植保無人機(jī)市場(chǎng)調(diào)研

農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)市場(chǎng)可研報(bào)告一、項(xiàng)目立項(xiàng)的必要性及需求分析 31.立項(xiàng)的必要性 31.1符合《綱要》所確定的重點(diǎn)領(lǐng)域 41.2是突發(fā)性大面積病蟲害防控的有力手段 41.3是我國(guó)土地經(jīng)營(yíng)模式的必然選擇 52、需求分析 62.1農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺的必然需求 62.2病蟲害專業(yè)化防治的必然需求 72.3施藥裝備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的需求 72.4農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然需求 83.項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)生的重大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益 93.1.經(jīng)濟(jì)效益分析 93.2社會(huì)效益分析二、項(xiàng)目目標(biāo)及主要任務(wù) 101.戰(zhàn)略目標(biāo) 102.具體任務(wù)指標(biāo) 103.項(xiàng)目研究開發(fā)的重點(diǎn) 113.1航空施藥安全性評(píng)估 113.2精準(zhǔn)施藥控制系統(tǒng)研究 113.3航路規(guī)劃與自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)研究 113.4無人駕駛輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺(tái) 123.5無人機(jī)平臺(tái)傻瓜化操控研究改造 123.6新型航空施藥藥劑研究 13三、相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ) 13農(nóng)業(yè)機(jī)械化”的要求；符合農(nóng)業(yè)部“關(guān)于推進(jìn)農(nóng)作物病蟲害專業(yè)化防治的意見”精神；符合我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。無人機(jī)施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系研究是《綱要》農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展方向。符合多功能農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施優(yōu)先主題中定位變量作業(yè)智能機(jī)械；符合環(huán)保型肥料、農(nóng)藥創(chuàng)制和生態(tài)農(nóng)業(yè)優(yōu)先主題中高效安全的有害生物綜合防治技術(shù)；符合農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)與信息化優(yōu)先主題中精準(zhǔn)作業(yè)和管理技術(shù)系統(tǒng)。貫徹落實(shí)中央一號(hào)文件關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械化與現(xiàn)代化的精神，把保障國(guó)家糧食安全作為首要任務(wù)，把提高土地產(chǎn)出率、資源利用率、勞動(dòng)生產(chǎn)率作為主要目標(biāo)，把農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合作為基本要求，促進(jìn)水田、玉米等高稈作物機(jī)械化防治水平，構(gòu)建精準(zhǔn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的無人機(jī)施藥技術(shù)服務(wù)體系。1.2是突發(fā)性大面積病蟲害防控的有力手段隨著全球氣候變化，突發(fā)性大面積的病蟲害發(fā)生頻繁，嚴(yán)重危害了我國(guó)糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展。據(jù)國(guó)家農(nóng)業(yè)部2010年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)農(nóng)作物病蟲害發(fā)生48億次，年損失糧食多達(dá)2157萬噸。2012年突發(fā)大面積的玉米黏蟲，缺乏專用高效的施藥技術(shù)裝備致使防治不利，僅這次玉米黏蟲發(fā)生面積近5000萬畝，占全國(guó)玉米播種面積的9.72%，其中嚴(yán)重發(fā)生面積650萬畝，占到全國(guó)播種面積的1.26%，這類突發(fā)性大面積的病蟲害已經(jīng)嚴(yán)重國(guó)家糧食安全，破壞農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。無人機(jī)施藥作業(yè)效率高，較常規(guī)機(jī)具可提高100～150倍，而作業(yè)成本5～8元/畝，僅為常規(guī)作業(yè)的1/2～1/3。高效、低成本的無人機(jī)施藥技術(shù)為解決了突發(fā)性大面積病蟲害防控難題提供了全新的技術(shù)與裝備。1.3是我國(guó)土地經(jīng)營(yíng)模式的必然選擇我國(guó)規(guī)模化的土地資源不足，僅占耕地面積30%左右，主要集中在北方東北平原、西北、華北平原。而在南方，有著占總種植面積60%以上的小規(guī)模種植土地，土地地貌復(fù)雜，民房耕地交織，經(jīng)營(yíng)模式以一家一戶的聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制為主，土地的分散經(jīng)營(yíng)、小塊經(jīng)營(yíng)，使得耕地規(guī)模小、田塊分散、作物品種布局不一，作物長(zhǎng)勢(shì)不一，包括固定翼飛機(jī)在內(nèi)的大型施藥機(jī)具難以適應(yīng)其病蟲害防治要求，在很大程度上限制了農(nóng)業(yè)機(jī)械化實(shí)施。