《中國植保無人機(jī)發(fā)展技術(shù)路線及行業(yè)趨勢》

《中國植保無人機(jī)發(fā)展技術(shù)路線及行業(yè)趨勢》中國植保無人機(jī)進(jìn)展技術(shù)路線及行業(yè)趨勢

溫源博士1，薛新宇討論員2，邱白晶教授3，張春雷1，張向東1，沈建文1

1無錫漢和航空無人機(jī)討論院，江蘇無錫214135

2農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化討論所，江蘇南京，210014

3江蘇高校現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室，江蘇鎮(zhèn)江，212024

植保機(jī)型和模式。多年來，農(nóng)業(yè)及植保專家綻開了大量對無人機(jī)植保技術(shù)的深化討論［1］［2］。2024年我國開頭植保無人機(jī)的產(chǎn)業(yè)化探究，2024年第一架商用的植保無人機(jī)交付市場，正式掀開了中國植保無人機(jī)產(chǎn)業(yè)化的序幕［5］。2024年，全國性的無人機(jī)植保展現(xiàn)、表演更是方興未艾，但營利性的飛防組織還比較少。鑒于此，本文對無人機(jī)植保的技術(shù)路線圖進(jìn)行了梳理，包括中日植保無人機(jī)的對比，無人機(jī)載藥量等技術(shù)參數(shù)進(jìn)展趨勢的猜測等。依據(jù)我國目前的植?，F(xiàn)實(shí)，啟動(dòng)無人機(jī)植保市場的關(guān)鍵問題在于：如何把無人機(jī)植保操作的專業(yè)學(xué)問和技能傳遞到真正的植保無人機(jī)用戶—農(nóng)夫手中。針對這一關(guān)鍵問題，本文提出了一套解決方案，其核心概括為“十萬天兵”方案，盼望對行業(yè)健康進(jìn)展貢獻(xiàn)力氣。

2植保無人機(jī)在無人機(jī)領(lǐng)域中的位置

在分析植保無人機(jī)進(jìn)展的技術(shù)路線之前，須先明確它在的在整個(gè)無人機(jī)領(lǐng)域中的位置。

圖：植保無人機(jī)所處市場為中間市場

上圖比較直觀地描述了整個(gè)無人機(jī)市場的分類：

1）高端市場：即大型無人機(jī)、通用航空市場。其推動(dòng)力是國家力氣、大型機(jī)構(gòu)，對應(yīng)的人才儲(chǔ)備也比較豐富，各國的大專院校、科研院所、航空航天機(jī)構(gòu)的訓(xùn)練體系和學(xué)問體系都是基于這一市場的，相對成熟。

2）低端市場：即航模市場。其推動(dòng)力是廣闊的航模無人機(jī)愛好者，精彩的愛好者往往一個(gè)人就可以組裝、定制出航模無人機(jī)來?，F(xiàn)有的許多演示性農(nóng)藥噴灑飛機(jī)就是由愛好者們改裝航模無人機(jī)而來的。

3）中間市場：即工程型無人機(jī)市場。其推動(dòng)力主要是專業(yè)公司，其規(guī)模要遠(yuǎn)小于大型機(jī)構(gòu)，

但是專業(yè)程度要高于航模愛好者。一般來講，一個(gè)專業(yè)工程型無人機(jī)公司需要具備如下專業(yè)：

圖：工程型無人機(jī)公司需要的專業(yè)崗位

只有具備了完備的專業(yè)技術(shù)鏈條，才可能做出工程型的無人機(jī)直升機(jī)來滿意真正下地作業(yè)的需求。上圖所給出的技術(shù)組合可以更好地把握植保無人機(jī)的技術(shù)路線圖。

3中國植保無人機(jī)進(jìn)展技術(shù)路線

我國的農(nóng)田狀況不同于美國。美國主要為大地塊形態(tài)，農(nóng)藥噴灑用載人機(jī)即可解決大部分需求。從緯度、地塊形態(tài)來看，我國和日本的農(nóng)田狀況更為相像。從作物類型來看，我國和日本都大量種植水稻，因此使用無人直升機(jī)是必定的。所不同的，日本的田地間水泥機(jī)耕道比較完備，農(nóng)夫收入比較高，每畝噴灑收入是中國的10倍。因此，日本選擇起飛重量110公斤的雅馬哈油動(dòng)無人機(jī)作為植保無人機(jī)，可以達(dá)到出入田間作業(yè)，而且較長的滯空時(shí)間降低了起降的次數(shù)，從而降低了事故率，提升了作業(yè)效率。

