植保无人机飞行作业服务项目背景及需求分析

第一节项目背景分析 1一、植保无人机的发展历程及应用现状 1二、无人机植保现状 11三、制约农业航空植保产业发展的主要问题 18四、农业植保无人机概念与分类 21五、农业植保无人机的必要性和重要性 34第二节项目需求分析 37第一节项目背景分析一、植保无人机的发展历程及应用现状农业是我国的基础产业，其中农药的使用在作物的种植和病害防治中占有重要地位。传统农药施用主要以人工背负药箱、手持喷杆喷雾为主，作业时间长，劳动强度大，而且喷药量较大，容易导致用药过量、成本增加及环境和农产品污染。近几年，我国农业从传统走向现代，在生产方式、生产技术、体制机制等方面不断发展创新。我国农业机械化在农业领域的耕地、播种、田间管理、收割环节，均有大、中、小型农业机械做保障，机械化程度较高，而农业植保领域因其特殊性导致机械化程度低，基本处于人工和半机械化状态，严重制约着农业集约化生产和农业现代化的实现。在农药喷洒方面，高地隙自走式喷杆喷雾机、无人机技术逐渐发展应用起来，但使用植保无人机施药仅占1%。高地隙自走式喷杆喷雾机是大型农业装备之一，适用于水田、旱田作物和菜地的除草、杀虫、灭菌等的喷洒作业，具有机械化自动化程度高、通过性好、施药精准高效等优点，但也存在一次性投入成本高、坡地易倾覆、作物碾压损伤相对大等问题。另外，中国作为农业大国，人口老龄化趋势加剧，未来土地承包，种田大户会越来越多，市场需求会更大。经过多年的发展和推广，植保无人机已经有了比较切实可行的持久模式。（一）植保无人机的发展利用植保无人机进行飞防，日本和美国等发达国家涉及较早，产业体系相对成熟。从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），已经历了30多年的发展历程。由于日本国土面积小，耕地面积小且分散，水稻地多，对无人机依赖性大，促使农用无人机快速发展，已从1995年的307架增加到现在的2400多架，用于播种、监测、施肥、喷药等作业。美国农业生产则以大农场居多，经营规模大，往往使用载重量更大、续航时间更长、工效比更高的有人机进行植保作业。据统计，目前美国农用航空相关企业有2000多家，年处理40%以上的耕地面积，全美65%的化学农药采用飞机作业完成喷洒，其中水稻施药作业100%采用航空作业方式，自2002年以来已投入约700万美元用于农业航空技术研发。此外，韩国、巴西、俄罗斯、加拿大等都已将无人机应用于飞防作业。我国农用无人机起步较晚，目前正处于快速发展的初期阶段。2004年在科技部863计划的支持下，农业部南京农机化所等开始无人机植保的研究和推广。2007年开始植保无人机的产业化探索。2010年汉和航空制造出第一架植保无人机交付市场，正式揭开了中国植保无人机产业化的序幕。据农业部发布的数据，截至2017年底，全国植保无人机保有量达到14000多架，从事航空植保的服务组织已超过400家。植保无人机保有量虽全球第一，但短板仍然明显，技术、体制尚不成熟，有些技术还待进一步研发，如适合无人机的剂型、沉降剂、软件等。一些国外厂家如拜耳、陶氏、巴斯夫等都投入了一定的资源去研究相应的领域，国内的新安化工、诺普信、广西田园生化等企业也有了自己的无人机队伍，大疆、极飞等无人机企业也在研发相应的技术。（二）植保无人机分类及特点1.按动力分类根据动力分类可分为电动植保无人机、油动植保无人机及油电混合无人机三种。电动植保无人机通常利用锂电池作为动力源，它的特点是无人机构造比较简单，平时维护容易，对操作人员技能要求低；场地适应能力强，展开迅速，轻便灵活；电动输出功率不受含氧量影响，可在高原地区使用；电池可充电重复使用，成本低；震动小，成像质量好。缺点是抗风能力弱，续航能力不足，电池报废后存在环境污染问题。市场价格一般在5～18万元之间。油动植保无人机采用燃油作为动力源，其特点是燃料易取，载重大，续航能力强，具有较好的抗风能力。但油动无人机自主飞行能力差，油门响应速度慢，不易掌握，对飞行员操作水平要求高；控制精准度低；在高原性能不足；震动大。市场价一般在20万元以上。油电混合型植保无人机动力来自发动机和电机，将前两者结合互相弥补不足，具有很好的发展前景，但仍存在一些技术上问题需要解决，如需要对飞控算法有着较高的掌控，因为油机会因输出功力变化而带来延迟，需要电机来提供补充动力；油机动力和电机动力的配比问题，油动力大了姿态不平稳，因为电机的转速下升力衰减快，不成线性，而电动力大了就失去航时优势。