無人機(jī)施藥技術(shù)裝備無需專用機(jī)場(chǎng)和跑道，靈活輕便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、不受作物長(zhǎng)勢(shì)和作業(yè)田塊條件的限制，在應(yīng)對(duì)小區(qū)域種植作物的病蟲害防治中有著巨大優(yōu)勢(shì)。發(fā)展無人機(jī)施藥技術(shù)裝備，是解決制約我國(guó)南方分散經(jīng)營(yíng)模式下，病蟲害機(jī)械化防治的瓶頸問題，是我國(guó)土地經(jīng)營(yíng)模式下的必然選擇。2、需求分析當(dāng)前，國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)復(fù)雜嚴(yán)峻，全球氣候變化影響加深，我國(guó)農(nóng)作物病蟲害防治壓力加大，農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性明顯上升。加快精準(zhǔn)高效病蟲害防治技術(shù)與裝備研發(fā)，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定的任務(wù)更加艱巨。開展高效低污染安全的無人機(jī)施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系的研究，突破我國(guó)水田、玉米等高稈作物機(jī)械化瓶頸，以服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，對(duì)突發(fā)性大面積病蟲災(zāi)害控制，緩解農(nóng)村勞動(dòng)力短缺，促進(jìn)病蟲害專業(yè)化防治，提升施藥裝備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略需求。2.1農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺的必然需求常規(guī)的背負(fù)作業(yè)方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)質(zhì)量差，易發(fā)生中毒事故。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化步伐加快，大量的農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到城市，同時(shí)伴隨人口老齡化問題，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的日益短缺、勞動(dòng)力成本不斷攀升。據(jù)調(diào)查，96%的農(nóng)民認(rèn)為施藥作業(yè)是最繁重的田間勞動(dòng)。因此，迫切需求開展新型高效無人機(jī)施藥技術(shù)裝備替代手動(dòng)和背負(fù)式藥械，緩解農(nóng)村勞動(dòng)力短缺。而且隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的步伐不斷往前推進(jìn)，要求用現(xiàn)代的物質(zhì)裝備來改造農(nóng)業(yè)，普遍實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化以及信息化，科技在農(nóng)業(yè)進(jìn)步中的作用越來越凸顯，推動(dòng)農(nóng)業(yè)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。無人機(jī)施藥技術(shù)與裝備作業(yè)效率高，勞動(dòng)力投入少，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展要求。高效的新型航空施藥技術(shù)與裝備的應(yīng)用，恰恰體現(xiàn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求，真正做到勞動(dòng)力投入少，解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的困境。施藥作業(yè)智能化、精量化、高效化，對(duì)促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型有著積極意義。2.2病蟲害專業(yè)化防治的必然需求現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型已進(jìn)入新的發(fā)展階段，正在從千家萬戶的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)向區(qū)域化種植作業(yè)轉(zhuǎn)變，急需發(fā)展防治農(nóng)作物病蟲害的專業(yè)化施藥隊(duì)伍，如各地出現(xiàn)的“機(jī)防隊(duì)”和“施藥專業(yè)戶”等。但施藥專業(yè)戶的施藥設(shè)備多為人力攜帶的背負(fù)噴霧機(jī)具，單臺(tái)施藥設(shè)備一天防治面積在1～20畝（視操作人員、地塊和作物種類而定），機(jī)具品種單一、工作效率低，不能滿足不同作物、不同規(guī)模的病蟲草害防治快速防治的需求，與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求不符。農(nóng)無人機(jī)施藥技術(shù)是以航空、信息、生物和農(nóng)業(yè)裝備為支撐點(diǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)系統(tǒng)，具有作業(yè)效率高，突擊能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性好，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。滿足專業(yè)化防治對(duì)精準(zhǔn)、高效施藥技術(shù)與裝備迫切需求，適于消滅暴發(fā)性病蟲害，符合“統(tǒng)防統(tǒng)治”理念，對(duì)加速手動(dòng)藥械和小型機(jī)動(dòng)藥械的更新?lián)Q代，促進(jìn)政策、法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究、制定，提升機(jī)動(dòng)施藥裝備的技術(shù)水平具有重大意義。是實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧食安全、食品安全、環(huán)境安全的重大科技選擇，也是我國(guó)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要標(biāo)志。