农用植保无人机.docx

农用植保无人机.docx

《农用植保无人机.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《农用植保无人机.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

农用植保无人机

文档编制序号：

[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]

农用植保无人机

前言

中国作为农业大国，18亿亩基本农田，每年需要大量的农业植保作业，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病死人数至今尚无官方统计，想必更是一个惊人数字。

植保无人机服务农业在日本、美国等发达国家得到了快速发展，在中国无人机的需求越来越明显。

《全国农业可持续发展规划》中明确的“一控二减三基本”方针，即严格控制农业用水总量，减少化肥、农药施用量，地膜、秸秆、畜禽粪便基本资源化利用。

力争到2020年，实现农作物化肥、农药使用量零增长。

在“一控二减”方面，无人机将发挥巨大作用。

采用无人机作业，可直接节约用水量90%，减少农药30%-50%。

农机化生产中的植保缺位不仅与当前农业生产的规模化发展趋势不相适应。

利用无人机开展施药技术的研究仍处于初级阶段。

美国：

农用航空作业占耕地面积近50%

日本：

农用航空作业占总耕地面积的54%

世界：

农业航空平均水平为17%

中国：

农用航空作业占总耕地面积不足2%

综上所述，农用无人机有很大的发展空间，也需要更加规范的技术指导文件与之相适应。

1.无人机分类

随着社会的进步，经济发展，无人机的使用越来越多了，应用也非常广，涉及多个领域。

无人机的应用已渗透到了社会中的各行各业。

按飞行平台分类：

无人机按主要分为：

固定翼无人机，单旋翼无人机、多旋翼无人机等。

按结构分类：

1）微型飞行器------空机重量小于7千克的无人机

2）轻型无人机------空机重量大于7千克，但小于等于116千克的无人机，且全马力平飞中，矫正空速小于100千米/小时（55海里/小时），升限小于3000米

3）小型无人机------空机重量小于等于5,700千克的无人机，微型和轻型无人机除外

4）大型无人机------空机重量大于5700千克的无人机

按应用分类

军警用：

侦察打击、通信中继、信息对抗、空中预警

专业应用：

电力巡线、土地测绘、安防监控、农业植保、森林防火

商业消费：

航模表演、个人航拍、商用快递

2.无人机政策环境分析

无人机行业法律法规主要指民用无人机法规。

2012年，在政策层面有多项利好政策，一些具体的实质性的政策陆续出台。

如2012年4月，财政部发布的《民航发展基金征收使用管理暂行办法》，把通用航空作为基金支持的重点领域；2012年5月，民航局颁布了《通用机场建设规范》，为通用航空机场建设提供了有别于运输机场的行业标准，这对正在掀起的通用航空机场建设热潮可谓一场及时雨；2012年7月，《国务院关于促进民航业发展的若干意见》明确了民航业是我国经济社会发展的重要战略产业，并把通用航空列为发展重点，提出要大力发展私人飞行、公务飞行等新兴通用航空服务；《通用航空发展专项资金管理暂行办法》也已出台，为通用航空企业带来了力度不小的实质性政策利好。

以下是自2009年至今中国无人机相关主要政策如下：

山东、河南省农业厅和省财政厅拨付专款，或为地方植保站直接购置农用无人机，或为农用无人机提供购机补贴。

无人机农业植保市场政策环境在未来3~5年或迎来成熟。

3.农用植保无人机简介

农用植保无人机的定义，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机有飞行平台（固定翼、单旋翼、多旋翼）、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，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、粉剂等。

由于农用植保无人机体积小、重量轻、运输方便、可垂直起降、飞行操控灵活，对于不同地域、不同地块、不同作物等具有良好的适应性。

因此不管在我国北方还是南方，丘陵还是平原，大地块还是小地块，农用植保无人机都拥有广阔的应用前景。

农用植保无人机是一种遥控式农业喷药小飞机，机体型娇小而功能强大，以载荷为16公斤的电动植保无人机为例，其喷洒效率是传统人工的30倍，每天作业300~500亩。

飞机采用智能操控，操作手通过地面遥控器定位对其实施控制，其旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，防治效果好，同时远距离操控施药大大提高了农药喷洒的安全性。