2.按机型结构分类根据机型结构可分为固定翼植保无人机、单旋翼植保无人机和多旋翼植保无人机。固定翼植保无人机载量大、飞行速度快、作业效率高，作业时采用超低空飞行，具备简易、安全的起降系统，可按照多种模式自动执行飞行植保的任务。不过对作业区域地形条件要求较高，需要有较为宽敞的无障碍地用于起降，会受作业区域或周围障碍物如电线、电杆、树木等影响，引起飞行安全问题，并且无法实现悬停。单旋翼植保无人机是无人机初入农业植保市场的尝试选择，其风场稳定，雾化效果好，向下风场大，穿透力强，可以把药打到作物根茎部，抗风能力强。缺点是造价高，飞行操作员培训难，并且一旦发生炸机事故，单旋翼无人机造成的损害可能更大。多旋翼植保无人机采用对称结构的多个旋转中心带动旋翼产生风力进行飞行作业，价格适中，操作方便，对操作人员培训快。但抗风性弱，下旋风场更弱，造成风场散乱，风场覆盖范围小，若加大喷洒面积把杆加长，会导致飞行不稳，作业难度加大，增加摔机风险，作业覆盖半径一般在300m之内，单次作业时间在30min之内，比较适合于田间小地块。目前农户使用大多为多旋翼电动植保无人机，未来的趋势及选择要看无人机技术的进一步发展，需要更多探索与实践。（三）植保无人机作业现状1.适应面广植保无人机具有携带方便，使用优势突出，既能适应不同地形又可满足不同作物，而且不受作物种植模式的影响；植保无人机升降简单，不要求有专用跑道，过去地面大型植保机械较为棘手的水田、山地、坡地、不平整田地等，大都可以用植保无人机进行飞防作业。针对一些作物的不同生长阶段，无人机飞防作业也有很大优势。以甘蔗施药为例，在生长前期利用拖拉机作业，会损伤部分甘蔗苗；在甘蔗生长后期施药更为困难，拖拉机根本无法作业，而人工很难喷到甘蔗顶部且对人身健康存在巨大安全隐患，使用无人机喷洒则可以轻松解决这些问题。2.节水节药，节能环保植保无人机为低空雾化喷洒，保证均匀喷施整个植株。常规每公顷农药用量450～600kg，而植保无人机飞防作业每亩地喷施专用农药15L左右即可达到防治效果，节省水资源，减少农药使用量，大幅度减少农药对环境的影响。3.效率高植保无人机喷洒效率约为人工喷洒效率的100倍，可在一定程度上解决当今劳动力缺乏、劳动力成本高等问题。此外植保无人机飞防作业大多使用飞防专用药剂，作物吸收率比传统农药高得多，无人机飞行时产生的风力甚至可以将一些细长叶片翻转，使作物受药均匀。4.安全性高植保飞防作业为远程遥控操作，人距离农药相对较远，减少了有毒农药对人体的伤害，还可以夜间作业，安全生产工作得到更大保障。（四）植保无人机应用存在问题1.续航能力不足目前我国使用大多为电动植保无人机，配备电池平均续航能力为8～15分钟左右，电池充300～400次左右就要报废，成本较高。2.载重不足植保无人机载重一般为10～20kg，大面积作业需要不停地更换药箱，直接影响到作业效率，从而影响到成本。3.飞防专用药剂缺失无人机的飞防效果很大程度上与使用的药剂有关，目前植保作业大多凭经验或参考地面喷雾确定剂量与配置方法，往往因为用量、配置不科学或缺乏助剂而影响作业质量，导致药剂利用率低、喷洒效果差甚至产生药害。因此飞防专用药剂、专用助剂是植保无人机发展普及的瓶颈，专用药剂和助剂的研发是未来发展的另一重心。4.定位不精确进行飞防作业首先要熟悉田地的面积、形状、有无障碍物等信息，目前的了解方法主要有两种：第一种方法是通过公开发布的百度地图、谷歌地图等地图数据，获取目标区域的位置信息，这种方法的不足之处是通常会有几十米的误差，精准度不高，而且缺少障碍物信息；第二种方法是人工携带高精度差分GPS到植保农田现场进行测量，获得高精度的位置信息和障碍物信息，这种方法的缺陷是在作业前需大面积测绘，作业效率低且成本高。无人机定位不准会导致重喷、漏喷、误喷等现象，精准作业是植保无人机的一个关键问题。（五）防治效果影响1.药剂及助剂的选择农药的成分、作用、产品质量等直接影响防治效果。此外，普通农药制剂一般含有增稠剂等，直接将多种药剂互配容易出现沉淀、结晶、絮凝等现象，导致喷头堵塞，且配药花费时间长，严重影响作业效率和效果。使用无人机飞防专用药剂黏度小、流动性好，多种制剂产品桶混仅有微量沉淀出现，作业效率高。同时也要注意使用合适的施药浓度和施药量。除飞防专用药剂的选取外，飞防专用助剂的添加也会影响防治效果。飞防助剂可以提高无人机施药效果，如提高喷头雾化效果、增加雾滴沉降速率、增强抗漂移能力等，降低农药使用量。