2.3施藥裝備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的需求目前我國(guó)農(nóng)業(yè)科技和物質(zhì)裝備水平還不高，農(nóng)業(yè)科技研發(fā)和創(chuàng)新能力不強(qiáng)，技術(shù)集成度不高，“十五”期間科技進(jìn)步對(duì)農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)率只有48%，大大低于發(fā)達(dá)國(guó)家70～80%的平均水平。目前，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)植保機(jī)械產(chǎn)業(yè)的研究基礎(chǔ)比較薄弱，植保機(jī)械行業(yè)240余家生產(chǎn)企業(yè)中，多數(shù)企業(yè)規(guī)模小，技術(shù)力量缺乏，產(chǎn)品技術(shù)含量較低,缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)力，制約了我國(guó)植保機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。新型無人機(jī)施藥技術(shù)裝備，是在傳統(tǒng)植保裝備的基礎(chǔ)上，集成了超低空低量施藥技術(shù)、施藥裝備平臺(tái)技術(shù)、現(xiàn)代航空技術(shù)、GPS導(dǎo)航技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)以及現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品。對(duì)于加大科技進(jìn)步對(duì)農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)，提高我國(guó)植保機(jī)械領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，增強(qiáng)產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力和農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力具有積極的促進(jìn)作用。2.4農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然需求我國(guó)的農(nóng)藥生產(chǎn)已取得長(zhǎng)足發(fā)展，但因施藥技術(shù)和施藥設(shè)備落后，各地仍沿用粗放的施藥方式，大霧滴大容量噴淋式噴霧等落后的施藥技術(shù)和設(shè)備盛行，農(nóng)藥有效利用率有的不足30%，每年噴灑出去農(nóng)藥制劑有70%～80%流失到環(huán)境中，不僅浪費(fèi)大量資源，還造成環(huán)境污染，導(dǎo)致施藥人員中毒和農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)等問題。無人機(jī)施藥采用低容量噴霧技術(shù)替代粗放的大容量噴霧技術(shù)，采用高精度GPS的農(nóng)用無人機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航空噴霧作業(yè)噴幅的精確對(duì)接，極大地提高了我國(guó)航空植保作業(yè)的質(zhì)量，可把農(nóng)藥有效利用率提高到35%以上；通過本項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的減量、精確、高效、合理的使用，降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，符合“建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，高效利用資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境”的政策，也符合“減量化、再利用、再循環(huán)”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)實(shí)際操作原則，是建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型可持續(xù)農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐。3.項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)生的重大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益3.1.經(jīng)濟(jì)效益分析首先，農(nóng)業(yè)航空施藥的效率是常規(guī)施藥機(jī)具的100倍，作業(yè)效率按500畝/天，而且航空施藥采用低空低量施藥技術(shù)，可節(jié)約農(nóng)藥20%，每年可產(chǎn)生較大的收益；采用高效航空施藥，節(jié)約了用水、人工成本；較傳統(tǒng)病蟲害防治，采用了新技術(shù)，提高了防治效果，使得農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量提高。而高效的農(nóng)業(yè)航空施藥可以及時(shí)防控突發(fā)性大面積病蟲害，提高病蟲害防治效果，為國(guó)家挽回巨大的糧食損失，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。3.2社會(huì)效益分析農(nóng)作物病蟲害防治是勞動(dòng)強(qiáng)度最大的田間管理項(xiàng)目。隨著我國(guó)人口老齡化，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力日益短缺、勞動(dòng)力成本不斷攀升與我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的矛盾將越來越激化。高效的航空施藥可以緩解農(nóng)業(yè)施藥作業(yè)勞動(dòng)力短缺與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間的矛盾。探索規(guī)?；?