农用植保无人机技术白皮

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1、中国无人机应用技术创新中心农用植保无人机技术白皮书(2015 修订)中国无人机应用技术创新中心2015 年 5 月2/11前言中国作为农业大国，18 亿亩基本农田，每年需要大量的农业植保作业，我国每年农药中毒人数有10 万之众，致死率约20%。农药残留和污染造成的病死人数至今尚无官方统计，想必更是一个惊人数字。植保无人机服务农业在日本、美国等发达国家得到了快速发展，在中国无人机的需求越来越明显。全国农业可持续发展规划中明确的“一控二减三基本”方针，即严格控制农业用水总量，减少化肥、农药施用量，地膜、秸秆、畜禽粪便基本资源化利用。力争到 2020年，实现农作物化肥、农药使用量零增长。在“一控二减

2、”方面，无人机将发挥巨大作用。采用无人机作业，可直接节约用水量 90%，减少农药 30%-50%。农机化生产中的植保缺位不仅与当前农业生产的规模化发展趋势不相适应。利用无人机开展施药技术的研究仍处于初级阶段。美国：农用航空作业占耕地面积近50%日本：农用航空作业占总耕地面积的54%世界：农业航空平均水平为17%中国：农用航空作业占总耕地面积不足2%综上所述，农用无人机有很大的发展空间，也需要更加规范的技术指导文件与之相适应。3/111.无人机分类随着社会的进步，经济发展，无人机的使用越来越多了，应用也非常广，涉及多个领域。无人机的应用已渗透到了社会中的各行各业。?按飞行平台分类：无人机按主要分

3、为：固定翼无人机，单旋翼无人机、多旋翼无人机等。?按结构分类：1)微型飞行器 -空机重量小于 7 千克的无人机2)轻型无人机-空机重量大于 7 千克，但小于等于 116千克的无人机，且全马力平飞中，矫正空速小于100 千米/小时（55 海里/小时），升限4/11小于 3000 米3)小型无人机 -空机重量小于等于5,700 千克的无人机，微型和轻型无人机除外4)大型无人机 -空机重量大于 5700 千克的无人机?按应用分类军警用：侦察打击、通信中继、信息对抗、空中预警专业应用：电力巡线、土地测绘、安防监控、农业植保、森林防火商业消费：航模表演、个人航拍、商用快递2.无人机政策环境分析无人机行业

4、法律法规主要指民用无人机法规。2012 年，在政策层面有多项利好政策，一些具体的实质性的政策陆续出台。如2012 年 4 月，财政部发布的民航发展基金征收使用管理暂行办法，把通用航空作为基金支持的重点领域；2012 年 5 月，民航局颁布了通用机场建设规范，为通用航空机场建设提供了有别于运输机场的行业标准，这对正在掀起的通用航空机场建设热潮可谓一场及时雨；2012年 7 月，国务院关于促进民航业发展的若干意见明确了民航业是我国经济社会发展的重要战略产业，并把通用航空列为发展重点，提出要大力发展私人飞行、公务飞行等新兴通用航空服务；通用航空发展专项资金管理暂行办法也已出台，为通用航空企业带来了力

5、度不小的实质性政策利好。以下是自2009 年至今中国无人机相关主要政策如下：山东、河南省农业厅和省财政厅拨付专款，或为地方植保站直接购置农用无5/11人机，或为农用无人机提供购机补贴。无人机农业植保市场政策环境在未来35 年或迎来成熟。3.农用植保无人机简介农用植保无人机的定义，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机有飞行平台（固定翼、单旋翼、多旋翼）、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。由于农用植保无人机体积小、重量轻、运输方便、可垂直起降、飞行操控灵活，对于不同地域、不同地块、不同作物等具有良好的适应性。

6、因此不管在我国北方还是南方，丘陵还是平原，大地块还是小地块，农用植保无人机都拥有广阔的应用前景。农用植保无人机是一种遥控式农业喷药小飞机，机体型娇小而功能强大，以载荷为 16公斤的电动植保无人机为例，其喷洒效率是传统人工的30倍，每天作业 300500亩。飞机采用智能操控，操作手通过地面遥控器定位对其实施控制，其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，同时远距离操控施药大大提高了农药喷洒的安全性。该飞行平台还能通过搭载不同的任务系统，对农业病虫害等进行实时监控、农村土地确权、农作物长势及病虫害的监测、施药、授粉、施肥作业。4.农用植保无人机的诞生1912 年，加拿大已经开始

7、将飞机作为大田作物、果园等喷洒农药辅助工具；1918 年，美国第一次用飞机喷洒农药防治蝗虫开始，正式拉开了航空植保的历史序幕；直到 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）；6/11经过近三十年的发展，目前日本拥有 2346 架已经注册的农用植保无人机，操作人员 14163人，成为世界上农用无人机喷药第一大国，日本的农用植保无人机及其配套施药技术发展比较成熟，已达到在短时间内加注汽油，补充药剂，操作实现傻瓜式，施药效率很高，目前无人机施药已占总施药面积的 50%以上。5.农用植保无人机市场发展目前，无人机涉及的领域是多方面的，而农用植保无人机应用更是多样化