常见的助剂种类有抗漂移剂、扩散剂、湿润剂、蒸发抑制剂、吸收剂、安全剂等。2.飞行参数设置植保无人机飞行参数并不是随意设置，其中高度、速度等要素都直接影响飞防的实际效果与效率。无人机飞行过低不仅喷洒范围小，影响作业效率，而且容易与作物接触发生事故，产生的风力使作物发生倒伏；飞得越高，药物越容易飘离和蒸发，落在作物上的药剂就越少，建议飞机飞行高度1～25m。飞行速度原则上在保证安全和喷洒效果的前提下飞行速度越快，效率就越高，但是在实际作业过程中发现机身重量加上电池和药剂总重量大，惯性也大，如果飞行过快，很难按照自己的想法控制飞机的飞行姿态，出现掉高、停止困难等现象，加大了飞机事故率（也有可能是飞控种类不同，停止方式不同），一般保证效率效果的话，建议把速度设定为4～6m/s即可。3.气候环境的影响（1）风力如果风力较大会使无人机飞行不稳，存在安全隐患，同时引起药物飘移，因此建议在有风的情况下，根据风力大小来确定能否使用无人机以及无人机可以飞行的高度。（2）温度温度高时一方面可能使药物空中蒸发或者药物有效成分分解变质，另一方面植物可能自身气孔关闭，影响药物吸收。同时由于无人机电池对温度敏感，温度过高或过低都会影响电池性能，无人机的作业温度一般在20～30℃范围内最佳。（3）湿度由于无人机施药浓度高，水量少，湿度影响相对大一些。目前无人机主要使用农药为水基化剂型，如果湿度降低，药液就会有所流失，降低药效；而对粉剂式农药，湿度低反而能增加对作物的附着性，从而提高药效及利用率。在作业时可根据实际情况调整药剂的种类和水量。（4）气象无人机的飞行通常受天气的限制。无人机有些零部件不防水，在雨天、雾天等建议禁飞，还有雷电、雾霾、下雪天等均不适合无人机作业。4.雾滴大小雾滴大小是无人机飞防作业中相对容易控制的重要参数，也是直接影响到植保无人机防治效果的关键因素之一。合理地控制雾滴粒径大小，是用最少的药量取得最好的防治效果，并减少环境污染的关键所在。在农药喷施过程中，粒径大的雾滴易沉降，不易随风漂移或蒸发散失，但分布不均匀、附着能力差，容易因弹跳和滚落而造成药液流失，大大降低了农药的防治效果，也污染了水土环境。雾滴粒径小对于其在作物叶片表面的覆盖密度和覆盖均匀度远优于大雾滴，药剂附着力好，作物容易吸收，利用率高，但受气流、风力、温度等影响较大，易发生漂移和蒸发，要根据作物和病虫害进行选择。5.作物和病虫害情况作物的种类、生长阶段、高矮、密度，以及病虫害的种类、生活习性、严重程度等，都对防治效果有影响。目前无人机更适合甘蔗、小麦、水稻、甜菜、玉米等大面积种植的作物，而不太适合果树等相对立体且生长密集的作物，这就需要根据具体情况调节亩用量、作业参数和用药，也需要更专业的植保知识。（六）植保无人机的发展前景1.植保无人机飞防符合国家农业发展规划当前，我国的农药用量大，但农药利用率相对于发达国家来说还很低，大部分农药流失在土壤或水环境中，导致农田环境污染日趋恶化，而国家提出了实现化肥农药零增加目标，因此无人机精准喷施技术正符合我国发展农业发展规划。国家出台了一系列政策大力推进农业现代化，利用植保无人机进行飞防作业已成为一种新型农业技术，这几年无人机数量及使用人数飞速上升，得到了很多地方政府的支持。从2017年开始，许多地方政府积极响应国家政策，通过政府与无人机飞防公司或组织合作，由具备大面积作业能力的植保无人机飞防服务组织来对农作物进行植保作业，其效果还是非常令人满意的。2.我国农田地形地貌及国情必然选择植保无人机我国的植保无人机产业正起步发展，且发展迅速，展示出良好的前景。我国土地类型多样，像丘陵、山地、水田、坡地等特殊农田使用常规喷药方式费时费力，效率不高，而且农村人口人均拥有土地少，土地相对分散，农村存在人口老龄化问题，青年劳动力逐渐减少，在农业日益机械化的时代，农业集约化程度提高，无人机飞防的使用更加符合我国当下国情，因而具有不可估量的推广前景。二、无人机植保现状农业是立国之本，强国之基，是国家得以正常维持发展的根本保证。国家每年的中央一号文件都是以农业为主题，充分体现了国家对农业的重视程度。然而我国生态条件复杂，农业耕作制度多样，农业有害生物多发、频发、重发。据统计数据显示栓国农作物有害生物超过1700种，包括虫害830种以上、病害720种以上、杂草60种以上、鼠害20种以上，其中可造成严重危害的超过100种。