、社會(huì)化無人機(jī)航空病蟲害防治的區(qū)域經(jīng)營(yíng)模式，以及植保、農(nóng)機(jī)等多部門聯(lián)合的無人機(jī)航空病蟲害防治技術(shù)與裝備推廣機(jī)制，最終提出包括技術(shù)推廣、技術(shù)指導(dǎo)、規(guī)模化應(yīng)用的無人機(jī)航空施藥裝備推廣使用體系，構(gòu)建完善的新型服務(wù)體系，加速我國(guó)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。隨著航空施藥技術(shù)的發(fā)展，將帶動(dòng)新型藥劑產(chǎn)業(yè)和航空施藥裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這新型產(chǎn)業(yè)符合國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展需求，具有廣闊的市場(chǎng)前景，為國(guó)家創(chuàng)造大量的就業(yè)崗位，帶來巨大的社會(huì)效益。二、項(xiàng)目目標(biāo)及主要任務(wù)1.戰(zhàn)略目標(biāo)本項(xiàng)目根據(jù)國(guó)家對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃中對(duì)主要農(nóng)作物病蟲害專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化需求，圍繞糧食生產(chǎn)中對(duì)高效施藥機(jī)械產(chǎn)品的重大需求，針對(duì)我國(guó)目前施藥技術(shù)落后、農(nóng)藥有效利用率低、施藥效率低、勞動(dòng)量消耗巨大、高效施藥機(jī)械缺乏等關(guān)鍵問題，開展農(nóng)業(yè)輕型無人機(jī)施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系研究，突破高效低污染安全航空施藥技術(shù)、高效穩(wěn)定的施藥搭載平臺(tái)技術(shù)、施藥作業(yè)過程自動(dòng)控制技術(shù)、精準(zhǔn)施藥技術(shù)等核心技術(shù)，切實(shí)提高農(nóng)藥的有效利用率、減少農(nóng)藥使用量，解放勞動(dòng)力，降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)施藥的精量化、機(jī)械化、自動(dòng)化和安全化。通過項(xiàng)目實(shí)施，全面提升我國(guó)植保技術(shù)與裝備，特別是航空施藥裝備的自主創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的可持續(xù)農(nóng)業(yè)的建設(shè)提供必要的技術(shù)支撐和保障。2.具體任務(wù)指標(biāo)（1）突破無人駕駛輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺(tái)技術(shù)；（2）完成無人駕駛輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺(tái)與施藥裝備；（3）完成無人駕駛輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺(tái)，無人機(jī)控制系統(tǒng)的高度與速度誤差小于5%，具備自動(dòng)駕駛與傻瓜式操控功能；（4）完成航空施藥新型制劑研發(fā)；3.項(xiàng)目研究開發(fā)的重點(diǎn)3.1航空施藥安全性評(píng)估農(nóng)業(yè)航空作業(yè)相對(duì)地面機(jī)具作業(yè)而言有著更復(fù)雜的農(nóng)藥沉積與飄移規(guī)律，從標(biāo)靶上飄移的農(nóng)藥，不能真正發(fā)揮防治病蟲草害的作用，反而會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)農(nóng)藥、降低防治效果，增加防治次數(shù)、相鄰地塊的敏感作物受損、過量噴藥、農(nóng)藥殘留超標(biāo)、空氣和水源污染等一系列后果，對(duì)人類、動(dòng)物和植物產(chǎn)生不良的影響。為降低農(nóng)藥漂移，針對(duì)不同的無人機(jī)平臺(tái)，研究機(jī)身下方藥液霧滴在氣流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況，分析環(huán)境因素（溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等）、施藥量、作業(yè)速度等因子與藥液飄移距離、飄移量的復(fù)雜關(guān)系，評(píng)估施藥安全性，制定措施，減少農(nóng)藥對(duì)生態(tài)的污染。3.2精準(zhǔn)施藥控制系統(tǒng)研究根據(jù)農(nóng)用輕型無人機(jī)航空施藥方式與方法，重點(diǎn)研究施藥過程全程自動(dòng)控制技術(shù)，針對(duì)我國(guó)的無人機(jī)平臺(tái)，研究設(shè)計(jì)開發(fā)新型的精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)噴灑精確對(duì)接、定點(diǎn)施藥、自動(dòng)導(dǎo)航、高效自主作業(yè)，避免施藥過程中重噴漏噴現(xiàn)象，解決施藥操控問題。研究開發(fā)新型施藥控制系統(tǒng)，使用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，完成變量控制、無線電通訊、信號(hào)處理、功率分配等模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)施藥裝備遠(yuǎn)程變量控制與工作參數(shù)遙測(cè)反饋等功能。3.3航路規(guī)劃與自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)研究使用C語(yǔ)言和MATLAB語(yǔ)言開發(fā)航路規(guī)劃和實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)，集GPS和GIS于一體，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)規(guī)劃農(nóng)田邊界、自動(dòng)規(guī)劃飛行航路、測(cè)算農(nóng)田面積、實(shí)時(shí)顯示飛行軌跡、定點(diǎn)精準(zhǔn)施藥功能。