對中國植保無人機(jī)而言，既要達(dá)到肯定的載藥量和滯空時(shí)間以滿意中國田地間作業(yè)經(jīng)濟(jì)的需求，同時(shí)滿意中國簡單地況的起降，包括簡單的田埂、溝渠、樹林帶、田間電線等構(gòu)成。因此，100公斤以上的起飛重量和無人機(jī)價(jià)格在現(xiàn)階段是不適合中國市場的。現(xiàn)階段比較實(shí)際的機(jī)型是載藥量10～15公斤的、起飛重量在35公斤左右的工程型油動(dòng)無人機(jī)。下圖給出了中國植保無人機(jī)進(jìn)展的路線圖。在2024年，我國就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了載藥量10公斤、滯空時(shí)間15分鐘的商用植保無人機(jī)，農(nóng)藥噴灑效率可以達(dá)到每天200～400畝，開創(chuàng)了中國無人機(jī)植保的里程碑。到2024年，漢和航空推出了載藥量15公斤的CD－15無人機(jī)，進(jìn)一步提升了我國的植保無人機(jī)的作業(yè)力量，使得農(nóng)藥噴灑效率實(shí)現(xiàn)每天300～500畝的目標(biāo)更為現(xiàn)實(shí)［5］。隨著土地流轉(zhuǎn)和每畝噴灑收入的提升，高載藥量的無人機(jī)需求會(huì)逐步顯現(xiàn)出來。因此，為應(yīng)對越來越增長的大地塊數(shù)量和越來越高的人工費(fèi)用，2024年以后市場對載藥量15～20公斤的無人機(jī)需求會(huì)越來越明顯，而到2024年會(huì)消失對載藥量超過20公斤的無人機(jī)?？傊?，高載重、高效率是市場進(jìn)展的必定趨勢。

圖：中國植保無人機(jī)進(jìn)展路線圖

（注：上述時(shí)間方案為國家參考方案，各企業(yè)可能不同，如漢和航空已于2024年推出15

公斤載藥量無人機(jī)，并方案于2024年推出20公斤載藥量機(jī)型。）

中國植保無人機(jī)進(jìn)展的路線圖還將體現(xiàn)在植保無人機(jī)的飛行掌握系統(tǒng)（簡稱飛控）上。漢和航空是中國第一家研發(fā)專業(yè)植保無人機(jī)飛控的企業(yè)，下面給出了從2024年以來的飛控進(jìn)展的技術(shù)路線圖，從第一代半自動(dòng)飛控（2024～2024），到其次代全自動(dòng)飛控（2024～2024），再到第三代高精度智能飛控（2024～2024）。

漢和第一代半自動(dòng)飛控（2024～2024）

?半自動(dòng)飛行

?GPS傳感

?自動(dòng)增穩(wěn)技術(shù)

?分體設(shè)計(jì)：飛控計(jì)算機(jī)＋I(xiàn)MU＋GPS

圖：漢和第一代半自動(dòng)飛控

載藥量5～10公斤

載藥量15公斤載藥量15～20公斤載藥量>20公斤

2024前

2024～2024

2024～2024

2024以后

動(dòng)力系統(tǒng)五成新狀況下，10

公斤載荷滯空時(shí)間約15分鐘動(dòng)力系統(tǒng)五成新狀況下，15公斤載荷滯空時(shí)間約20分鐘動(dòng)力系統(tǒng)五成新狀況下，20公斤載荷滯空時(shí)間約30分

動(dòng)力系統(tǒng)五成新狀況下，25公斤載荷滯空時(shí)間約40分鐘

漢和其次代全自動(dòng)飛控（2024～2024）

?全自動(dòng)、半自動(dòng)飛行狀態(tài)自動(dòng)切換

?GPS傳感

?航路規(guī)劃

?定高飛行

?自動(dòng)增穩(wěn)

?自動(dòng)懸停

?軌跡記錄儀

（漢和專利，自動(dòng)噴灑掩蓋率統(tǒng)計(jì)，漏噴、復(fù)噴警告）

圖：漢和其次代全自動(dòng)飛控（獲得高新技術(shù)產(chǎn)品認(rèn)定證書）

漢和第三代全自動(dòng)智能飛控（2024～2024）

?全自動(dòng)、半自動(dòng)飛行狀態(tài)自動(dòng)切換

?氣壓傳感、GPS傳感、加速傳感融合系統(tǒng)