在病虫害多发频发的严峻形势下，我国粮食生产连续11年保持增长，化学农药作为病虫草害的主要防治手段，为粮食产量作出了巨大的贡献。我国农药、化肥有效利用率较低，仅占世界7%的耕地上使用了全球35%的农药和化肥，农药化肥使用频繁对环境以及生态造成了较大的威胁，这一问题引起了国家的高度重视。保证粮食安全是中国的基本国策，同时农业要继续实现增产增收的发展目标，保证十三亿多人口的吃饭问题，当务之急是尽快从主要追求产量和依赖资源消耗的粗放经营转变到数量质量效益并重、注重提高竞争力、注重农业科技创新、注重可持续的集约发展上来。随着土地流转以及农村生产力的发展，植保机械迅速变化的同时，植保作业方式以及参与人员也发生了较大的变化，专业化服务者以及服务组织成为了植保服务的主要参与者，这也对植保工作提出了新的要求。占植保机械市场的935%的5800万台的传统手动喷雾器已经不能满足植保作业的需求，新兴的农用植保无人机所具有作业飞行速度快、喷洒作业效率高、应对突发灾害能力强等优点成为新型植保机械的热点以及突破口。（一）农业飞防作业概述农业航空是现代农业的重要组成部分，也是反映农业现代化水平的重要标志之一。农用航空植保是基于航空技术平台与植保农药技术结合而成的一种新型植保作业，属于机械化、自动化植保技术，结合了航空技术能快速高效完成大面积、大范围防治覆盖的优势。与传统的机械化植保不同，农用航空植保借用航空设备为平台，摆脱了传统人工设备的束缚。农用无人机航空施药具有作业飞行速度快、喷洒作业效率高、应对突发灾害能力强等优点，如下图为植保无人机作业现场，它克服了农业机械或人工无法进地作业的难题其发展前景受到农业植保领域的高度重视。目前市场上电动、油动、多旋翼、单旋翼植保无人机并存，相对而言，电动多旋翼植保无人机使用较多，载药量在5～30L，大多数价格在5～20万元之间，而购机者多为种植合作社或农机服务组织，购机量多的省份均有相应的省、市、县级财政补贴。2015年全国农用植保无人机作业面积约为1000万亩，日作业面积为100～1000亩，作业费用在10～20元/亩之间，成本在2～10元/亩之间，农户对无人机作业效果评价良好率占6359%。截止到2019年10月份，植保无人机保有量55万余部，作业面积45亿余亩次。短短4年时间，植保无人机作业面积增长了近45倍。农业植保无人机规模作业能达到每小时80～100亩，其作业效率要比常规喷洒作业高出近百倍。植保无人机自动飞控导航作业，可以最大限度地减少作业人员接触农药的时间，从而保证了工作人员的安全。使用飞控导航自主作业只需在喷洒作业前，将农田里农作物的基本信息采集到，并把航线规划输入到地面站，无人机便可进行全自主作业，在田间地头起飞对农作物实施作业，作业完成之后自动飞回到起飞点。而在飞机喷洒作业的同时，还可以通过地面站的显示界面实时观察喷洒作业的进展情况。（二）国外农业现状从世界范围来看，农业航空较发达的国家主要有美国、俄罗斯、澳大利亚、日本等国家已经有了几十年的经验，产业成熟度较高。农业植保无人机是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，常见的多旋翼农用植保机在田头地埂就能升起降落从几米低空飞行可在视距范围内控制飞行。非常适用于各类复杂地形农田和不同种类高矮的农植物与树林，相邻农田种植不同农作物情况下也可精准的喷洒。配备先进的导航系统可以通过地面基站或者笔记本电脑规划飞行路线实现飞机自主喷洒农药。农业航空技术是国家农业生产的重要组成部分，在农业生产中的应用比重不断加大。根据农田飞行作业环境的适宜程度，国外农业航空大致分为有人驾驶和无人驾驶两种作业模式。在美国、俄罗斯等户均耕地面积较大的国家，普遍采用有人驾驶固定翼飞机作业，而在邻近的日本和韩国等户均耕地面积较小的国家，微小型无人机用于航空植保作业的形式正越来越被广大农户采纳。我国航空植保作业年处理耕地面积比例远低于世界平均水平，中国作为农业大国目前农药产量及使用量居世界第一，而在植物保护上面存在植保机械落后、机具单一、防治作业效率低等问题。目前我国农用航空作业的水平显著低于发达国家和世界平均水平17%，仅为2%，而美国和日本均超过50%。（三）国内农业现代化发展状况中国是一个农业大国，发展高效、安全的现代生态农业是中国农业现代化建设的重要目标。作为现代农业的重要组成部分和反映农业现代化水平的重要标志之一，农业航空在中国现代农业发展中具有重大需求。在当前国内粮食作物生产过程中，植保仍以手工、半机械化操作为主。