目前我國植保無人飛機(jī)在裝備總量、作業(yè)面積上已經(jīng)發(fā)展到全球第一，農(nóng)用無人機(jī)飛控技術(shù)上世界領(lǐng)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(guān)鍵部件壽命短、標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了梳理。
01
植保無人飛機(jī)
生產(chǎn)企業(yè)
目前全國已經(jīng)有接近400家從事植保無人飛機(jī)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，雖然行業(yè)“有進(jìn)有出”，但數(shù)量還在呈現(xiàn)增長的趨勢。
這些企業(yè)按照性質(zhì)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(jī)技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“軍轉(zhuǎn)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(diǎn)是能夠?qū)⒆钚碌那把丶夹g(shù)快速用于植保無人飛機(jī)上，極飛的P系列無人機(jī)、大疆MG系列無人機(jī)，不管是在機(jī)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(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)組建的旗下子公司，如安陽全豐航空植?？萍脊煞萦邢薰?，是安陽全豐生物科技有限公司的子公司，在農(nóng)藥支柱產(chǎn)業(yè)的支持下成立的植保無人飛機(jī)企業(yè)；
第四類企業(yè)是傳統(tǒng)的植保機(jī)械企業(yè)轉(zhuǎn)型過來，如山東衛(wèi)士植保有限公司，這類公司擁有植保機(jī)械生產(chǎn)和銷售的市場基礎(chǔ)；
第五類是科研院所改制的企業(yè)，如中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院等，這類企業(yè)具備一定新技術(shù)、新產(chǎn)品的研發(fā)能力，并能迅速轉(zhuǎn)化成產(chǎn)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(tuán)隊(duì)，購買飛控系統(tǒng)、仿制已有產(chǎn)品外形等推出自己的產(chǎn)品。
02
植保無人飛機(jī)機(jī)型
按照動力可分為油動和電動型2種，按照旋翼數(shù)量來分主要分為單旋翼植和多旋翼植保無人飛機(jī)，其中油動型植保無人飛機(jī)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(jī)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(qiáng)，但操控相對復(fù)雜，維護(hù)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(jī)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(hù)，穩(wěn)定性更好，售價低，10公斤以內(nèi)在5萬元左右。植保無人飛機(jī)作業(yè)飛行速度3-6m/s，作業(yè)效率能達(dá)到80-100畝/小時。
油動型和電動型植保無人飛機(jī)
03
植保無人飛機(jī)技術(shù)
目前絕大多數(shù)植保無人飛機(jī)已經(jīng)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(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級的定位，實(shí)現(xiàn)噴幅的精準(zhǔn)對接；超聲波測距技術(shù)的應(yīng)用使植保無人飛機(jī)已經(jīng)具備超低空仿地飛行，最低距離作物冠層0.5m左右，實(shí)現(xiàn)山地、丘陵等復(fù)雜農(nóng)田的有效作業(yè)；裝配雙目視覺系統(tǒng)的無人機(jī)能夠識別直徑大于5cm、5m外的障礙物，實(shí)現(xiàn)自主避障；具備后臺云系統(tǒng)的企業(yè)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)操作者有效身份識別、無人機(jī)遠(yuǎn)程調(diào)度、監(jiān)管等安全管控，不僅能實(shí)時監(jiān)控?zé)o人機(jī)飛行狀態(tài)，還能對數(shù)據(jù)信息的追溯；其他還包括限高、限速、限距、電子圍欄、失控保護(hù)、一鍵自主起降等功能。
在無人機(jī)施藥技術(shù)方面，國內(nèi)的植保無人飛機(jī)自主作業(yè)采用“航路規(guī)劃、自主飛行、定點(diǎn)施藥、斷點(diǎn)續(xù)航”的超低空施藥技術(shù)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(jī)T16，并提出了“定義行業(yè)第二代植保機(jī)”的口號。T16主要技術(shù)亮點(diǎn)：將風(fēng)場模擬導(dǎo)入到大疆T16的布局設(shè)計(jì)；植保機(jī)傳感器加倍，可靠性大幅提升（標(biāo)配雙IMU、雙氣壓計(jì)、GNSS+RTK雙冗余系統(tǒng)）；三維航線智慧飛行（DBF成像雷達(dá)）。
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(jī)。P30技術(shù)亮點(diǎn)：IP65等級設(shè)計(jì)（可以用水潑），5向雷達(dá)（前后左右+仿地），雙路冗余和GNSS備份，智能AI故障預(yù)判。從技術(shù)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(fù)”措施：“合約機(jī)計(jì)劃”、“電池租賃計(jì)劃”、“全包服務(wù)”等，這也許是用戶反映最強(qiáng)烈問題（價格貴、電池不耐用、損壞維護(hù)）的解決方案。
極飛的P30
04
應(yīng)用和成效
保守估計(jì)現(xiàn)在市場上植保無人飛機(jī)的保有量已經(jīng)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(jì)已經(jīng)超過3億畝次，典型代表極飛2017和2018年在新疆組織的“百團(tuán)大戰(zhàn)”和“秋收起‘翼’”，安陽全豐18年的“千人千機(jī)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(nóng)藥使用量20%以上、節(jié)省用水90%以上，農(nóng)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(jī)低空施藥作業(yè)
05
植保無人飛機(jī)云系統(tǒng)
