴、药液类型、天气

状况等因素预测可能产生的飘移、雾滴的运动和地面沉

积模式等因素，因而需要建立强大的数据库以支撑作业

的高效进行。目前，国内企业在此环节均处于经验积累阶段，仅有少部分公司经过多年的试飞和作业试验后积

累了较为丰富的经验。

2 我国植保无人机发展概况

尽管迄今中国植保无人机发展迅速，但是其作业面

积仍不足耕地面积的3%，与世界上农业航空较发达国家

如美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西、日本、韩

国等仍存在较大的差距。国内农业航空业自1951年开

始探索，从起步、发展直至成熟历经67年。具体情况

见表2。

表2 国内植保无人机发展阶段

时间阶段特征

20世纪50年代

起步国内开展航空施药技术的研究和应用

2004年由科技部“863”计划资助，南京农机化所等单位开始对植保无人机进行研究

2007年开展我国第一款工程型植保无人直升机的产业化探索

2008年国内掀起的植保无人机热，因价格、市场、金融危机等因素消退

2009年无锡汉和推出国内第一款油动植保无人机，开启了国内植保无人机元年

2010-2012年

发展植保无人机没有实际作业能力，这个阶段的无人机不能干活，不能赚钱

2013-2014年植保无人机行业进入演示验证阶段；作业可靠性差，作业效率偏低，能干活，不能赚钱

2015年虽然农机推广部门与专家抱着怀疑的态度，但部分农户开始接受

2016-2017年成熟植保无人机得到大面积推广应用，经营模式和无人机作业能力得到发展和验证

2018年植保无人机产品成熟，步入降价竞争阶段，价格已经成为各企业争夺的焦点

进入2017年，新疆、河北、河南和湖北等农业大

省区，植保无人机已经能大规模作业了，比如极飞公司

在新疆组织的“百团大战”完成了13.3万hm2（200万

亩）的棉花落叶剂喷洒作业，安阳全丰在河南完成了6.7

万hm2（100万亩）的集中连片统防统治作业。整体看，在内地20hm2（300亩）以上的大户，以及新疆和东北

66.7hm2（1,000亩）以上的大户对植保无人机接受度最

高。据不完全统计，至2017年底，全国植保无人机保

有量超过10,000架，作业面积超过670万hm2。目前，

在主流的电动多旋翼植保无人机市场，已经形成以大疆、A协会风采Association style

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极飞占据多数市场，汉和、全丰位居第二阵营，其他

企业分食剩余市场的格局。2017年整个飞防市场是跑

马圈地阶段，2018年正式步入降价竞争阶段，价格已

经成为各企业争夺的焦点。比较显著的是在2018年4

月北京举办的“世界精准农业航空大会”上，湖北龙

翼机器人有限公司推出了6kg机型，采用铝合金机身，

简化操控系统，成功将价格压缩在1万元之内，而价

格的降低，则意味着普通农户市场将会进一步被打开。

3我国植保无人机应用情况

3.1农田药物喷洒

植保无人机施药技术的目标是精准施药，实现高

效的农作物病虫草害防治。近年来，农作物病虫害逐

渐呈现爆发的趋势，有时人工防治效率不高，大面积

病虫害发生时无法及时防治，从而错过最佳防治时期。

一般的植保无人机每次装药可以喷洒8-10min，每次起

降可喷洒0.667～1.333hm2（10～20亩)农田，是目

前传统人工喷洒速度的20～60倍，可以在病虫害的

最佳防治时期快速完成飞防作业，从而保证了防治的

最佳效果，降低了因防治不及时给农民带来的损失。

此外，植保无人机飞行产生的下降气流吹动叶片，

能使叶片正反面均能着药，防治效果相比人工与机械

提高15%～35%，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。例如：作物生长至封行

后行垄不清晰，特别是对于玉米等高秆作物，玉米大

喇叭口期高度一般都在1.2m以上，与拖拉机配套的普

通悬挂式、牵引式喷杆喷雾机难以进入进行杀虫剂、

杀菌剂、除草剂以及催熟脱叶剂、增糖剂、叶面肥料

等喷洒作业，尤其在丘陵山区交通不便、人烟稀少或

内涝严重的地区，地面机械难以进入作业，航空作业可很好地解决这一难题。

植保无人机具有精准作业、高效环保、智能化、操

作简单等特点，为农户节省大型机械和大量人力的成本。

全国各地不少地区都已使用植保无人机进行药物作业，

受到了人们的肯定。据相关人士称，未来农业植保领域

将会有千亿市场空间。

3.2植保无人机的配置单

植保无人机：用于执行农药喷洒。

智能气象站：获取当地的空气湿度、温度、气候条

件以及风速、风向等。

智能手持终端（地面端）：用于实时监视无人机飞