据统计，中国目前使用的植保机械以手动和小型机（电）动喷雾机为主，其中手动施药药械、背负式机动药械分别占国内植保机械保有量的9307%和553%，拖拉机悬挂式植保机械约占057%，植保作业投入的劳力多、劳动强度大，施药人员中毒事件时有发生，中国每年因防治不及时，病虫害造成的粮食作物产量损失达10%以上。同时国内农药用量越来越大，作业成本高，而且浪费严重，资源有效利用率低，作物产量和质量难以得到保障。同时带来了严重的水和土资源污染、生态系统失衡、农产品品质下降等诸多问题，已经无法适应现代农业发展的需求。随着工业化和城镇化的快速发展，提高了对农村劳动力的吸收接纳能力，也导致了农村劳动力向城镇的大量转移和农村季节性劳动力短缺以及用工成本的大幅上升。同时，农村土地流转正在加速推进，家庭农场、新型农业经济主体和种植大户快速发展对我国农业生产带来深刻影响。农业生产逐渐外包给专业化服务组织。为农民提供规范化和规模化的病虫害防控的专业化统防统治组织得到快速发展。随着我国专业化统防统治工作的不断推进，传统小型背负式喷雾器械已经不能满足快速发展的专业化防治需求，作业效率高、适用范围广，节水、节药环保型，用工少的大中型植保机械和农业航空植保得到了快速发展。应用农业航空植保技术对提高中国农作物病虫害防治机械化水平，实行统防统治的专业化服务，提高农业资源的利用率，增强突发性大面积病虫害防控能力，缓解农村劳动力短缺，增强农业抗风险能力，保障国家粮食安全、生态安全，实现农业可持续发展具有十分重要的意义。（四）农业植保机械化现状1.农业航空植保的特点及发展优势农用飞机航空作业速度快、突击能力强、防控效果好、飞机飞行产生的下压气流吹动叶片，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。采用轻型无人机实现水稻、玉米、甘蔗等高秆作物地面机具无法进地进行低空航空喷雾作业，提高机械化作业水平，人机分离作业，减少操作者劳动强度，避免农药中毒等恶性事件的发生；使用高效航空植保机械和施药技术是提高农药有效利用率的有效手段，农业植保机能够控制细小雾滴飘移，提高靶标作物上药液沉积和减少农药流失，根据病虫害情况通过航空作业实现精准、减量施药。2.我国农业航空发展前景随着我国农业现代化进程加快，农业新型经营主体快速发展，农村劳动力短缺和人工成本急速增加，同时专业化统防统治工作快速发展，农业植保对作业效率高、适用范围广、节水、节药环保型、用工少的大中型植保机械和农业航空植保机械的需求越来越迫切。农业航空植保也将成为我国农业植保专业化统防统治的重要发展方向和保障国家粮食安全的重大措施，成为我国农业的战略性新兴产业。在这种旺盛需求的刺激下，预计农业航空植保，特别是无人施药机低空喷雾具有广阔的前景。三、制约农业航空植保产业发展的主要问题中国农业航空的应用水平和国外相比差距较大，一方面是中国的农用飞机数量少（仅占世界农用飞机总数的013%左右），农业航空年处理耕地面积小（约占总耕地面积的170%）；另一方面包括现有农业航空政策法规体系不完善、配套核心科学技术研究不足、专业队伍人才匮乏、社会化服务体系不健全、与农业航空相适应的农田作业环境基础建设被忽略、制度上缺少支持农业航空发展的公益性安排等，影响了农业航空产业的快速发展，制约了中国农业航空植保产业的发展。（一）农业航空政策法规体系不完善中国农业机械化协会发布了由协会组织制定的包括《植保无人飞机作业质量》在内的9项农用航空行业团体标准，从施液量偏差、雾滴沉积密度、雾滴分布均匀性三个维度，明确了作业质量的具体要求，有效促进飞防效果评估工作的标准化、规范化。是我国植保无人机领域内的首份作业质量评估标准。此次发布的标准由协会组织行业内的优势企业协同制订，涉及的具体规范和技术指标代表着行业较高水平。缺乏完善、规范的技术标准及作业规程；农业航空飞行作业申报审批手续复杂，不但提高了农业航空作业成本，还延误了最佳作业时机，甚至导致作业失败；至今尚未专门出台旨在推动、促进农业航空产业快速发展的国家政策，对农用飞机的采购机场的使用、农用飞机燃油补贴等没有相应的扶持政策。在国家层面、行业内以及行业间缺少支持农业航空的整体发展战略规划。（二）农业航空配套核心科技研究不足，使用成本高我国农用航空飞机数明显偏少，农用航空植保在全国植保中所占的比例小，制约了我国航空植保技术的发展。目前农业航空飞机机型杂乱，现有固定翼M-18.AT-402B、Thrush510G、Y-5.Y-11.