该飞行平台还能通过搭载不同的任务系统，对农业病虫害等进行实时监控、农村土地确权、农作物长势及病虫害的监测、施药、授粉、施肥作业。

农田信息收集是精准农业的核心技术之一。

精准农业有赖于利用遥感技术及时准确地收集农田信息，收集范围小到叶绿素含量，大到作物群体生长表现，土壤湿度、肥力等。

相对于有人机，无人机作为遥感设备的载体，具有成本低、机动灵活、使用方便等优点，亦可弥补卫星遥感的诸多不足，是这个领域不可或缺的主要工具之一，大力发展农用无人机对加快精准农业实现，促进农业现代化具有十分重要的意义和作用。

4.农用植保无人机的诞生

1912年，加拿大已经开始将飞机作为大田作物、果园等喷洒农药辅助工具；

1918年，美国第一次用飞机喷洒农药防治蝗虫开始，正式拉开了航空植保的历史序幕；

直到1987年，日本Yamaha公司生产出世界上第一台农用植保无人机（R-50）；

经过近三十年的发展，目前日本拥有2346架已经注册的农用植保无人机，操作人员14163人，成为世界上农用无人机喷药第一大国，日本的农用植保无人机及其配套施药技术发展比较成熟，已达到在短时间内加注汽油，补充药剂，操作实现傻瓜式，施药效率很高，目前无人机施药已占总施药面积的50%以上。

5.作业经济效益分析（仅供参考）

单架油动无人直升飞机使用寿命按5年计算，作业效率为500亩/天，每年作业90天，则单架飞机作业总面积为5年×400亩/天×30天=60000亩次；每次施药作业按照均价3元/亩收益计算，每年作业3次计算。

则使用无人机5年，可获得作业收入60000亩次×3元/亩×3次=万元。

单架电动无人直升飞机使用寿命按3年计算，作业效率为200亩/天，每年作业90天，则单架飞机作业总面积为3年×200亩/天×30天=18000亩次；每次施药作业按照均价3元/亩计算，每年作业3次计算，则使用无人机3年，可获得作业收入18000亩次×3元/亩×3次=万元。

6.农用植保无人机市场发展

据有关资料显示，日本从20世纪90年代就开始了现代化农业航空植保装备的研发，日本每1台农业植保无人机的产品报价为80万人民币，而国产系列产品价格只有国外产品报价的1/5～1/4。

我国目前拥有基本农田18亿亩，由此农业植保无人机现每年至少有2万架的市场需求，市场潜力巨大，前景广阔。

我国水稻种植面积2892万公顷，常规水稻年施洒作业量10次计算，则作业面积为28920万公顷；同时我国水稻主要产区主要在南方地区，田块面积较小且地形较为复杂。

由于小型无人机无需专用起降机场，可在田间地头起降、加油（或更换电池）、加注药液，能够很好的适合南方水稻作业条件。

采用农业植保作业机的效率是500亩/天架（农业植保作业系统配备三架无人植保机则是1500亩左右），相当于近100人以上的工作效率，且避免了每年都有农药喷洒中毒事件的发生可能。

日本目前有2300多架农业植保无人机在从事农业作业，是世界上无人机农业应用的典范。

随着中国城市化进程的加快，农村土地流转发展趋势，人口老龄化导致农村劳动力迅速下降，同时农民的生活水平有得以持续提高等因素，高效的农业现代航空技术是必然发展趋势，预计农林植保无人机领域市场容量在10万架以上。

目前，无人机涉及的领域是多方面的，而农用植保无人机应用更是多样化的。

农业植保无人机。

市场政策环境逐渐成熟。

农业植保无人机指用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，通过飞控实现喷洒作业，可喷洒药剂、种子、粉剂等。