根據(jù)民航局發(fā)布的《輕小型無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定》（AC-91-FS-2015-31）中無人機(jī)云系統(tǒng)定義為：輕小型民用無人機(jī)運(yùn)行動態(tài)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于向無人機(jī)用戶提供航行服務(wù)、氣象服務(wù)等，對民用無人機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測。在規(guī)定中，植保無人飛機(jī)被劃分到V類，為規(guī)范行業(yè)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)安全管控，植保無人飛機(jī)也自然要納入管理中，且號稱“國補(bǔ)”的指導(dǎo)性意見中，隱約也要求無人機(jī)接入云系統(tǒng)。目前民航批準(zhǔn)的云系統(tǒng)有8家，主流的植保無人飛機(jī)企業(yè)都已經(jīng)接入系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)部相關(guān)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(jī)企業(yè)的后臺接入，進(jìn)行“植保”領(lǐng)域的“專業(yè)”監(jiān)管。
國內(nèi)8個無人機(jī)云系統(tǒng)
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云系統(tǒng)名稱 |
運(yùn)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(jī)云系統(tǒng)，實(shí)時顯示無人機(jī)的航跡、高度、速度等信息，主動監(jiān)視4-150kg的民用無人機(jī)。 |
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U-Care （優(yōu)凱飛行） |
青島云世紀(jì)信息科技有限公司 |
首個基于民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，符合空管雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范的云系統(tǒng)，除了具備無人機(jī)、飛行計(jì)劃管理功能外，系統(tǒng)預(yù)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(wǎng)、4G等多種鏈路數(shù)據(jù)接入，PC端或手機(jī)端實(shí)時監(jiān)測無人機(jī)飛行信息，可自動警告飛入禁飛區(qū)的無人機(jī)。 |
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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(xùn)管理、飛行計(jì)劃管理、無人機(jī)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(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能。 |
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無憂云 |
北京云無憂大數(shù)據(jù)科技有限公司 |
除了能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的監(jiān)管功能外，首次實(shí)現(xiàn)了對授權(quán)無人機(jī)進(jìn)行對無人機(jī)進(jìn)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(jī)飛行數(shù)據(jù)，還可進(jìn)行無人機(jī)任務(wù)的協(xié)同規(guī)劃與指揮調(diào)度、航拍數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時顯示、三維可視化展示傾斜攝影數(shù)據(jù)的建模展示等功能。 |
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知翼 |
千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司 |
提供3D可視化功能，實(shí)時跟蹤飛行中的無人機(jī)，可構(gòu)建4D時空電子圍欄，進(jìn)行空間精細(xì)化的動態(tài)監(jiān)管，具備無人機(jī)軌跡的事后分析能力。 |
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沃天宇 |
天宇經(jīng)緯(北京)科技有限公司 |
第一個工業(yè)級無人機(jī)云平臺，中國首家基于網(wǎng)絡(luò)測控的無人機(jī)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，可提供無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸、存儲和分發(fā)，飛行數(shù)據(jù)處理、分析、交易，以及空域、保險、氣象、飛行、咨詢等一站式服務(wù)。 |
無人機(jī)云系統(tǒng)界面
06
存在問題
縱觀植保無人飛機(jī)行業(yè)的如火如荼，尤其飛控技術(shù)上已經(jīng)發(fā)展地非常成熟，但行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，不僅要實(shí)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(jī)噴灑農(nóng)藥的時候霧滴主要受到旋翼風(fēng)場、迎面風(fēng)力和環(huán)境風(fēng)力共同作用，而旋翼風(fēng)場的作用力起主導(dǎo)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(shí)現(xiàn)噴灑的霧流場與旋翼、自然風(fēng)的有效匹配。這要經(jīng)過大量的試驗(yàn)去驗(yàn)證最佳參數(shù)，相關(guān)研究結(jié)果表明，單旋翼無人機(jī)上的噴頭按照位置不超過旋翼直徑的2/3、多旋翼無人機(jī)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?yàn)樾§F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(jù)風(fēng)向做相應(yīng)的補(bǔ)償偏置。
另外，條件允許時相應(yīng)降低作業(yè)高度、選擇風(fēng)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(guān)鍵部件的壽命還不能完全滿足應(yīng)用要求
以發(fā)動機(jī)和動力電池為例，目前市場上油動型無人機(jī)發(fā)動機(jī)的壽命估計(jì)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(jī)和電機(jī)的痛點(diǎn)，主要受材料、加工工藝行業(yè)等技術(shù)瓶頸限制。同樣有效載荷下，油機(jī)比電機(jī)貴，但單架次油機(jī)的作業(yè)成本比電機(jī)低（主要是鋰聚合物電池昂貴）。
發(fā)動機(jī)和電池限制植保無人飛機(jī)效率進(jìn)一步提升
植保無人飛機(jī)配套專用制劑相對缺乏
植保無人飛機(jī)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(nóng)藥提高濃度，二是植保無人飛機(jī)配套專用制劑。