海燕650、GA-200等直升机贝尔407.罗宾逊R66等多类机型，并且部分机型已停产进入了淘汰阶段，但目前仍是中国农业航空的主力机型，属于超期服役。同时飞行服务基础设施和保障体系建设滞后，农用航空飞机的运营、维修保养等成本较高且，人才缺乏，也制约我国农用航空飞机的发展。农用飞机制造及配套喷施技术等基础研究、核心技术研发滞后，机型偏少，更新能力和产能不足，无法形成规模效益，导致价格、维护成本偏高，从而导致需求减少，反过来影响到生产规模，由此形成恶性循环。（三）农业航空社会化服务体系不健全由于农业航空在农业生产中的重要作用没有得到充分凸显，中国与农业航空产业相配套的多种形式的社会化服务组织，包括租赁、中介、培训、机修以及推广、融资保险等专业公司尚未形成规模，单个企业对，上述服务的成本支出的承受力不够，因此也缺少大面积推广的力度。此外，中国缺乏能够适合于农业航空产业发展的机场保障基地，也限制了农业航空事业的发展。对农业航空认识不足，与农业航空相适应的农田作业环境基础建设被忽略，在制度上缺少对农业航空的公益性安排。长期以来通常认为农业航空作业技术性强、价格高，农业生产中不起飞机。对农业航空作业的整体高效益和低成本认识不足，造成农业航空的市场需求落后，许多人仍处于旁观状态。此外，分散经营的生产模式，造成地块小而分散，与农业航空规模化作业的模式不相符合。而且，各地在进行农田规划时，缺少大规模的集约化经营安排，防风林、电力电信布线等末将农业航空作业纳入考虑，对农用飞机的作业安全也造成了极大的威胁。（四）航空植保设计的低容量喷雾技术理论和配套药剂研究准备不充分与地面喷杆喷雾机大容量喷雾不同，航空植保施药液量应该控制在45～75L/公顷，属于低容量喷雾和超低容量喷雾。此时，农药雾滴粒径就需要采用细小雾滴，而细小雾滴在螺旋桨下，尚需研究雾滴大小及数量的监测手段和测量标准。另外航空植保中的喷雾装备系统也需要研究开发。在航空植保中，因其施药液量少，农药雾滴在农作物冠，层沉积分布规律、农药雾滴最佳密度等众多科学理论问题需要研究。航空植保的农药制剂及其配制与地面大容量喷雾完全不同。因航空喷雾的农药药液浓度要远远高于地面喷雾，这样增加了药液对农作物药害的风险，因此，航空喷雾农药制剂配制需要优化。另外，航空喷雾的农药制剂需要严格控制细小雾滴产生的数量，防止雾滴飘移的环境风险。现阶段，我国各地航空喷雾时多是采用地面喷杆喷雾机所采用的农药制剂，需要优化并提出相关标准。（五）航空植保对环境和生态的影响缺少跟踪监测航空植保中细小雾滴移进入环境后的负面影响未开展相关的跟踪研究，为保证航空植保的健康发展，需要研究监测航空喷雾后对邻近作物、蜜蜂、畜舍、水源等的影响，为航空植保提供技术参考。四、农业植保无人机概念与分类（一）农业植保无人机概念农业植保无人机是无人机家族中一个重要的分支，即专门应用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，由飞行平台与喷洒系统组成，通过地面人员遥控或飞控自主作业来实现植保作业，它可以进行农药喷雾作业、叶面肥喷雾作业、促进授粉作业等，具有效率高、环保、作业效果显著、智能化等特点。植保无人机一般由机身（架）、飞行控制系统、动力系统、通讯链路和喷洒等系统组成。飞机通过地面遥控或地面站导航控制来实现相关作业。1.机身（架）是整个系统的骨架。在此支撑组件之上，才能将整个无人机各个组件连接、组装在一起。机身（架）需要具有一定的强度和合理的架构，保证整个无人机的稳定性。2.动力系统由电机（用于电动多旋翼和电动直升机）或发动机（用于油动多旋翼和油动直升机）、电力系统与其他组件构成，旋翼组件组成比较复杂，笼统地来说旋翼组件由机臂座、机臂、电机、螺旋桨4个部构成。3.控制系统包括飞控，遥控器，接收机，电子调速器（ESC），GPS，差分模块等目前比较好的飞控品牌有大疆科技，零度智控，XX，无距科技等。遥控器国内比较流行的是futaba、天地飞等品牌。4.喷药系统包括高压喷头/离心喷头，药泵，流量计等。喷洒系统是植保无人机与其他用途无人机的本质区别，喷洒系统由药箱、水泵、软管、喷头等组成。用于在无人机飞行过程中，将农药从药箱中吸出并通过喷头喷出，再利用螺旋桨旋转产生的向下的风场实现穿透性的喷施效果。植保无人机的最高飞行速度不宜超过7m/s，超过这个速度植保无人机的风场就会与喷洒的药液产生脱节，无法形成对药液的下压力，从而造成药液飘逸流失或蒸发，影响作业效果。