?自動(dòng)航路規(guī)劃

?定高飛行（精度達(dá)到0.5米）

?自動(dòng)增穩(wěn)

?自動(dòng)懸停

?自動(dòng)起降

?“幾字形”規(guī)定姿勢飛行（或其他規(guī)定姿勢自動(dòng)飛行）

?三合一設(shè)計(jì)：［飛控計(jì)算機(jī)＋I(xiàn)MU＋GPS］

?平安設(shè)計(jì)：三臺(tái)飛控計(jì)算機(jī)備份表決系統(tǒng)

?配備軌跡記錄儀（漢和專利，自動(dòng)噴灑掩蓋率統(tǒng)計(jì)，漏噴、復(fù)噴警告）

注：漢和第三代智能飛控已獲得功能驗(yàn)證和試驗(yàn)勝利，目前正在產(chǎn)品化流程中，估計(jì)2024年可以投入商用市場。

4中日植保無人機(jī)對比

日本雅馬哈植保無人機(jī)RMAX［6］有近三十年的技術(shù)積累和持續(xù)改進(jìn)，使得該產(chǎn)品成為全球行業(yè)的標(biāo)桿。我國始終都很關(guān)注日本植保無人機(jī)的進(jìn)展，農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)技推廣普及中心組織技術(shù)代表團(tuán)對日本現(xiàn)代植保機(jī)械及雅馬哈無人直升機(jī)噴灑農(nóng)藥技術(shù)進(jìn)行了特地調(diào)研。2024年7月5～12日期間訪問了日本農(nóng)林水產(chǎn)省植物防疫課，日本農(nóng)藥協(xié)會(huì)，日本農(nóng)業(yè)機(jī)械協(xié)會(huì)，福岡縣植物防疫課，植保服務(wù)公司等機(jī)構(gòu)和企業(yè)。漢和航空公司作為企業(yè)技術(shù)代表參加了這次訪日調(diào)研，代表團(tuán)的其他技術(shù)成員分別來自全國農(nóng)技推廣普及中心，中國農(nóng)業(yè)高校農(nóng)業(yè)藥械與施藥技術(shù)討論中心，省地植保站等單位。這是特別有意義的一次調(diào)研，對我國植保無人機(jī)進(jìn)展起到了很好的促進(jìn)作用。

圖：2024年農(nóng)業(yè)部組織技術(shù)代表包括農(nóng)業(yè)高校、植保站、漢和航空等調(diào)研雅馬哈無人機(jī)

考慮到日本植保田地作業(yè)的方式和中國田地作業(yè)方式的相近之處，特別有必要進(jìn)行中日植保無人機(jī)的對比。我們以中國市場上從載藥量和成熟程度都較高的漢和CD－15無人機(jī)對雅馬哈RMAX進(jìn)行比較。下表給出了兩者的參數(shù)比較，可以看出大部分參數(shù)是相同的，但是在載藥量來講，RMAX達(dá)到20公斤。當(dāng)然RMAX的價(jià)格達(dá)到100萬以上，是中國市場消費(fèi)力量所不能接受的，同時(shí)110公斤的起飛重量使得該產(chǎn)品在中國的田地上是不易使用的——需要三、四個(gè)人才可以抬到田間作業(yè)，在日本有完備的水泥機(jī)耕道系統(tǒng)，但是在中國考慮到溝渠、樹木、電線、田埂等簡單因素，中國要建成完整的機(jī)耕道系統(tǒng)需要很長的時(shí)間。相對來講，載藥量15公斤比較符合現(xiàn)階段中國無人機(jī)植保行業(yè)的需求，一方面載藥量達(dá)到15公斤，滯空時(shí)間可以達(dá)到近20分鐘，從而可以達(dá)到每天300～500畝的作業(yè)效率，另一方面，25萬的價(jià)格從性價(jià)比來講要高于雅馬哈RMAX無人機(jī)。此外，從參數(shù)對比中也可以看出，漢和自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的軌跡記錄儀是漢和無人機(jī)的特色，可以進(jìn)行噴灑軌跡的記錄和管理，對漏噴和復(fù)噴進(jìn)行警告，從而使得農(nóng)業(yè)噴灑作業(yè)更加智能化，也可以做為作業(yè)管理的依據(jù)。