8、的。农业植保无人机：远胜人工植保，政策渐成熟催生年均400 亿市场。市场政策环境逐渐成熟。农业植保无人机指用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，通过飞控实现喷洒作业，可喷洒药剂、种子、粉剂等。2013 年农业部出台关于加快推进现代植物保护体系建设的意见，提出鼓励有条件地区发展无人机防治病虫害。据中国农机流通协会的调查显示，农机合作组织、种粮大户、家庭农场、农民合作社在消费主体中的比重正以15%的年均速度快速增长，新型农业主体的崛起，以及新形势下农资市场的一系列变革，都在为我国农用飞机作业的发展提供了充足的有利条件。高效率及规避农药中毒，促植保无人机替代人工作业。中国作为农业大国，拥有 18 亿亩

9、基本农田，每年需大量的农业植保作业，而我国每年农药中毒人数有 10 万之众，致死率约20%。农药残留和污染造成的病死人数至今尚无官方统计，若统计在内，人数料将大幅上升。所以人工喷洒农药对作业人员的危害性很大且效率低下。相反，植保无人机作业高度低，飘移少，旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，防治效果高，可远距离遥控操作，喷洒作业人员避免了接近农药的危险，喷洒作业安全。当前美国、日本等国家已广泛使用无人机进行植保，在我国随着农业植保无人机技术的进一步成熟，性能将进一步提高且成本下降，预计人工替代动力更强。随着家庭农场、土地流转、服务组织的升温，给农用无人机的发展带来了前所未有的机遇，农

10、用无人机正在成为农机行业新的亮点和热点，但在农业实际作业中还面临很多亟待解决的问题。据参加展会同期举办的农用航空发展研讨会的专家预计，2015 年，农用航空器国内需求量将达到2000台，到 2020 年不低于7/1110000 台，发展前景广阔，市场潜力巨大。预计未来1020年，无人机植保比重将持续替代，市场规模将持续膨胀发展。6.农用植保无人机的技术对比分析1)单旋翼植保无人机的特点旋翼大，飞行稳定，抗风条件好，风场稳定，雾化效果好，下旋风力大，穿透力强，农药可以打到农作物的根茎部位。核心部件为进口电机，构件为航空铝材，碳纤材料，结实耐用，性能稳定飞行植保作业历时2 年多，连续植保10 万亩

11、/次以上，无重大故障，飞行驾驶简便易学，稳定智能的飞控系统，傻瓜式的操作模式经过简单培训就可上手。2)多旋翼植保无人机的特点技术门槛低造价相对便宜能垂直起降、空中悬停航模级别的国产电机和配件抗风性能差8/11连续作业能力差，效率低，单架次需要最少2-4 块电池组举例，10L 多旋翼无人机，单架次最少2 块电池组，作业面积1：1（10 升：10 亩），200 亩植保作业需要飞行20 次，携带电池4080 块，重量约为 80160kg（单块电池重量约2kg）由于多旋翼无人机，旋翼较小，旋转方向两两相反，导致风场散乱，风场覆盖范围小，所以为加大喷洒面积，会把喷杆加长（喷杆总长超过旋翼直径），由于空气

12、动力原因，在作业时会左右摇摆，导致飞行不稳定，作业难度加大，增加摔机的风险。3)燃油动力无人机的特点载荷大，15-120L 都可以航时长，单架次作业范围大燃料易于获得，采用汽油混合物做燃料使用不方便，维护保养成本高（同汽车发动机）低价发动机均为两冲程航模发动机，寿命短，发动机磨损大，最多飞行200小时左右需更换发动机农业植保作业为低空低速飞行，低价发动机均为风冷，冷却问题无法解决，一个架次飞完，发动机温度太高，无法再次起飞，严重影响植保作业效率实际飞行中，操控相对麻烦，飞行前的检验程序很多，摔机率非常高，达到50%以上。噪音大，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

13、成农作物污染。售价高，大功率植保无人机一般售价在30-200 万整体维护较难，因采用汽油机做动力，其故障率高于电机4)电动植保无人机的特点环保，无废气，不造成农田污染易于操作和维护，一般7 天就可操作自如售价相对较低，普及化程度高电机寿命可达上万小时载荷小，载荷范围5-15L 9/11航时短、单架次作业时间一般10-30 分钟，作业面积10-50 亩/架次采用锂电作为动力电源，外场作业需要及时为电池充电由此可见，单旋翼电动植保无人机更适用于植保作业，它具备其他多种技术优势，市场总是优胜劣汰的，单旋翼无人机是无人机技术发展的趋势，引领整个无人机的植保作业。7.技术趋势无人机和传统的航空制造业产业

