目前我國植保無人飛機在裝備總量、作業面積上已經發展到全球第一，農用無人機飛控技術上世界領先，且處于發展上升期，但是隨著“接地氣”的程度越深，也發現一些迫切解決的問題，如關鍵部件壽命短、標準缺失、監管力度不夠等。2018年剛過去，筆者對行業的發展現狀進行了梳理。
01
植保無人飛機
生產企業
目前全國已經有接近400家從事植保無人飛機研發、生產、銷售等全產業鏈的企業，雖然行業“有進有出”，但數量還在呈現增長的趨勢。
這些企業按照性質可以分為如下幾類：
第一類是具有軍工背景的企業，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技術基礎，實現“軍轉民”過渡；
第二類是新興的科技型企業，如廣州極飛科技有限公司、深圳大疆科技有限公司，特點是能夠將最新的前沿技術快速用于植保無人飛機上，極飛的P系列無人機、大疆MG系列無人機，不管是在機具性能的穩定性、智能化程度上都處于目前行業的一流水平；
第三類是農藥生產企業組建的旗下子公司，如安陽全豐航空植保科技股份有限公司，是安陽全豐生物科技有限公司的子公司，在農藥支柱產業的支持下成立的植保無人飛機企業；
第四類企業是傳統的植保機械企業轉型過來，如山東衛士植保有限公司，這類公司擁有植保機械生產和銷售的市場基礎；
第五類是科研院所改制的企業，如中國農業機械化科學研究院等，這類企業具備一定新技術、新產品的研發能力，并能迅速轉化成產品投放市場；
還有其他規模比較小的企業，是通過組建團隊，購買飛控系統、仿制已有產品外形等推出自己的產品。
02
植保無人飛機機型
按照動力可分為油動和電動型2種，按照旋翼數量來分主要分為單旋翼植和多旋翼植保無人飛機，其中油動型植保無人飛機主要是單旋翼，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具有載重量大，有效載荷在15-30公斤，續航時間長，20-30min/架次、連續作業能力強，但操控相對復雜，維護成本較高，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載重量小，有效載荷在10-20公斤，續航時間受到電池容量限制，一組電池續航10-15min，但操控簡單，容易維護，穩定性更好，售價低，10公斤以內在5萬元左右。植保無人飛機作業飛行速度3-6m/s，作業效率能達到80-100畝/小時。
油動型和電動型植保無人飛機
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植保無人飛機技術
目前絕大多數植保無人飛機已經具備手動增穩模式操控飛行和全自主飛行作業模式；配備了高精度的定位系統的無人機，能夠實現厘米級的定位，實現噴幅的精準對接；超聲波測距技術的應用使植保無人飛機已經具備超低空仿地飛行，最低距離作物冠層0.5m左右，實現山地、丘陵等復雜農田的有效作業；裝配雙目視覺系統的無人機能夠識別直徑大于5cm、5m外的障礙物，實現自主避障；具備后臺云系統的企業，已經實現操作者有效身份識別、無人機遠程調度、監管等安全管控，不僅能實時監控無人機飛行狀態，還能對數據信息的追溯；其他還包括限高、限速、限距、電子圍欄、失控保護、一鍵自主起降等功能。
在無人機施藥技術方面，國內的植保無人飛機自主作業采用“航路規劃、自主飛行、定點施藥、斷點續航”的超低空施藥技術模式，作業高度在0.5-3m、作業速度3-5m/s、畝施藥液量0.8-1L。
在此，不得不說下2018年的兩場行業發布會。
一場是12月4日，大疆在深圳發布了2019全新旗艦植保無人飛機T16，并提出了“定義行業第二代植保機”的口號。T16主要技術亮點：將風場模擬導入到大疆T16的布局設計；植保機傳感器加倍，可靠性大幅提升（標配雙IMU、雙氣壓計、GNSS+RTK雙冗余系統）；三維航線智慧飛行（DBF成像雷達）。
大疆的T16
另一場是12月14日，極飛在廣州發布了2019款P30植保無人飛機。P30技術亮點：IP65等級設計（可以用水潑），5向雷達（前后左右+仿地），雙路冗余和GNSS備份，智能AI故障預判。從技術上看，發展趨勢相同，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”措施：“合約機計劃”、“電池租賃計劃”、“全包服務”等，這也許是用戶反映最強烈問題（價格貴、電池不耐用、損壞維護）的解決方案。
極飛的P30
04
應用和成效
保守估計現在市場上植保無人飛機的保有量已經超過三萬架，作業面積2017年的約1.06億畝次，2018年不完全統計已經超過3億畝次，典型代表極飛2017和2018年在新疆組織的“百團大戰”和“秋收起‘翼’”，安陽全豐18年的“千人千機會戰安陽”，主要防治的作物包括水稻、小麥、玉米、棉花、辣椒等，可總體減少農藥使用量20%以上、節省用水90%以上，農藥利用率提高了30%以上，防治效果提高10%以上。
植保無人飛機低空施藥作業
05
植保無人飛機云系統