（二）农业植保无人机分类1.按照飞行平台分类（1）直升机植保机直升机植保机发动机驱动旋翼提供升力，发动机同时也输出动力至尾部的小螺旋桨，机载陀螺仪能侦测直升机回转角度并反馈至尾桨，通过调整小螺旋桨的螺距可以抵消大螺旋桨产生的不同转速下的反作用力，其前进、后退、上升、下降主要是依靠调整主桨的倾斜角度来实现，而转向则是通过调整尾部的尾桨实现。直升机植保无人机的优势在于其具有统一而稳定的下压风场，穿透性更强，桨叶产生的下洗气流能够使药液到达作物底部的叶背，具有良好的植保效果，能更好地满足高秆作物、果树和较茂密作物的作业需求。但缺陷主要是结构复杂、操作难度大，飞手需要较长的培训周期才能达到作业要求，而且在田间作业一发生事故损失较大需要较长的维修周期和更多的配件投入。（2）多旋翼植保机多旋翼植保机是近几年发展起来的新型植保机，具有操作简单、结构简单、价格相对较低的特点。多旋翼植保机能够垂直起降、自由悬停，还能够适应各种自然环境，具备自主飞行和着陆能力等优点，可以在一些不适合人类进入的复杂和危险环境中进行作业，在农业植保方面具有广泛的应用。其飞行中前进、后退、横移、转向、升高、降低主要是依靠调整桨叶的转速实现各种动作，具有简单易学等优点。多旋翼植保无人机的自动化程度领先于其他机型，相同载荷的造价也要比其他机型低，能满足大多数作物作业要求。多旋翼植保机因为飞行平台特性原因导致其载重量、续航参数等性能参数相对较低，而且因为有多个旋翼，相邻的两个桨叶旋转方向是相反的，所以存在多个互相之间干扰的风场，会造成一定的风场紊乱，导致其植保效果稍弱于直升机植保机。无人直升机和多旋翼无人机对比对比直升机多旋翼无人机优点1.风场稳定，雾化效果好，向下风场大，穿透力强，农药可以打到农作物的根茎部位，果树、高秆作物作业更具优势；2.抗风性更强1.入门门槛低，更容易操作；2.造价相对便宜3.能胜任大多数作物的植保工作缺点1.一旦发生炸机事故，无人直升机造成的损失可能更大；2.价格更高1.抗风性弱；下旋风场更弱2.造成风场散乱，风场覆盖范围小2.按发动机类型分类按照发动机类型可以分为油动发动机与电动机，直升机农业植保机目前在市场上电动产品和油动产品均有分布，在中国主要是电动为主；多旋翼农业植保机目前市场以电动为主，但是也出现过一些油动多旋翼无人机产品。（1）油动直升机植保机直升机植保机产品在初级阶段一直是以油动发动机为动力，使其具备续航时间长、载重较大的优点（相对电动多旋翼）。但是，其使用发动机多为航模领域发动机，存在着调试困难、寿命较短的特点，其发动机寿命往往只有300小时左右，而且100个小时以内需要对发动机进行保养，过程也较为复杂，大大提高了产品维护以及植保机作业的成本。由于植保作业是低速作业，发动机依靠风冷散热满足不了散热需求，在高温高湿季节作业风冷油动植保无人机有明显的不适应性，目前油动植保无人机大部分已经更换为水冷发动机也仅是有所改善而已，没有本质性解决散热和发动机寿命问题。油动植保无人机由于依赖于空气中的氧气进行工作，所以对高海拔的作业环境难以胜任，油动植保无人机是目前所有植保无人机中操作难度最高的一种机型。（2）电动直升机植保机电动直升机植保机是在油动直升机基础上解决其发动机寿命过短、调试困难等因素而产生的新型直升机，采用无刷电机与锂电池作为动力，使电机使用寿命以及效率大大提高。其构造比较简单，便于维护保养，机器整体重量较为轻便，转场方便，尤其是复杂地形的作业。电动无人机具有环保、结构简单易于操作和维护、无废气，无污染，操纵简单、售价低、使用寿命长等优点，电动植保无人机可以适应较高海拔作业，目前测试的结果是在海拔4500米可以正常作业。但是其续航以及载重性能也都稍有下降，需要携带大量电池，重量重、成本较高、载荷小、航时短等缺点，每一架作业无人机通常需要配备7～10块（组）电池才能满足一天工作需要。另外依然存在培训周期较长、摔机成本较大、维修周期较长等问题。在我国目前市场当中，直升机植保机市场保有数量远低于多旋翼植保机市场保有数量。油动直升机植保机与电动直升机植保机对比对比油动植保无人机电动植保无人机优点1.载荷大，15-120L都可以2.航时长，单架次作业范围大3.燃料易于获得，采用汽油混合物做燃料1.环保，无废气，不造成农田污染2.易于操作和维护，一般7天就可操作自如3.售价低，一般在3-10万左右，普及化程度高4.电机寿命可达上万小时缺点1.