14、链一样，产业链长，涉及产业众多，从航空机载武器装备、机身复合材料、飞行器操纵控制、发射回收装置、无人机整机等到无人机的应用（包括军用和民用）。多旋翼无人机进入商业领域的最后一块拼图是导航飞行控制系统的成熟化。多旋翼机是不稳定系统且不能完整驱动，良好的导航飞控技术对多旋翼机性能的稳定至关重要。目前国内外具备导航飞控系统研发能力的企业只有少数几家，该技术资源构成较高的竞争壁垒。同时多旋翼机的一个重要趋势是载荷的持续提高，这使得多旋翼机能进入到农业植保、遥感等领域，进一步难打开市场空间。单旋翼无人机植保作业风场稳定，雾化效果好，下旋风力大，穿透力强，稳定性更好，载荷达 16L，需要的航电技术及电机都

15、要更优，对核心电机要求更高，对单旋翼无人机企业要求更高，具有稳定智能的飞控系统，傻瓜式的操作模式无人机更适用于整个行业的需求。植保无人机具有作业高度低，飘移少，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，防治效果高，远距离遥控操作，喷洒作业人员避免了暴露于农药的危险，提高了喷洒作业安全性等诸多优点。另外，电动无人直升机喷洒技术采用喷雾喷洒方式至少可以节约50%的农药使用量，节约 90%的用水量，这将很大程度的降低资源成本。电动无人机与油动的相比，整体尺寸小，重量轻，折旧率更低、单位作业人工成本不高、易保养。农用单旋翼无人机具有施肥施药精准度和作业效率高、利于规

16、模化生产，体积小巧、方便转场和运输，适用性好、不受地形条件限制，安全性高、有效避免驾驶人员伤亡等优势，逐渐代替了早期的固定翼飞机和多旋翼飞机，成为农业植保领域研究和应用的热门机型。10/118.农用植保无人机参考性能指标采用高效无刷电机作为动力，机身振动小，可以搭载精密仪器，喷洒农药等更加精准；地形要求低，作业不受海拔限制，在西藏、新疆等高海拔地域；起飞调校短、效率高、出勤率高；环保，无废气，符合国家节能环保和绿色有机农业发展要求；易保养，使用、维护成本低，一般7 天就可操作自如；售价相对较低，普及化程度高；电机寿命可达上万小时；载荷小，载荷范围5-15L；航时短、单架次作业时间一般10-30

17、 分钟，作业面积 10-50 亩/架次；采用锂电作为动力电源，外场作业需要及时为电池充电；专业化培训；保险公司承保；技术参数技术指标外形尺寸（长宽高）1955 x 455 x 625 飞机自重9.8Kg 最大起飞重量29.2Kg 农药容器容量16L 最大有效载荷16Kg（5%）锂聚合物动力电池44.4V/10Ah/续航时间10-35min 作业速度38m/s（风速 23 级）相对飞行高度距离农作物11.5 米喷幅（5 个 0.3L/分钟喷头、2.8 米长喷淋管）47 米（逆风或顺风、风速 23 级）喷洒流量1.2L-1.5L/min（5 个喷头）高浓度农药消耗0.5-1.0L/亩（具体视不同农

18、作物）单机喷洒作业效率300 亩/天（水稻）11/119.安全标准植保机符合 GB10395.6的规定。在易发生人身伤亡事故的部位，在明显处设置安全标志。安全标志符合GB10396 的规定。植保机具备一套机载发电装置和一套机载供电电源，两套电源间可无间隙切换。遥控器应设置防脱手坠落装置，控制模式应具备无控制干预时自主平衡悬停功能。使用说明书应给出操作和维护保养的安全注意事项，安全注意事项的编写应符合 GB/T9480的规定。植保机应设置报警装置，超过预定的作业距离、高度、速度、燃油耗尽、药液耗尽时应有报警声讯。10.植保无人机的操作与使用1)安全操作操作员应严格按使用维护说明书执行。酒后、睡眠

19、不足、生病时、孕妇、未满 18 周岁、未获得资质证书者不允许操作。作业结束后应停止发动机，关闭遥控器电源，并将遥控器置于工具箱内，取出钥匙。当植保机出现紧急状况时，应将植保机以最快方式飞离人群，并尽快降落或迫降。2)起飞前例行检查飞控员应养成良好习惯，在每次起动植保机前必须进行例行检查科目，从上到下，从前到后，从外到内，检查完毕后方可启动发动机。3)其它维护窍门每次飞行完毕后需要养成良好习惯，对全机进行保养和清洁。可以利用压缩空气、柔软的抹布和稀释的清洁剂对机身、旋翼、起落架、喷洒系统等进行清理。同时检查直升机各主要部件的螺丝是否牢固，活动部件晃幅度是否过大，推杆是否牢固，机身是否有明显裂缝等。