2013年农业部出台《关于加快推进现代植物保护体系建设的意见》，提出鼓励有条件地区发展无人机防治病虫害。

据中国农机流通协会的调查显示，农机合作组织、种粮大户、家庭农场、农民合作社在消费主体中的比重正以15%的年均速度快速增长，新型农业主体的崛起，以及新形势下农资市场的一系列变革，都在为我国农用飞机作业的发展提供了充足的有利条件。

高效率及规避农药中毒，促植保无人机替代人工作业。

中国作为农业大国，拥有18亿亩基本农田，每年需大量的农业植保作业，而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病死人数至今尚无官方统计，若统计在内，人数料将大幅上升。

所以人工喷洒农药对作业人员的危害性很大且效率低下。

相反，植保无人机作业高度低，飘移少，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，可远距离遥控操作，喷洒作业人员避免了接近农药的危险，喷洒作业安全。

当前美国、日本等国家已广泛使用无人机进行植保，在我国随着农业植保无人机技术的进一步成熟，性能将进一步提高且成本下降，预计人工替代动力更强。

随着家庭农场、土地流转、服务组织的升温，给农用无人机的发展带来了前所未有的机遇，农用无人机正在成为农机行业新的亮点和热点，但在农业实际作业中还面临很多亟待解决的问题。

据参加展会同期举办的农用航空发展研讨会的专家预计，2015年，农用航空器国内需求量达到2000台，到2020年不低于10000台，发展前景广阔，市场潜力巨大。

预计未来10~20年，无人机植保比重将持续替代，市场规模将持续膨胀发展。

7.农用植保无人机的技术对比分析

1）单旋翼植保无人机的特点

旋翼大，飞行稳定，抗风条件好，

风场稳定，雾化效果好，下旋风力大，穿透力强，农药可以打到农作物的根茎部位。

核心部件为进口电机，构件为航空铝材，碳纤材料，结实耐用，性能稳定

飞行植保作业历时2年多，连续植保10万亩/次以上，无重大故障，飞行驾驶简便易学，稳定智能的飞控系统，傻瓜式的操作模式经过简单培训就可上手。

2）多旋翼植保无人机的特点

技术门槛低

造价相对便宜

能垂直起降、空中悬停

航模级别的国产电机和配件

抗风性能差

连续作业能力差，效率低，单架次需要最少2-4块电池组

举例，10L多旋翼无人机，单架次最少2块电池组，作业面积1：

1（10升：

10亩），200亩植保作业需要飞行20次，携带电池40—80块，重量约为80——160kg（单块电池重量约2kg）

由于多旋翼无人机，旋翼较小，旋转方向两两相反，导致风场散乱，风场覆盖范围小，所以为加大喷洒面积，会把喷杆加长（喷杆总长超过旋翼直径），由于空气动力原因，在作业时会左右摇摆，导致飞行不稳定，作业难度加大，增加摔机的风险。

