ISO 23117-22025 农业和林业机械 无人驾驶空中喷洒系统 第2部分评定水平横向喷雾分布的试验方法标准立项发展报告

*农业和林业机械无人驾驶空中喷洒系统第2部分:评定水平横向喷雾分布的试验方法标准立项发展报告EnglishTitle:StandardizationDevelopmentReport:Agriculturalandforestrymachinery—Unmannedaerialsprayingsystems—Part2:Testmethodstoassessthehorizontaltransversespraydistribution摘要关键词无人驾驶空中喷洒系统；喷雾分布；试验方法；国际标准；精准农业；横向分布；农业和林业机械Keywords:Unmannedaerialsprayingsystems(UASS);Spraydistribution;Testmethod;Internationalstandard;Precisionagriculture;Horizontaltransversedistribution;Agriculturalandforestrymachinery正文一、引言：标准化背景与需求在全球人口增长与粮食安全压力并存的背景下，精准农业作为现代农业发展的重要方向，正以前所未有的速度推动着农业生产方式的变革。其中，无人驾驶空中喷洒系统（UnmannedAerialSprayingSystems，UASS），即通常所说的农业植保无人机，凭借其作业效率高、地形适应性强、施药精准且人药分离等显著优势，已从最初的试验性应用迅速成长为植物保护领域的关键装备。然而，行业的快速扩张也伴随着一系列挑战。首当其冲的是作业质量评价体系的缺失。不同类型、不同型号的UASS，其喷洒系统（包括喷头选型、布局、压力、飞行高度、速度乃至旋翼下洗气流等因素）差异巨大，导致实际作业中的喷雾沉积分布（尤其是决定作业覆盖面积和重叠度的横向分布）呈现出高度异质性。缺乏统一的、可重复的、科学的评价方法，使得：1.制造厂商之间：产品性能无法进行公平、直观的横向比较，导致市场宣传信息混乱，阻碍了技术的良性迭代。2.用户与监管机构之间：用户难以根据客观数据选择合适的作业设备，监管机构也难以建立统一的作业质量准入门槛，制约了行业的规范化管理。3.科研机构之间：不同研究团队的报告数据缺乏可比性，科研交流与合作效率低下，延缓了基础理论和技术突破的进程。为解决上述矛盾，在国际标准化组织（ISO）的框架下，由多个成员国专家共同参与，启动了ISO23117系列标准的制定工作。该系列标准旨在为农业和林业用无人驾驶空中喷洒系统建立一套全面的试验与评估规范。ISO23117-2:2025作为该系列的关键组成部分，其核心使命正是——提供一个标准化的、可复现的试验方法来评定UASS在水平方向上的横向喷雾分布特性，从而为全行业提供一把统一的“标尺”。二、标准核心内容与技术要点解析ISO23117-2:2025由国际标准化组织农业和林业机械技术委员会（ISO/TC23）归口管理。该标准并非一个简单的通用指南，而是一份高度结构化、具备严格操作性要求的规范性文件。其核心内容可归纳为以下几个关键环节：2.1试验目的与适用范围本标准明确规定了评定无人驾驶空中喷洒系统在静止状态下（悬停或低速平移），其喷洒系统形成的水平横向喷雾分布特性的试验方法。该方法主要针对多旋翼、单旋翼等典型UASS平台。它旨在提供一种在受控条件下，排除环境风、地形等复杂干扰因素，纯粹评估喷洒系统本身（包括喷头、管路、控制策略与旋翼下洗气流相互作用）产生的横向沉积量分布规律。2.2试验条件与设施要求为确保试验结果的可比性和可复现性，标准对试验条件作出了极为详细的规定：*场地要求：必须在室外或室内静风（或微风）环境下进行，地面需为平坦的硬质地面或专用测试跑道，以减少对沉积物的二次干扰。推荐的试验场应具备明确的标识和测量网络。*大气条件：规定了风速、温度、湿度的允许范围，并强调必须测量并记录环境参数。*试验物质：明确使用水作为标准试验液体，可添加适量表面活性剂或示踪剂。禁止使用实际农药，以保证试验的安全性并排除不同农药理化性质对结果的影响。标准中推荐使用荧光示踪剂或人工采集后进行光学分析。*UASS状态：规定了飞机的标准起飞重量、电池电量状态、飞行模式以及作业参数（如预设飞行速度、高度、喷头压力等），确保每次试验的初始状态一致。2.3试验装置与布置这是标准最核心的技术细节之一。标准设计了一套“收集器阵列”作为测量系统：*收集器类型：通常采用精密称重滤纸、培养皿或专用的水敏纸等，其尺寸和材质需满足采样要求，以保证对雾滴的捕集效率。*阵列布置：收集器沿着一条与UASS飞行方向垂直的直线（即横向线）等距排列。这条线段的长度应能覆盖UASS单个有效喷幅的最大范围，通常还需包含一定的边界余量，以捕捉飘移倾向。标准中可能推荐至少30-50个收集点。*高度设定：收集器的上表面分别放置在与测试地面平齐（用于表征地面沉积）及与作物冠层等效高度（可选，用于表征冠层穿透性）的位置。