3.4無人駕駛輕型農(nóng)用直升機(jī)平臺(tái)目前我國(guó)的農(nóng)用無人機(jī)平臺(tái)絕大多數(shù)是由軍工、航拍、測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)換而來，具有高空、高速、長(zhǎng)遙控距離的特點(diǎn)，而農(nóng)業(yè)航空施藥作業(yè)要求無人機(jī)低空、低速、平穩(wěn)飛行，加之作業(yè)周期內(nèi)使用頻繁，操作人員素質(zhì)參差不齊，還需要解決無人機(jī)耐用性、操作簡(jiǎn)易性及經(jīng)濟(jì)性的問題。本課題針對(duì)目前我國(guó)的無人機(jī)平臺(tái)，從低空穩(wěn)定性控制、傻瓜化操控、機(jī)體動(dòng)力系統(tǒng)改造、發(fā)動(dòng)機(jī)增壽等方面進(jìn)行無人機(jī)平臺(tái)的農(nóng)業(yè)適應(yīng)性研究改造，使之能夠更好的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保。無人機(jī)超低空飛行，首先，由于地面反彈氣流的存在，使得旋翼下方氣流混亂，氣壓高度計(jì)數(shù)值波動(dòng)劇烈，目前我國(guó)的無人機(jī)平臺(tái)，多數(shù)存在低空控制盲區(qū)；其次，GPS衛(wèi)星定位信號(hào)也會(huì)隨著地面溫度、云層變化、氣流流動(dòng)等因素產(chǎn)生整體漂移。本課題擬以消減地面效應(yīng)影響，增加低空定位精度為研究目標(biāo)，對(duì)目前我國(guó)的無人機(jī)平臺(tái)做進(jìn)一步的研究改造。3.5無人機(jī)平臺(tái)傻瓜化操控研究改造我國(guó)的無人機(jī)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的遙控器上，裝有2搖桿、4微調(diào)以及其他10余個(gè)按鈕，操作人員需要從總距、橫滾、俯仰、航向8方向控制姿態(tài)調(diào)整，人工培訓(xùn)僅無人機(jī)操作上就需要經(jīng)歷軟件模擬——航模練習(xí)——真機(jī)操控3個(gè)階段，培訓(xùn)周期歷時(shí)3個(gè)月，另一方面，我國(guó)飛機(jī)農(nóng)業(yè)作業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，無法在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到專業(yè)人員水平。因此，本課題針對(duì)以上情況，結(jié)合無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)與操控界面，研究控制策略與算法改進(jìn)，開發(fā)新型遙控裝備，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)平臺(tái)的傻瓜化操作，大幅降低操作難度，縮短人員培訓(xùn)時(shí)間，提高無人機(jī)田間作業(yè)的靈活性和工作效率。3.6新型航空施藥藥劑研究實(shí)驗(yàn)證明，使用普通藥液于5m高度噴施，在旋翼氣流與外部環(huán)境因素綜合影響下，10%-20%的藥劑在空中蒸發(fā)彌漫在空氣中，嚴(yán)重影響施藥效果，污染生態(tài)環(huán)境。本課題擬展開農(nóng)藥藥劑成分、劑型、添加劑等方面研究，開發(fā)多種適用于航空噴灑的超低量農(nóng)藥劑型。三、相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ)1.國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀、專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況分析1.1.國(guó)外農(nóng)業(yè)航空現(xiàn)狀及趨勢(shì)農(nóng)業(yè)航空發(fā)達(dá)國(guó)家以美國(guó)和日本為典型代表，發(fā)展?fàn)顩r主要表現(xiàn)為：農(nóng)業(yè)航空施藥作業(yè)是農(nóng)業(yè)航空服務(wù)最主要的作業(yè)項(xiàng)目，農(nóng)用航空裝備齊全，技術(shù)相對(duì)成熟，培訓(xùn)服務(wù)體系完善，相關(guān)規(guī)范健全，農(nóng)業(yè)航空作業(yè)比重大。1.1.1航空施藥與服務(wù)體系是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成美國(guó)航空施藥作業(yè)規(guī)范齊全，相關(guān)的法律法規(guī)健全，航空施藥設(shè)備、部件系列完善，能適合不同作業(yè)要求，年航空施藥面積達(dá)3400萬公頃，占總耕地面積的25%以上，其中水稻施藥作業(yè)100%采用航空作業(yè)方式。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，一些不同類型的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)包括全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感系統(tǒng)（RS）、作物生產(chǎn)專家管理系統(tǒng)和新類型的裝備及部件，也逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)航空，這些精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，提升了美國(guó)農(nóng)業(yè)航空技術(shù)水平，必將進(jìn)一步加大農(nóng)業(yè)航空在其農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用比重。日本農(nóng)業(yè)耕地面積470萬公頃，農(nóng)業(yè)航空作業(yè)面積253萬公頃，其中農(nóng)用無人直升飛機(jī)作業(yè)面積96.3萬公頃，占航空作業(yè)38%。防治面積從1997年的20萬公頃增加到2010年的96.3萬公頃，其中水稻施藥作業(yè)全部采用無人機(jī)施藥裝備進(jìn)行防治，近年來麥類、豆類、蘿卜、洋蔥、生姜、甘蔗等也逐步采用農(nóng)用無人機(jī)進(jìn)行病蟲害防治。日本目前用于農(nóng)業(yè)方面的無人機(jī)，以YAMAHARMAX系列為主，每小時(shí)可噴灑農(nóng)藥7—10公頃，一架RMAX每天可噴灑農(nóng)藥80公頃。