3）燃油动力无人机的特点

载荷大，15-120L都可以

航时长，单架次作业范围大

燃料易于获得，采用汽油混合物做燃料

使用不方便，维护保养成本高（同汽车发动机）

低价发动机均为两冲程航模发动机，寿命短，发动机磨损大，最多飞行200小时左右需更换发动机

农业植保作业为低空低速飞行，低价发动机均为风冷，冷却问题无法解决，一个架次飞完，发动机温度太高，无法再次起飞，严重影响植保作业效率

实际飞行中，操控相对麻烦，飞行前的检验程序很多，摔机率非常高，达到50%以上。

噪音大，由于燃料是采用汽油和机油混合，不完全燃烧的废油会喷洒到农作物上，造成农作物污染。

售价高，大功率植保无人机一般售价在30-200万

整体维护较难，因采用汽油机做动力，其故障率高于电机

4）电动植保无人机的特点

环保，无废气，不造成农田污染

易于操作和维护，一般7天就可操作自如

售价相对较低，普及化程度高

电机寿命可达上万小时

载荷小，载荷范围5-15L

航时短、单架次作业时间一般10-30分钟，作业面积10-50亩/架次

采用锂电作为动力电源，外场作业需要及时为电池充电

由此可见，单旋翼电动植保无人机更适用于植保作业，它具备其他多种技术优势，市场总是优胜劣汰的，单旋翼无人机是无人机技术发展的趋势，引领整个无人机的植保作业。

8.国产主要厂家无人机参数对比

以10L药箱容积电动机型价格对比（市场上产品售价：

药箱每增加1L市场售价约增加1W元，油动无人机比电动成本增加1W元）

9.制约中国农业航空植保产业发展的主要问题分析

农用飞机制造及配套的喷施技术等基础科学研究、核心技术研发滞后，机型偏少，更新能力不足，产能不足，无法形成规模效益，导致价格、维护成本偏高，而成本又影响到销售，导致需求减少，反过来影响到生产规模，由此形成恶性循环。

此外，配套的喷施设备性能差，喷出的雾滴谱宽，对靶性差，进而无法彰显农业航空植保技术的优势。

目前亟需解决的核心关键技术主要包括：

1）农业航空喷施专用剂型不足：

航空植保使用的农药剂型及助剂的要求与地面机械施药有很大的不同，目前中国还缺乏与航空植保作业中采用的有人直升机、单轴和多轴无人机配套的农药制剂相关技术标准，缺乏应用于无人机航空喷施中农药药液的表面张力、黏度、农药有效成份含量、剂型等的评价标准，缺乏航空施药条件下，对农药药效与作物生理影响的室内、室外检测标准。

现有作业大多凭经验或参考地面喷雾确定剂量和配置方法，往往因为用量或配置不科学影响了作业质量，对环境造成较大的负面影响。

2）缺乏完善的航空喷施作业技术标准：

中国采用航空喷施作业的时间较晚，大多采用有人驾驶的固定翼飞机进行航空植保作业，对于旋翼直升机，特别是单轴和多轴微小型农用无人机等机型喷施作业的相关技术参数缺乏系统深入的研究，尚未形成一套科学完善的判别标准和对不同作物、不同喷施剂型进行航空喷施时的作业时机、作业环境（温度、湿度、风速）、飞行高度、飞行速度、航线规划与导航控制等参数的优化选择，以及满足喷施作业要求所需要的沉积量、雾滴粒径、雾滴沉积分布密度、农药浓度等作业指标。

3）缺乏高稳定、高可靠性的农用无人机自主飞行控制系统：

虽然目前有人驾驶农用飞机的操控技术已较成熟，但在微小型农用无人机方面，在低空飞行时，由于农田作物冠层结构而造成的复杂地效，对气压高度计的影响很大，飞行的稳定性难以保证，目前仍缺乏适合复杂农田环境下（海拔不同、地理位置不同、作物种类不同）作业的微小型农用无人机的高稳定、高可靠性的自主飞行控制系统，以适应田间超视距、超低空、随时起降等特殊要求。

4）缺乏高效轻量化的航空喷施装备关键部件：

有效任务载荷量及续航时间是农业航空作业飞机非常重要的两项指标，直接关系到航空作业的效率，因此，在航空喷施装备方面必须满足轻量化、低量喷施、均匀喷施的要求。

10.技术趋势

无人机和传统的航空制造业产业链一样，产业链长，涉及产业众多，从航空机载武器装备、机身复合材料、飞行器操纵控制、发射回收装置、无人机整机等到无人机的应用（包括军用和民用）。

多旋翼无人机进入商业领域的最后一块拼图是导航飞行控制系统的成熟化。

多旋翼机是不稳定系统且不能完整驱动，良好的导航飞控技术对多旋翼机性能的稳定至关重要。

目前国内外具备导航飞控系统研发能力的企业只有少数几家，该技术资源构成较高的竞争壁垒。

同时多旋翼机的一个重要趋势是载荷的持续提高，这使得多旋翼机能进入到农业植保、遥感等领域，进一步难打开市场空间。

单旋翼无人机植保作业风场稳定，雾化效果好，下旋风力大，穿透力强，稳定性更好，载荷达16L，需要的航电技术及电机都要更优，对核心电机要求更高，对单旋翼无人机企业要求更高，具有稳定智能的飞控系统，傻瓜式的操作模式无人机更适用于整个行业的需求。