2.4试验程序与数据分析标准详细描述了标准化的操作步骤：*喷施作业：UASS在设定参数下，沿与收集器阵列垂直的方向稳定飞行，至少进行三次重复喷雾通过，以确保结果稳定性。*样本采样：喷雾后，按规定时间间隔迅速、有序地收取所有收集器，并妥善密封、转移至分析实验室。*数据量化：根据采样物质的不同，采用对应的方法进行量化。例如，采用水敏纸时，通过专业图像分析软件提取每个样本上的雾滴覆盖密度和沉积量；采用荧光示踪剂时，则通过荧光分光光度计进行定量分析。*分布曲线生成：将所有收集点获得的量化沉积值（通常以μL/cm²或覆盖率百分比表示）绘制成横向位置-沉积量的二维曲线图。*关键指标计算：根据采集到的数据，计算出一系列表征喷雾分布特性的关键参数，包括但不限于：有效喷幅宽度（定义为沉积量达到最大沉积量某一百分比阈值如50%或20%的范围）、分布均匀性系数（如变异系数CV）、对称性指数、沉积量峰值位置等。标准明确规定了这些指标的计算公式和判定准则。三、标准的技术创新与应用价值ISO23117-2:2025的技术价值在于其对“复杂性”的“标准化”处理。1.解耦与聚焦：它将UASS的作业效果从复杂的田间环境下解耦出来，聚焦于“横向分布”这一基础且关键的物理属性，使得问题变得可测量、可控制。2.客观性与重复性：通过建立标准化物理试验装置（收集器阵列）和高度严格的试验条件，排除了人为因素和环境变量的干扰，确保不同时间、不同地点、不同操作者获得的数据具备本质上的可比性。3.量化性能指标：从定性评价（“喷得好”）进化为定量指标（变异系数、有效喷幅），为产品研发、市场准入和作业质量监管提供了坚实的数字基础。其应用价值在产业链各环节中体现得淋漓尽致：*对研发制造商：可用于筛选最优喷头型号、布局方案、旋翼参数或飞行高度，从而优化产品设计，提升产品性能，降低无效沉积和飘移风险，缩短研发周期。*对监管机构与认证部门：为UASS产品的“型式检验”、“质量认证”和“强制准入”提供了科学、权威的试验方法依据，有助于提升市场准入门槛，淘汰低劣产品。*对终端用户（农户或植保队）：在购买设备时可要求供应商提供按此标准出具的检测报告，作为产品性能的有力凭证。同时，在实际作业前，也可参考标准方法进行自身设备的校准作业，优化施药参数，实现“一人一机一地块”的精准适配。*对科研机构：提供了一个通用的实验平台，可以基于此方法开展更深入的研究，如不同雾滴大小对沉积分布的影响、旋翼流场对雾滴分配的机理性探究等。四、主要参与单位简介本标准由国际标准化组织农业和林业机械技术委员会（ISO/TC23）组织制定。在其框架下，由来自中国、美国、德国、荷兰等多个国家的专家委员紧密协作。其中，中国国家标准化管理委员会下属的全国农业机械标准化技术委员会（SAC/TC201）扮演了至关重要的角色，其核心成员单位——中国农业机械化科学研究院集团有限公司（简称中国农机院），在该项国际标准的制定中成为了中国力量的卓越代表。中国农业机械化科学研究院集团有限公司成立于1956年，是中国农业机械领域的国家级科研机构和技术策源地。作为SAC/TC201的秘书处承担单位，中国农机院长期深度参与并引领国内外农业机械标准的制修订工作。在此次ISO23117-2:2025的研制过程中，该院发挥了多方面关键作用：1.技术贡献：中国农机院植保机械与施药技术研究中心多年来在植保无人机雾化机理、沉积分布模型、飘移控制等领域积累了深厚的理论功底和大量的试验数据。其团队提出的关于“多旋翼无人机旋翼下洗气流对横向分布影响模型”以及对收集器阵列优化的建议，被国际专家组采纳，为标准的科学性提供了坚实支撑。2.试验验证：中国农机院在北京小汤山建立的国家精准农业研究示范基地，配备了符合国际一流标准的植保无人机测试风洞、室内固化试验台以及标准化户外测试跑道。该基地承担了大量本标准草案的验证试验任务，通过海量重复测试，证实了所提出试验方法的可行性、稳定性和重复性，为标准从理论走向实践提供了关键实证。3.国际协调：作为长期活跃在国际标准舞台的代表，中国农机院的专家通过参与ISO/TC23/SC6（植物保护机械）的多轮国际研讨会和面对面会议，积极宣传中国在UASS应用领域的成功经验和前沿技术，同时通过高水平的专业交流，与其他国家专家达成共识，最终促成了本标准的制定。中国农机院的深度参与，不仅彰显了中国在农业无人机技术领域的国际领先地位，也体现了中国标准化工作从“跟随”向“引领”的转变，为全球农业机械科技的普惠发展贡献了“中国方案”。结论展望未来，随着本标准在全球范围内的广泛应用与推广，我们有理由相信：1.技术迭代加速：制造商将以更明确的目标（降低变异系数、优化有效喷幅）为导向，开发出更高效、更精准、更环保的智能喷洒系统。2.监管体系完善：各国和地区的监管部门将以此标准为依据，构建起统一的UASS作业质量准入与监管体系，实现跨区域的互认与流通。3.作业效果飞升：终端用户将获得更科学的后勤保障和作业决策支持，实现“精准