采用農(nóng)用無人駕駛輕型直升飛機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已成為發(fā)展趨勢(shì)之一。在農(nóng)藥制劑方面，日本有水稻、小麥、玉米作物專用的無人機(jī)噴灑農(nóng)藥制劑，目前在冊(cè)登記的專用農(nóng)藥已達(dá)150余種。1.1.2農(nóng)業(yè)航空呈現(xiàn)不同的發(fā)展模式現(xiàn)在世界上通用飛機(jī)多達(dá)33．6萬架，每年作業(yè)面積近4000萬h，我國(guó)只占其1‰。全世界已有農(nóng)用飛機(jī)60多種，其中固定翼飛機(jī)40多種，旋翼(直升)機(jī)20多種，共約3萬余架，其中美國(guó)8000多架，俄羅斯1萬多架，加拿大、澳大利亞等國(guó)也有數(shù)百架。經(jīng)農(nóng)業(yè)航空管理的耕地面積達(dá)2.4億hm2,占世界耕地面積17％。其中美國(guó)、俄羅斯、日本3國(guó)分別達(dá)到1億hm2、7000萬hm2、180萬hm2，分別占本國(guó)耕地面積的45％、35％和39％。美國(guó)地耕地面積廣，呈大規(guī)?；?jīng)營(yíng)，促進(jìn)了美國(guó)農(nóng)業(yè)航空的快速發(fā)展，使其成為農(nóng)業(yè)航空技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家。現(xiàn)擁有農(nóng)用航空公司2000多家，農(nóng)用飛機(jī)近萬架（實(shí)際在用的飛機(jī)大約為4000架），在冊(cè)的農(nóng)用飛機(jī)駕駛員2000多名，飛機(jī)大約有20多個(gè)品種，分為單翼、雙翼和直升飛機(jī)，多為有人駕駛機(jī)型，飛機(jī)的安全性能較高。據(jù)美國(guó)全國(guó)農(nóng)業(yè)航空協(xié)會(huì)（NAAA）提供的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中，25%都是采用空中作業(yè)完成的，主要是谷物生產(chǎn)和病蟲害防1.1.3具有完善的航空施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系國(guó)外不斷完善航空施藥技術(shù)裝備與服務(wù)體系，具體表現(xiàn)在，裝備量逐年增長(zhǎng)，作業(yè)面積不斷擴(kuò)大，裝備品種多，科技含量高，服務(wù)領(lǐng)域廣，航空作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)，而且農(nóng)業(yè)航空相關(guān)的法律法規(guī)齊全。農(nóng)業(yè)航空是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要手段，飛機(jī)可以播種、施肥和防蟲等作業(yè)，所從事農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)的人員必須持證上崗，美國(guó)農(nóng)業(yè)飛機(jī)必須符合美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）137部的要求。具有完善的農(nóng)業(yè)航空隊(duì)伍建設(shè)體系。美國(guó)約有1625家公司從事農(nóng)業(yè)航空作業(yè)飛行，平均每家擁有飛機(jī)2.2架，雇用飛行員2.7人，農(nóng)業(yè)飛機(jī)和航空材料生產(chǎn)廠家有500多個(gè)。日本目前從事農(nóng)用無人機(jī)培訓(xùn)的學(xué)校，僅雅馬哈在全國(guó)一共有134家培訓(xùn)學(xué)校。具有完善的作業(yè)服務(wù)管理制度。日本具有直接負(fù)責(zé)和從事水稻等無人機(jī)施藥作業(yè)的組織和個(gè)人團(tuán)體共1000多個(gè)，農(nóng)場(chǎng)主只需要支付服務(wù)費(fèi)，除草、防蟲、防病和施肥等都由專門的公司運(yùn)作。形成完善作業(yè)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)服務(wù)協(xié)調(diào)制度、作業(yè)服務(wù)合同管理制度等。1.2國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)航空現(xiàn)狀及趨勢(shì)我國(guó)航空噴灑設(shè)備的研究和應(yīng)用在五十年代就開始了，目前已有6個(gè)機(jī)種400多架飛機(jī)在大面積的墾區(qū)和農(nóng)場(chǎng)從事農(nóng)業(yè)航空工作。大多以通用的農(nóng)業(yè)航空噴灑為主，如在大面積的墾區(qū)和農(nóng)場(chǎng)運(yùn)用國(guó)產(chǎn)的“農(nóng)業(yè)5”，“Y5B”，“Y11”等固定翼機(jī)型進(jìn)行農(nóng)業(yè)航空作業(yè)，到了九十年代出現(xiàn)了專門為超輕型飛機(jī)配套設(shè)計(jì)的3WQF型農(nóng)藥場(chǎng)和跑道，很難適應(yīng)于南方丘陵山地地區(qū)的小規(guī)模種植。而小規(guī)模種植方式是目前我國(guó)糧食生產(chǎn)的主要形式，無人機(jī)不受起降場(chǎng)地限制，適應(yīng)與小規(guī)模種的丘陵山區(qū)，因此，近些年無人機(jī)施藥技術(shù)與裝備受到國(guó)家高度重視，是未來病蟲害防治的主要趨勢(shì)。2.國(guó)內(nèi)現(xiàn)有工作基礎(chǔ)近幾年來，農(nóng)作物病蟲害機(jī)械化防治和突發(fā)性大面積病蟲害防控引起了國(guó)家主管部門的高度重視。在低空施藥技術(shù)及規(guī)范和無人機(jī)平臺(tái)技術(shù)等方面取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，并且取得了許多重大成果，無人機(jī)示范與宣傳，促進(jìn)了無人機(jī)施藥技術(shù)與服務(wù)體系不斷發(fā)展與完善，科研力量與科研平臺(tái)不斷加強(qiáng)。航空專業(yè)噴霧制劑研究已經(jīng)起步。航空噴霧制劑研究中，經(jīng)歷了從懸浮劑、微乳劑、水劑到油劑的研究方式轉(zhuǎn)變，有效地抑制了霧滴在空中降落過程中的水分蒸發(fā)損失。已經(jīng)有兩個(gè)超低容量制劑品種在我國(guó)登記注冊(cè)。