植保无人机具有作业高度低，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，喷洒作业人员避免了暴露于农药的危险，提高了喷洒作业安全性等诸多优点。

另外，电动无人直升机喷洒技术采用喷雾喷洒方式至少可以节约50%的农药使用量，节约90%的用水量，这将很大程度的降低资源成本。

电动无人机与油动的相比，整体尺寸小，重量轻，折旧率更低、单位作业人工成本不高、易保养。

农用单旋翼无人机具有施肥施药精准度和作业效率高、利于规模化生产，体积小巧、方便转场和运输，适用性好、不受地形条件限制，安全性高、有效避免驾驶人员伤亡等优势，逐渐代替了早期的固定翼飞机和多旋翼飞机，成为农业植保领域研究和应用的热门机型。

11.农用植保无人机参考性能指标

采用高效无刷电机作为动力，机身振动小，可以搭载精密仪器，喷洒农药等更加精准；

地形要求低，作业不受海拔限制，在西藏、新疆等高海拔地域；

起飞调校短、效率高、出勤率高；

环保，无废气，符合国家节能环保和绿色有机农业发展要求；

易保养，使用、维护成本低，一般7天就可操作自如；

售价相对较低，普及化程度高；

电机寿命可达上万小时；

载荷小，载荷范围5-15L；

航时短、单架次作业时间一般10-30分钟，作业面积10-50亩/架次；

采用锂电作为动力电源，外场作业需要及时为电池充电；

专业化培训；

保险公司承保；

技术参数

技术指标

外形尺寸（长宽高）

1955x455x625

飞机自重

最大起飞重量

农药容器容量

16L

最大有效载荷

16Kg（±5%）

锂聚合物动力电池

10Ah/续航时间10-35min

作业速度

3~8m/s（风速2~3级）

相对飞行高度

距离农作物1～米

喷幅（5个分钟喷头、米长喷淋管）

4～7米（逆风或顺风、风速2~3级）

喷洒流量

（5个喷头）

高浓度农药消耗

亩（具体视不同农作物）

单机喷洒作业效率

300亩/天（水稻）

12.安全标准

植保机符合的规定。

在易发生人身伤亡事故的部位，在明显处设置安全标志。

安全标志符合GB10396的规定。

植保机具备一套机载发电装置和一套机载供电电源，两套电源间可无间隙切换。

遥控器应设置防脱手坠落装置，控制模式应具备无控制干预时自主平衡悬停功能。

使用说明书应给出操作和维护保养的安全注意事项，安全注意事项的编写应符合GB/T9480的规定。

植保机应设置报警装置，超过预定的作业距离、高度、速度、燃油耗尽、药液耗尽时应有报警声讯。

13.植保无人机的操作与使用

1）安全操作

　　操作员应严格按使用维护说明书执行。

酒后、睡眠不足、生病时、孕妇、未满18周岁、未获得资质证书者不允许操作。

作业结束后应停止发动机，关闭遥控器电源，并将遥控器置于工具箱内，取出钥匙。

当植保机出现紧急状况时，应将植保机以最快方式飞离人群，并尽快降落或迫降。

2）起飞前例行检查

　　飞控员应养成良好习惯，在每次起动植保机前必须进行例行检查科目，从上到下，从前到后，从外到内，检查完毕后方可启动发动机。

3）其它维护窍门

　　每次飞行完毕后需要养成良好习惯，对全机进行保养和清洁。

可以利用压缩空气、柔软的抹布和稀释的清洁剂对机身、旋翼、起落架、喷洒系统等进行清理。

同时检查直升机各主要部件的螺丝是否牢固，活动部件晃幅度是否过大，推杆是否牢固，机身是否有明显裂缝等。