植保无人飞机如何突破“卡脖子”技术？

如何让无人机真正成为一个便捷、高效、可靠的农业机械？

“农科专家在线”帮您请教了薛新宇老师

本期专家

 

薛新宇

研究员 博士生导师

美国农业部和德州农工大学访问教授，农业农村部南京农业机械化研究所植保与环境工程技术研究中心主任，中国农业科学院植保机械创新团队首席科学家，国家油菜产业技术体系岗位专家，国家重点研发计划项目主持人，江苏省五一劳动奖章获得者。

我国农作物病虫害年平均发生达60亿亩次以上，突发性大面积的病虫害频繁，年损失粮食超过2000万吨，严重危害粮食安全。而我国农药使用量大，远超过世界平均水平，加剧了水土污染。此外，随着人口转移和老龄化加剧，农村劳动力的日益短缺、劳动力成本不断攀升，在植保环节显得尤为突出，95%的农民认为下田打药是最繁重的田间劳动，而且农药飘移会危害到人身安全，都不愿意从事人工植保作业，更加剧了劳动力的短缺，抬高了人工成本。

新农具：无可替代的植保新利器

植保无人飞机已在田间普及应用

无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶航空器，它曾经作为一种作战武器在战场中显示出强大的战斗能力。在民用领域应用主要表现在航空摄影、地面灾害评估、航空测绘、交通监视、消防、人工增雨等方面。从2008年起，无人机在农业应用中逐渐开始出现，主要集中在农田信息遥感、灾害预警、施肥喷药等领域。

农用无人机是自动化控制技术、复合材料技术、精密制造技术、农业技术等先进技术的结晶。

无人机植保作业相对于传统的人工喷药和机械装备喷药作业有很多优点：用药量少，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，防治效果好，机具不下田压苗，远程操控、人机分离，喷洒作业人员避免了暴露于农药下的危险，提高了喷洒作业安全性等。无人机施药采用低量或超低量喷洒方式，可减少农药使用量20%以上，节约90%的用水量，这很大程度上降低了资源成本。

 

极飞科技植保无人飞机喷洒场景

新技术：飞的好、喷的好、管的好

习近平总书记说过：“中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己的手上。”无数个历史典故告诉我们：自胜者强，自强者胜。我国目前植保行业的水平仅相当于发达国家过去50年代的水平，植保已是农业生产全程机械化中最薄弱的环节，这个现状亟待改变。如果继续使用国外技术和机具，“卡脖子”永远存在，国人的饭碗永远端不稳。

2008年起，农业农村部南京农业机械化研究所牵头承担国家863项目，开展无人机施药技术与装备研究，联合相关单位研发了我国首台单旋翼植保无人飞机，由于其作业效率高、适用性广、载药量大等突出优势引起社会广泛关注，逐步形成了植保无人飞机的萌芽产业。

千架飞机出安阳，千名飞手做飞防

在当时无人机施药还是一个新鲜事物，在实际应用中面临以下问题：作业效果不稳定；机具稳定性和可靠性低，操作复杂；应用技术不足，缺少推广手段，难以普及；单机成本过高，农民不易接受。因此2010-2013年间，植保无人飞机多数以演示为主，无法真正运用于农业生产。而整个行业处于起步阶段，植保无人飞机还不算是一个可靠的施药工具。

但在农村劳动力短缺、发展现代农业的需求、植保统防统治的要求等刚需倒逼市场的形势下，植保无人飞机进入了高速发展阶段，团队经过2014年的田间验证试验、2015-2017年的施药实践，突破了三个核心技术：

①植保无人飞机智能化施药与控制技术；

②主要农作物精量化飞防应用技术；

③远程调度管理和信息统计技术。

核心装备技术提升了植保无人飞机在复杂农田环境的适应性和可靠性，保障施药效果，为大面积推广应用提供装备保障。

核心应用技术为使植保无人飞机真正成为一个高效、可靠、便于操作的农业机械，飞入千家万户，起到了不可或缺的作用。

核心管控技术实现了植保无人飞机作业信息可追溯、过程可管控、数据可统计，为公共安全、人员安全、机具安全、施药安全和环境安全提供了保障。

避障功能

无人机风场研究

新行业：百家争鸣助力农业腾飞

无人机植保涉及到的装备与技术不但是植保无人飞机本身，也涉及到施药系统的关键部件、装备、施药基础理论、施药技术、施药的标准规范及专用药剂助剂等。国内植保无人飞机行业毕竟发展时间短，虽然植保无人飞机产品发展很快，但相关的施药技术和标准尚未跟上，对此团队紧跟发展势头，制定了我国首部植保无人飞机农业行业标准。