四、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益、推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景1.技術(shù)效益分析在技術(shù)上，通過開展低空低量施藥技術(shù)、航空施藥飄移控制技術(shù)、飄移檢測(cè)及安全評(píng)估研究，創(chuàng)制農(nóng)業(yè)輕型無人機(jī)施藥技術(shù)裝備，建立農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)服務(wù)體系。為水田、高桿作物病蟲防治提供技術(shù)支持，提高國(guó)家對(duì)突發(fā)性大面積病蟲害防治水平，保障國(guó)家糧食安全。通過項(xiàng)目的實(shí)施，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)航空靜電噴霧技術(shù)及裝備的缺陷，降低農(nóng)藥使用量，提高病蟲害防治水平。通過航空噴嘴模型、飄移預(yù)測(cè)模型、航空噴灑質(zhì)量評(píng)估研究，形成我國(guó)自主航空施藥研究體系，探索適合我國(guó)國(guó)情的航空施藥技術(shù)服務(wù)體系，服務(wù)于我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。2.經(jīng)濟(jì)效益分析2.1作業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析單架油動(dòng)無人直升飛機(jī)使用壽命按5年計(jì)算，作業(yè)效率為500畝/天，每年作業(yè)90天，則單架飛機(jī)作業(yè)總面積為5年×500畝/天×90天=225000畝次；每次施藥作業(yè)按照均價(jià)6元/畝計(jì)算，則使用無人機(jī)5年，可獲得作業(yè)收入225000畝次×6元/畝=135.0萬元單架油動(dòng)無人直升飛機(jī)使用壽命按3年計(jì)算，作業(yè)效率為200畝/天，每年作業(yè)90天，則單架飛機(jī)作業(yè)總面積為3年×200畝/天×90天=54000畝次；每次施藥作業(yè)按照均價(jià)6元/畝計(jì)算，則使用無人機(jī)5年，可獲得作業(yè)收入54000畝次×6元/畝=32.4萬元。2.2節(jié)省農(nóng)藥經(jīng)濟(jì)效益分析單架飛機(jī)作業(yè)每畝可節(jié)省農(nóng)藥20%即2元/畝，則5年共可節(jié)省（225000畝次+54000畝次）×2元/畝=55.8萬元。2.3企業(yè)生產(chǎn)銷售效益分析每種機(jī)型以每年推廣1000套裝備，20%的利潤(rùn)計(jì)算：?jiǎn)渭苡蛣?dòng)無人機(jī)施藥裝備，50萬元/套，50萬元/套×1000套×20%=1.0億元；單架電動(dòng)無人機(jī)施藥裝備，10萬元/套，10萬元/套×1000套×20%=2000萬元；2.4新型藥劑生產(chǎn)銷售效益分析開發(fā)的新型航空超低量藥劑，每畝次按照150ml，每百毫升按照10元計(jì)算，年需求（225000畝次+54000畝次）×150ml/畝次×10元/100=418.5萬元2.5其他經(jīng)濟(jì)效益分析采用高效航空施藥，節(jié)約了用水、人工成本；較傳統(tǒng)病蟲害防治，采用了新技術(shù)，提高了防治效果，使得農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量提高。3.社會(huì)效益3.1提升科技裝備水平，緩解勞動(dòng)力短缺矛盾農(nóng)作物病蟲害防治是勞動(dòng)強(qiáng)度最大的田間管理項(xiàng)目。隨著我國(guó)人口老齡化，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力日益短缺、勞動(dòng)力成本不斷攀升與我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的矛盾將越來越激化。開展新型施藥技術(shù)創(chuàng)新研究和農(nóng)藥高效利用的現(xiàn)代航空施藥裝備的研發(fā)，加速科技成果轉(zhuǎn)化，對(duì)提高我國(guó)施藥技術(shù)與裝備的總體水平，緩解農(nóng)業(yè)施藥作業(yè)勞動(dòng)力短缺與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間的矛盾，大幅減少勞力投入和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率具有十分重要的意義。3.2組建新型服務(wù)體系，促進(jìn)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型以輕型無人機(jī)施藥裝備為主體，通過對(duì)我國(guó)西南地區(qū)、華中地區(qū)、華東地區(qū)、華南地區(qū)等水稻主產(chǎn)區(qū)社會(huì)、自然條件、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)組織模式與規(guī)模、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系現(xiàn)狀的調(diào)查和分析，找出影響無人機(jī)航空施藥技術(shù)與裝備推廣的主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與制度因素，研究各類無人機(jī)施藥裝備的最佳經(jīng)濟(jì)規(guī)模與需求主體的經(jīng)營(yíng)特征，探索規(guī)模化、社會(huì)化無人機(jī)航空病蟲害防治的區(qū)域經(jīng)營(yíng)模式，以及植保、農(nóng)機(jī)等多部門聯(lián)合的無人機(jī)航空病蟲害防治技術(shù)與裝備推廣機(jī)制，最終提出包括技術(shù)推廣、技術(shù)指導(dǎo)、規(guī)?；瘧?yīng)用的無人機(jī)航空施藥裝備推廣使用體系，構(gòu)建完善的新型服務(wù)體系，加速我國(guó)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。3.3提高糧食品質(zhì)，保證糧食安全農(nóng)藥施藥技術(shù)與裝備涉及糧食安全、食品安全、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)、農(nóng)民豐收，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。