由于植保無人飛機(jī)配套專用制劑相對缺失或者應(yīng)用尚不成熟，大多數(shù)的植保無人飛機(jī)施藥作業(yè)采用常規(guī)農(nóng)藥提高濃度的模式來進(jìn)行。
在中國農(nóng)藥信息網(wǎng)上查詢，目前登記注冊的“超低容量液劑”已經(jīng)有23種，尚無植保無人飛機(jī)配套專用制劑或助劑登記，無疑這將是巨大的蛋糕。
中國農(nóng)藥信息網(wǎng)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(jìn)行飛防專用藥劑或助劑的研發(fā)，植保無人飛機(jī)領(lǐng)頭企業(yè)極飛和大疆也聯(lián)合德國拜耳公陶氏杜邦進(jìn)行飛防藥劑的研制和試驗(yàn)。
其中，南京善思生物科技有限公司——國內(nèi)唯一擁有納米農(nóng)藥獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的高科技企業(yè)。在團(tuán)隊(duì)首席專家張子勇教授的帶領(lǐng)下，潛心發(fā)展以水為介質(zhì)的水性納米制劑，經(jīng)過10余年的研發(fā)，發(fā)展出幾百種農(nóng)藥品種水性化的新技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥制劑納米級的緩控釋，并將產(chǎn)品命名為“澎湃納米農(nóng)藥”。
在國家“雙減”項(xiàng)目等支持下，與農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)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(jī)使用納米農(nóng)藥主要農(nóng)作物病蟲害防治試驗(yàn)，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(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好”的優(yōu)點(diǎn)。
據(jù)專家推測，納米制劑一旦實(shí)現(xiàn)大面積推廣使用，可降低我國現(xiàn)有農(nóng)藥使用量的30%以上，將大大助力我國農(nóng)藥的減施增效。
納米航空植保制劑
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善
國內(nèi)植保無人飛機(jī)廠家的數(shù)量之所以偏多，除了農(nóng)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(biāo)準(zhǔn)來約束植保無人飛機(jī)使之有序發(fā)展，但目前大的趨勢已經(jīng)打破了地域限制。
植保無人飛機(jī)地方標(biāo)準(zhǔn)
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標(biāo)準(zhǔn)地區(qū) |
標(biāo)準(zhǔn)號 |
標(biāo)準(zhǔn)名稱 |
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湖南省 |
DB43/T 849-2013 |
超低空遙控飛行植保機(jī) |
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重慶市 |
DB50/T 638-2015 |
農(nóng)用航空器 電動多旋翼植保無人機(jī) |
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江西省 |
DB36/T 930-2016 |
農(nóng)業(yè)植保無人機(jī) |
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湖南省 |
DB43/T 1156-2016 |
多旋翼低空遙控植保機(jī) |
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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(jī)技術(shù)條件 |
由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所薛新宇研究員牽頭制定的植保無人飛機(jī)首部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《植保無人飛機(jī)質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》（NY/T3213-2018），在2018年3月15日正式發(fā)布，標(biāo)志著我國植保無人飛機(jī)行業(yè) “無行標(biāo)可依”的局面的終結(jié)。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了植保無人飛機(jī)的型號編制規(guī)則、基本要求、質(zhì)量要求、檢測方法和檢驗(yàn)規(guī)則，提出了植保無人飛機(jī)限高限速限距、電子圍欄、失效保護(hù)、避障等概念與檢測方法。
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財(cái)政部和民航局2017年聯(lián)合印發(fā)的《實(shí)施農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼引導(dǎo)植保無人飛機(jī)規(guī)范應(yīng)用試點(diǎn)》的通知中，對產(chǎn)品的技術(shù)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(shù)據(jù)實(shí)時記錄存儲設(shè)備和施藥作業(yè)系統(tǒng)”等要求，就是參照了首個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。很明確，要想拿到“國補(bǔ)”就必須要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，逐漸規(guī)范市場。
標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建工作迫在眉睫，也任重道遠(yuǎn)，可包括術(shù)語與分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、田間操作準(zhǔn)則、機(jī)具登記認(rèn)證程序、操作人員培訓(xùn)與崗位資質(zhì)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等，產(chǎn)品部件與子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、無人機(jī)植保施藥作業(yè)質(zhì)量評定和防治效果評價標(biāo)準(zhǔn)、無人機(jī)植保作業(yè)環(huán)境風(fēng)險評估技術(shù)規(guī)范以及相關(guān)的專用檢驗(yàn)檢測方法與平臺標(biāo)準(zhǔn)。
我國首部植保無人飛機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
聲明：本文作者為業(yè)內(nèi)資深從業(yè)人員，文章所發(fā)表內(nèi)容僅代表作者個人觀點(diǎn)，不能作為評判正確與否的依據(jù)，禁止用于商業(yè)行為。
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