团队本着开放共享的态度，国内大部分植保无人飞机产品均借鉴了团队开发的技术，使得各家有了显著的进步或突破，各厂家的产品都有了2-3代的改进，可靠性大大增加，典型作物已经进入到田间作业阶段。

Z3N单旋翼无人机

团队联合国内外数十家企业、院所开展航空植保技术研究，并在国内31个省、市、自治区进行了航空施药试验示范上百次，用事实和数据向社会各界证明了植保无人飞机在植保领域的先进性和可靠性。无人机植保施药高效、安全、节本增效、节省人工的优势已得到越来越多的农户的认可，其对地形广泛的适应性更是一种不可替代的优势。

为了让行业健康有序发展，团队多次向农业农村部、空管委、民航局等部门递交倡议或建议书，呼吁健全完善作业飞行安全运行管理机制，促进植保无人飞机规范应用，以解决植保无人飞机在复杂环境下病虫害防控作业难题。

我国首部植保无人飞机农业行业标准

农业航空植保得到了国家及主管部门的高度重视和大力推动。植保无人飞机从最初的多数以演示为主，到现在的产业规模上爆发性增长，中间经历了多少不眠之夜，团队通过前期的研究基础，根据特有国情，统筹植保无人飞机主要生产企业，建立以市场机制为导向、科技研发为支撑、推广培训为纽带，集聚“政产学研金推用”等主体力量，实现分工协作、优势互补的植保无人飞机施药社会化推广新模式。

2017年9月，团队参与起草的“关于开展农机购置补贴引导植保无人飞机规范应用试点工作的通知”， 由农业农村部、财政部办公厅、中国民用航空局综合司联合发布。整个行业呈现出春天般的活力。据不完全统计，目前全国有300-400家植保无人飞机生产企业，以飞防为切入点的服务组织更是数不胜数。

更多的无人机企业在全国范围内与各地院校展开校企合作，根据院校自身实际情况和发展规划，协助建设智能机器人学院、开设无人机专业及课程，共建航空植保联合实验室，从而进一步推动产学研结合发展，培养更多无人机行业所需要的优秀人才。中国航空植保产业的快速发展，让我们看到了希望，有了新的发展方向。

T16-果树打药

新职业、新事业、美丽乡村新生活

党的十九大特别指出：农业农村农民问题是关系国计民生的根本性问题，必须始终把解决好“三农”问题作为全党工作重中之重。

广阔天地，大有作为，植保无人飞机在我国几何级增长数据的背后，是更多的农户选择了无人机植保，更多的农民开始尝试科学种植，更多的农田因为技术而发生了改变。更多的年轻人回到农村，加入飞防队，做飞手，做后勤保障，做代理商，开辟了农村中的新职业，收获了希望田野上的新事业，更活出了扎根乡土的新生活。

我们把植保无人飞机从实验室扛到乡村、扛到农田、扛到千万农户的身边，看着它们一点点染上尘土、沾上乡愁、成为这个时代最接“地气”的科技产品。一次次的顺利丰收，也更进一步推动着中国农业向智能化蜕变，标志着中国技术革命由城市转向农村。

M23-菊花植保作业

在一带一路的带领下，中国农业新技术已经在全球20多个国家和地区落地生根，加入AI控制的智能作业模式将使农民在家坐着把药打了成为一种可能。

世界在进步，科学无止尽。农用无人机的发展与应用是中国农业现代化前进路上的一个缩影，祖国的农业现代化建设任重道远。团队在立足我国国情，推动我国农业产业优化升级的同时，加快创新步伐，努力抢占世界农业科技竞争制高点，向全球输出中国农业科技，推动全人类安全、健康、可持续发展。用最先进的农业科技为世界农民再创丰收！

中国农业科学院传媒与传播研究中心