推廣使用新型航空施藥裝備，提高農(nóng)藥有效利用率，減少農(nóng)藥使用量，控制和逐步降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，提高農(nóng)產(chǎn)品、食品的安全質(zhì)量水平，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。4．推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景從防治面積上來看，我國(guó)水稻種植面積2892萬公頃，常規(guī)水稻年施灑作業(yè)量10次計(jì)算，則作業(yè)面積為28920萬公頃；同時(shí)我國(guó)水稻主要產(chǎn)區(qū)主要在南方地區(qū)及田塊面積較小，地形也較為復(fù)雜。由于小型無人機(jī)無需專用起降機(jī)場(chǎng)，可在田間地頭起降、加油、加注藥液，減少了往返機(jī)場(chǎng)的飛行時(shí)間及燃料消耗，保證了作業(yè)效率噴灑機(jī)具的出現(xiàn)，能夠很好的適合南方水稻作業(yè)條件。從機(jī)具使用承擔(dān)單位看，2009年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)組織16.56萬個(gè)。其中：擁有農(nóng)機(jī)原值20萬-50萬元（含20萬元）的4.21萬個(gè)，擁有農(nóng)機(jī)原值50萬元（含50萬元）以上的8704個(gè)。農(nóng)機(jī)戶3833萬個(gè),其中：擁有農(nóng)機(jī)原值20萬-50萬元（含20萬元）的34.34萬個(gè)，擁有農(nóng)機(jī)原值50萬元（含50萬元）以上的3.289萬個(gè)。加上植保站與農(nóng)藥企業(yè)，數(shù)量還會(huì)增加，這些都是使用先進(jìn)科技和生產(chǎn)手段的主要力量。據(jù)有關(guān)資料顯示，日本從20世紀(jì)90年代就開始了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)航空植保裝備的研發(fā)，日本每1臺(tái)農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)的產(chǎn)品報(bào)價(jià)為80萬人民幣，而本項(xiàng)目研發(fā)的系列產(chǎn)品價(jià)格只有國(guó)外產(chǎn)品報(bào)價(jià)的1/5～1/4。我國(guó)目前擁有基本農(nóng)田18億畝，由此農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)現(xiàn)每年至少有2萬架的市場(chǎng)需求，市場(chǎng)潛力巨大，前景廣闊。5．項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)分析5.1市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)1）我國(guó)水稻種植面積2892萬公頃，常規(guī)水稻年施灑作業(yè)量10次計(jì)算，則作業(yè)面積為28920萬公頃；同時(shí)我國(guó)水稻主要產(chǎn)區(qū)主要在南方地區(qū)，田塊面積較小且地形較為復(fù)雜。由于小型無人機(jī)無需專用起降機(jī)場(chǎng)，可在田間地頭起降、加油（或更換電池）、加注藥液，能夠很好的適合南方水稻作業(yè)條件。采用農(nóng)業(yè)植保作業(yè)機(jī)的效率是500畝/天架（農(nóng)業(yè)植保作業(yè)系統(tǒng)配備三架無人植保機(jī)則是1500畝左右），相當(dāng)于近100人以上的工作效率，且避免了每年都有農(nóng)藥噴灑中毒事件的發(fā)生可能。日本目前有2300多架農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)在從事農(nóng)業(yè)作業(yè)，是世界上無人機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用的典范。隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加快，農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)發(fā)展趨勢(shì)，人口老齡化導(dǎo)致農(nóng)村勞動(dòng)力迅速下降，同時(shí)農(nóng)民的生活水平有得以持續(xù)提高等因素，高效的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代航空技術(shù)是必然發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì)農(nóng)林植保無人機(jī)領(lǐng)域市場(chǎng)容量在10萬架以上。2）發(fā)展中國(guó)家的市場(chǎng)需求也是發(fā)展的，我國(guó)已加入世貿(mào)組織，經(jīng)過熟化后的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備可以質(zhì)量和價(jià)格優(yōu)勢(shì)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，可向植保機(jī)械化水平相對(duì)落后的東南亞、非洲、南美等地區(qū)銷售，出口創(chuàng)匯。3）在集成中試熟化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)提高，然后小批量試產(chǎn)，最后批量生產(chǎn)，同時(shí)采取訂單生產(chǎn)和“零庫(kù)存”的經(jīng)營(yíng)方略。5.2政策風(fēng)險(xiǎn) 農(nóng)藥施用技術(shù)與裝備涉及我國(guó)糧食安全、食品安全、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)、農(nóng)民豐收，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。提高農(nóng)藥有效利用率，減少農(nóng)藥使用量，控制和逐步降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，