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2.售价高，大功率植保无人机一般售价在20-100万3.整体维护较难，因采用汽油机做动力，其故障率高于电机。4.发动机磨损大，寿命300-500小时1.载荷小，载荷范围5-20L2.航时短、单架次作业时间一般4-10分钟，作业面积10-20亩/架次3.采用锂电作为动力电源，外场作业需要配置发电机为电池充电（3）电动多旋翼植保机电动多旋翼植保机主要优点在于操作简单、性能可靠，以市场主流产品为例，处于工作年龄范围内且身体健康的零基础学员，经过短期培训基本掌握该产品的使用，并能够进行基本作业操作。多旋翼植保机购机成本、摔机成本、维护成本都低于直升机植保机，这是近几年多旋翼植保机迅速发展起来的重要原因。其载重量与续航时间是多旋翼植保机不足的方面，在锂电池性能没有突破的情况下，多旋属植保机需要准备多块锂电池以进行循环使用，电池更换较频繁。3.多旋翼植保机分类和性能特点（1）按照旋翼数量进行分类1）四旋翼植保机四旋翼植保机结构简单、飞行效率高，在目前市场上的多旋翼植保机很多产品都选择四旋翼结构。但是，四旋翼结构植保机具任何其中一个电机发生停转或螺旋桨断裂都将导致植保机坠毁，所以其安全性较低。2）六旋翼植保机六旋翼植保机是在四旋植保机基础之上增加旋翼数量而形成的设计，可在其中一个机臂失去动力依然保持机身平衡与稳定，所以其稳定性高于四旋翼植保机。随着旋翼数量增加，在同样的机身重量下，单个旋翼所形成的风场面积减小，这将提高多旋翼植保机风场的复杂程度。3）八旋翼植保机八旋翼植保机根据设备性能不同，最多可实现同时两个机臂动力缺失而依然能够稳定悬停（两臂不相邻的前提下），更加提升了多旋翼植保机的稳定性，动力冗余性的设计是在强调设备稳定性的前提下而产生，将多旋翼植保机安全性又提升到一个新的台阶。（2）按照气动布局进行分类1）X型气动布局多旋翼植保机X型气动布局如下图所示，是在无人机前进方向的等分角度（左前一右前距机头舫向均45°，机尾相同）放置相反方向电机以抵消电机转动时产生的反扭力。X型结构是目前多旋翼植保机最常见的布局，大疆创新的MG-1/1S系列、XX的P-20系列都属于X型结构。它是两个臂同时朝前，从外形来看恰好是一个X的形状。2）十字气动布局多旋翼植保机十字多旋翼气动结构是最早出现的一种多旋翼无人机气动布局之一。因其气动布局简单，只需要改变轴向上电机的转速，即可改变无人机姿态从而实现基础飞行。便于简化飞控算法的开发。但由于其构造，导致无人机航拍时前行会导致正前方螺旋桨进入画面造成不便，随着飞控系统的进化，逐渐被X型多旋翼布局取代。十字形结构多旋翼植保机有其在喷头布置上的优势，可在其左右对称两个电机以及朝前的电机下面分布布置一个喷头，三个喷头在平面空间形成完整的喷雾范围。十字型多旋翼植保机典型代表有羽人科技的植保机系列、零度智控的守护者系列。3.多旋翼植保机性能特点多旋翼植保机已经广泛应用在农作物植保，同时可利用无人机进行低空农田信息采集，准确清晰地获得农田信息，实现精准农业。利用多旋翼植保机进行植保作业具有以下几个特点：（1）培训周期短多旋翼无人机操纵简单、起降方便、不需要专门的起降场地是其能够迅速扩大应用领域内在原因。在目前兴起的智能多旋翼植保机甚至已经具备自动作业的能力，这使得多旋翼植保机操作员培训具有培训周期短、培训成本低、对人员素质要求不高的特点。（2）高效作业多旋翼植保机作业效率是人工作业速度的50倍以上，并且由于引入了航线规划系统，可以避免重喷漏喷带来的作业效果下降。在目前农村土地流转逐渐加速的前提下耕地将越来越集中，传统打药方式将成为高效农业的阻碍。如果几千亩面积的耕地快速发生大面积虫害，使用人力喷洒根本无法快速全部覆盖，使用农业植保机可以快速解决大面积农作物病虫草害。植保无人机集群高效作业（3）良好的作业效果多旋翼农业植保机在作业时具有强烈的下行气流，可将药雾快速直达作物。并且下行气流可对作物进行摇动，促进药雾更好的到达作物叶子的背面以及根茎部。另外现在越来越多的多旋翼农业植保机可以进行作业航线规划，有效避免了重喷与漏喷。（4）环保安全中国每年因为人工喷药而导致农药中毒的人数是10万左右，其中有一定比例造成死亡。传统的人力农药喷洒人员处于药雾的环境当中，一旦保护不当或者喷雾器出现“跑冒漏滴”的情况，作业人员极易出现农药中毒，如下图所示为人工植保作业环境，而使用多旋翼农业植保机进行作业，人员远离了作