根據民航局發布的《輕小型無人機運行規定》（AC-91-FS-2015-31）中無人機云系統定義為：輕小型民用無人機運行動態數據庫系統，用于向無人機用戶提供航行服務、氣象服務等，對民用無人機運行數據進行實施監測。在規定中，植保無人飛機被劃分到V類，為規范行業發展和實現安全管控，植保無人飛機也自然要納入管理中，且號稱“國補”的指導性意見中，隱約也要求無人機接入云系統。目前民航批準的云系統有8家，主流的植保無人飛機企業都已經接入系統。農業部相關的管理部門也正在積極籌措建立一個云系統，擬將植保無人飛機企業的后臺接入，進行“植保”領域的“專業”監管。
國內8個無人機云系統
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云系統名稱 |
運營公司 |
主要功能 |
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U-Cloud （優云） |
中國航空器擁有者及駕駛員協會 |
民航局通過的首家無人機云系統，實時顯示無人機的航跡、高度、速度等信息，主動監視4-150kg的民用無人機。 |
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U-Care （優凱飛行） |
青島云世紀信息科技有限公司 |
首個基于民用航空行業標準，符合空管雷達數據傳輸規范的云系統，除了具備無人機、飛行計劃管理功能外，系統預留了與軍民航空管系統的接口。 |
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Flying-Cloud （飛云） |
成都福來鷹通用航空有限公司 |
支持互聯網、4G等多種鏈路數據接入，PC端或手機端實時監測無人機飛行信息，可自動警告飛入禁飛區的無人機。 |
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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、培訓管理、飛行計劃管理、無人機低空定位、軌跡跟蹤、電子圍欄、空中防撞、越界警告、線路優化、氣象情報、動態監測、數據統計分析等功能。 |
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無憂云 |
北京云無憂大數據科技有限公司 |
除了能實現無人機的監管功能外，首次實現了對授權無人機進行對無人機進行簡單控制，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 |
除了監視無人機飛行數據，還可進行無人機任務的協同規劃與指揮調度、航拍數據的遠程實時顯示、三維可視化展示傾斜攝影數據的建模展示等功能。 |
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知翼 |
千尋位置網絡有限公司 |
提供3D可視化功能，實時跟蹤飛行中的無人機，可構建4D時空電子圍欄，進行空間精細化的動態監管，具備無人機軌跡的事后分析能力。 |
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沃天宇 |
天宇經緯(北京)科技有限公司 |
第一個工業級無人機云平臺，中國首家基于網絡測控的無人機大數據服務平臺，可提供無人機飛行數據實時傳輸、存儲和分發，飛行數據處理、分析、交易，以及空域、保險、氣象、飛行、咨詢等一站式服務。 |
無人機云系統界面
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存在問題
縱觀植保無人飛機行業的如火如荼，尤其飛控技術上已經發展地非常成熟，但行業進一步發展，不僅要實現“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。
無人機噴灑農藥的時候霧滴主要受到旋翼風場、迎面風力和環境風力共同作用，而旋翼風場的作用力起主導作用，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：
一是實現噴灑的霧流場與旋翼、自然風的有效匹配。這要經過大量的試驗去驗證最佳參數，相關研究結果表明，單旋翼無人機上的噴頭按照位置不超過旋翼直徑的2/3、多旋翼無人機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，因為小霧滴更易飄移；
三是加助劑（蒸發抑制劑、沉降劑），減少霧滴在下降過程中的蒸發程度；
四是在做施藥航路規劃的時候，根據風向做相應的補償偏置。
另外，條件允許時相應降低作業高度、選擇風速較小、溫度較低時作業也一定程度上能減少飄移。
施藥作業中藥液飄移不可避免
關鍵部件的壽命還不能完全滿足應用要求