圖：漢和CD－15無人機(jī)（左）與雅馬哈RMAX無人機(jī)（右）

表：中日植保無人機(jī)對比（漢和CD－15對比日本雅馬哈RMAX）

上面對中日目前比較領(lǐng)先的植保無人機(jī)進(jìn)行了比較，都有各自適合目前市場的產(chǎn)品。從長遠(yuǎn)進(jìn)展的角度來講，隨著土地流轉(zhuǎn)、每畝噴灑費(fèi)用上升以及勞動(dòng)力短缺等變化，載藥量高的無人機(jī)是必定的進(jìn)展趨勢。關(guān)于這一點(diǎn)，在前一章節(jié)也以及進(jìn)行了描述。

5解開中國植保無人機(jī)市場的鑰匙——“十萬天兵”方案

無人機(jī)飛防是我國加速實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的助推器，植保無人機(jī)、飛防員、農(nóng)藥構(gòu)成了飛防體系的三大要素。日本是無人機(jī)飛防最成熟的國家，目前在田間作業(yè)的無人機(jī)有3000多架，飛手14000多人。中國的水稻面積是日本的28倍，估計(jì)到2024年，中國植保無人機(jī)需求量是10萬架，無人機(jī)植保從業(yè)人員需求量是40萬人。而且無人機(jī)植保是一個(gè)可以做大的行業(yè)，在她的下游產(chǎn)業(yè)：飛防員培訓(xùn)服務(wù)、飛防員派遣服務(wù)、無人機(jī)修理保養(yǎng)服務(wù)、噴灑植保服務(wù)、無人機(jī)租賃、專用農(nóng)藥銷售、無人機(jī)代理銷售、空中災(zāi)情評估、飛機(jī)及平安保險(xiǎn)、飛行俱樂部及競技表演等項(xiàng)目無一不是可以獨(dú)立經(jīng)營具有進(jìn)展前景的項(xiàng)目。

圖：中國無人機(jī)植保行業(yè)的瓶頸是人，解決之道是“十萬天兵”方案。

中國無人機(jī)事業(yè)進(jìn)展的瓶頸是“有機(jī)無人”，需要大量的專業(yè)的農(nóng)夫飛防員。面對如此巨大的市場需求，2024年，漢和航空成立了“漢和航空植保商學(xué)院”并推出了“十萬天兵”方案［5］，盼望與在農(nóng)村市場勝利運(yùn)作的企業(yè)合作，在當(dāng)?shù)爻闪⒑腺Y公司，共同組建飛防學(xué)校，培育集植保無人機(jī)操作、修理養(yǎng)護(hù)及經(jīng)營于一身的復(fù)合型人才，并在此基礎(chǔ)上逐步在全國開設(shè)無人機(jī)銷售和修理保養(yǎng)的4S店，代理銷售配套農(nóng)藥，在當(dāng)?shù)爻闪⒆畲蟮霓r(nóng)藥噴灑專業(yè)服務(wù)隊(duì)，打造最專業(yè)的飛防品牌，提高雙方企業(yè)的知名度，實(shí)現(xiàn)雙贏。為此，漢和航空也在樂觀查找有農(nóng)村市場運(yùn)作的勝利閱歷、具備投資辦學(xué)的意愿和實(shí)力、擁有廣泛的社會(huì)資源、與當(dāng)?shù)卣约稗r(nóng)機(jī)、農(nóng)藥、植保機(jī)構(gòu)保持良好的社會(huì)關(guān)系的合作伙伴，產(chǎn)學(xué)研合作，利用一切可能的社會(huì)資源，共同培育大批農(nóng)夫飛行員，共同實(shí)現(xiàn)“十萬天兵方案”。

researchofnew-typeagriculturalaviationtechnologies.JiangxiForestryScienceandTechnology,2024(1):25～31.

［4］HuangY.,HoffmannW.C.,LanY.,etal.Developmentofaspraysystemforanunmannedaerialvehicleplatform.2024AmericanSocietyofAgriculturalandBiologicalEngineersISSN0883-8542.2024,25(6):803~809.

［5］.hanhe-aviation.漢和航空CD－10、CD－15植保無人機(jī)、十萬天兵方案。［6］rmax.yamaha-motor..au雅馬哈RMAX植保無人機(jī)。

介紹：

溫源：博士，漢和航空CTO，畢業(yè)于新加坡南洋理工高校，曾獲上海