以發動機和動力電池為例，目前市場上油動型無人機發動機的壽命估計在300-400h（保養好的話），而電池充放電大概在200個循環，這是油機和電機的痛點，主要受材料、加工工藝行業等技術瓶頸限制。同樣有效載荷下，油機比電機貴，但單架次油機的作業成本比電機低（主要是鋰聚合物電池昂貴）。
發動機和電池限制植保無人飛機效率進一步提升
植保無人飛機配套專用制劑相對缺乏
植保無人飛機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：一是常規農藥提高濃度，二是植保無人飛機配套專用制劑。
由于植保無人飛機配套專用制劑相對缺失或者應用尚不成熟，大多數的植保無人飛機施藥作業采用常規農藥提高濃度的模式來進行。
在中國農藥信息網上查詢，目前登記注冊的“超低容量液劑”已經有23種，尚無植保無人飛機配套專用制劑或助劑登記，無疑這將是巨大的蛋糕。
中國農藥信息網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行飛防專用藥劑或助劑的研發，植保無人飛機領頭企業極飛和大疆也聯合德國拜耳公陶氏杜邦進行飛防藥劑的研制和試驗。
其中，南京善思生物科技有限公司——國內唯一擁有納米農藥獨立知識產權的高科技企業。在團隊首席專家張子勇教授的帶領下，潛心發展以水為介質的水性納米制劑，經過10余年的研發，發展出幾百種農藥品種水性化的新技術，率先實現了農藥制劑納米級的緩控釋，并將產品命名為“澎湃納米農藥”。
在國家“雙減”項目等支持下，與農業農村部南京農業機械化研究所、中國農業科學院植物保護研究所、全國農業技術推廣服務中心、華南農業大學等合作，在江蘇、吉林、安徽、福建、江西、廣西、云南、廣東等多個省、市（區、縣）共同開展了無人機使用納米農藥主要農作物病蟲害防治試驗，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、經濟、環境友好”的優點。
據專家推測，納米制劑一旦實現大面積推廣使用，可降低我國現有農藥使用量的30%以上，將大大助力我國農藥的減施增效。
納米航空植保制劑
相關標準體系不完善
國內植保無人飛機廠家的數量之所以偏多，除了農業航空現在正熱門之外，另一個重要的原因就是門檻較低，一定程度上給市場發展帶來一定的混亂，政府部門監管也無從下手。雖然地方上也陸續出臺了一些地方標準來約束植保無人飛機使之有序發展，但目前大的趨勢已經打破了地域限制。
植保無人飛機地方標準
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標準地區 |
標準號 |
標準名稱 |
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湖南省 |
DB43/T 849-2013 |
超低空遙控飛行植保機 |
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重慶市 |
DB50/T 638-2015 |
農用航空器 電動多旋翼植保無人機 |
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江西省 |
DB36/T 930-2016 |
農業植保無人機 |
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湖南省 |
DB43/T 1156-2016 |
多旋翼低空遙控植保機 |
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廣西壯族自治區 |
DB45/T 1330-2016 |
電動旋翼植保無人機技術條件 |
由農業農村部南京農業機械化研究所薛新宇研究員牽頭制定的植保無人飛機首部行業標準《植保無人飛機質量評價技術規范》（NY/T3213-2018），在2018年3月15日正式發布，標志著我國植保無人飛機行業 “無行標可依”的局面的終結。
標準規定了植保無人飛機的型號編制規則、基本要求、質量要求、檢測方法和檢驗規則，提出了植保無人飛機限高限速限距、電子圍欄、失效保護、避障等概念與檢測方法。
農業農村部、財政部和民航局2017年聯合印發的《實施農機購置補貼引導植保無人飛機規范應用試點》的通知中，對產品的技術要求中“加裝有飛行控制芯片、電子圍欄、避障系統軟件、作業飛行數據實時記錄存儲設備和施藥作業系統”等要求，就是參照了首個行業標準規定的。很明確，要想拿到“國補”就必須要達到標準的要求，逐漸規范市場。
標準體系的構建工作迫在眉睫，也任重道遠，可包括術語與分類、技術要求、試驗方法、田間操作準則、機具登記認證程序、操作人員培訓與崗位資質認證標準等，產品部件與子系統標準、無人機植保施藥作業質量評定和防治效果評價標準、無人機植保作業環境風險評估技術規范以及相關的專用檢驗檢測方法與平臺標準。
我國首部植保無人飛機行業標準
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