无人直升机植保技术研究进展

摘要 针对我国农资市场竞争的新趋向——空中争夺战，探讨了飞行植保（直升机植保技术在病虫害防治等方面的综合应用）新兴产业的由来，介绍了国际上先进的直升机植保技术的研究现状，以及我国目前植保机械及直升机植保技术应用现状，结合国内发展趋势分析了直升机植保技术的应用前景。

关键词 农资竞争；无人直升机；植保技术；飞行植保

中图分类号 S252 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）03-0136-03

当今世界普遍兴起的绿色农业、有机农业、精准农业和数字农业[1]，迫切需要植保技术的变革，研发相应的绿色植保、有机植保、精准植保、数字植保和飞行植保。其中，飞行植保当是日益兴旺的新兴产业。飞行植保就是用飞机防治农林业病虫草害或相关的作业，也可称为空中植保、航空植保或飞机植保技术。近年来，由于受全球气候异常、生态环境恶化等因素的影响，我国农作物病虫草害发生的面积在不断扩大，暴发性的病虫害灾难时常发生，造成了严重的后果，病虫草害防治的面积、病情和难度都在加大。以前，我国的飞机防治多采用固定翼飞机，这类飞机的起飞和着陆必须使用跑道，飞行速度快，作业效率高，但是药物漂移较多，精准度较差，容易造成农药浪费和环境污染。因此，不适应于复杂地形作业或障碍物多的作业环境以及家庭联产承包的中、小田块的病虫害防治，更不适应慢速度的超低空飞行防治作业。另外，由于病虫害的突发性（如2012年东北地区暴发的玉米粘虫），一般的地面喷雾设备或人工喷洒由于效率太低，根本不能及时扑灭病虫害，同时安全性也很差。近年来，无人直升机喷雾设备的研究与应用在美国、日本、韩国等发达国家得到了快速的发展[2-4]。在我国，由于缺乏先进的无人直升机植保技术和控制装置，使我国飞行植保的应用水平不适应我国农业发展的需要，因此借鉴发达国家飞行植保发展的先进经验，结合我国现状探索符合我国国情的飞行植保发展路径实属当务之急。

1 飞行植保的由来

在飞行植保这个新兴领域，美国、日本、韩国等发达国家走在前列。他们在器械设备研制、药剂研制、智能化装备及植保应用技术等方面为我国提供了可资借鉴的经验。

1.1 美国航空植保由来已久

美国航空植保经历了由有人驾驶直升机植保技术向无人机植保技术的过渡。20世纪中期以后，美国等发达国家逐步形成规模化的大型农场，采用专业化、现代化的生产方式。相应地，建立了以大型植保机械和航空植保为主体的病虫草害防治体系。目前，美国拥有农用飞机20多个品种9 000多架（13%为农用直升机），占世界总拥有量的28%，平均2万hm2耕地就有一架农用飞机[5]，65%的农业化学处理是由飞机承担的。由于美国面积广阔，耕地集中在大规模经营的家庭农场，因此农用飞机以作业效率较高的有人驾驶固定冀飞机为主。作业项目除了包括航空播种、施肥和喷洒农药外，还拓展到人工降雨、森林灭火、空气清洁、旅游观光等方面[6]。由于无人机起飞时不需要跑道，在飞行中机动灵活，生存力较强，具有其他一些飞行器不具备的独特的飞行能力。目前，美国60%以上的农药喷施是由专业的植保公司运用无人智能机械完成的。

1.2 日本直升机植保技术居领先地位

日本直升机植保技术居领先地位，从20世纪90年代起就将无人直升机用于大田作物、果树和蔬菜的病虫害防治、施肥和品质管理上，还应用于田间监测，如判断水稻作物的田间生长状态。早在1990年，日本山叶公司就率先推出了世界第1架有效载荷为20 kg的无人直升机，此种飞机主要用于撒布农药，由于其独特的优点深受农民的欢迎。据2006年资料显示，日本水稻种植面积近169.2万hm2，且经营规模相对较小。这样的生产条件非常适合无人机的作业，因为机身尺寸小、重量轻、操控非常灵活、适应区域广，作业效率高、喷洒效果好。因此，日本农用无人机因其独特的优势得以快速发展，已经从1995年的307架增加到现在的2 400多架，仅YAMAHA用于农林业方面的无人机的“RMAX”系列就有1 200架以上，RMAX 无人直升机可喷洒农药7～10 hm2/h，一架RMAX每天可喷洒农药80 hm2，而且节水省药非常明显，1 hm2稻田仅用农药1 L，用水7 L。可以说，在日本这种无人直升机播种、耕作、施肥、喷洒农药、病虫害防治等无所不能。日本无人机的防治面积从1997年的20万hm2增加到2005年的60万hm2，年均增长20.1%，已经超过了有人驾驶直升机的防治面积。目前，日本国内水稻种植总面积的45%都靠无人直升机来进行病虫害防治[7]。日本总约533.33万hm2农田常年保持近3 000架无人直升机作业。日本还重视飞行人才的培养，已经取得执照的操控人员（飞手）达到6 000多人。因此，在日本采用无人机进行农业生产已成为现代化农业发展趋势之一[8]。

1.3 韩国飞行植保快速发展

农用无人直升机于2003年首次引进韩国，其后，每年都在增加数量，目前全国共有73架（图1）。其中约80%归于各地方的农协会所有，其余的则是营农组合法人或个人接受政府援助购置。韩国的农林水产食品部和农协中央会计划以后每年增加100架，到2013年共增加到500架[8]。全罗南道绿色农业科科长尹成浩说：“由于人口架构的老龄化和女性化日趋严重，农村人口急剧减少，这种情况下只能利用无人直升机了，以后还会利用无人直升机来进行播种和喷洒农药，它们的用途会更广。”

2 飞行植保在我国的兴起

近年来，尤其是近2年来，全国各地都积极开展了无人直升机的研发和应用。机型越来越多，应用范围越来越广，推广速度越来越快，技术研究越来越深入。

2.1 无人直升机飞行植保应运而兴

人们越来越深刻地认识到，农、林业生产在国民经济发展中具有突出的位置和重要意义，发展农林业生产是有关国计民生的头等大事。目前，病虫害仍然是我国发展农业生产的“天敌”，每年因病虫害造成的粮食损失在15%以上，防治费用也十分可观。未来我国1.2亿hm2农田将容纳年均过10亿元的无人机械设备市场和年均超100亿元的植保服务业务量。因此，植物病虫害防治是一项长期艰巨的任务。当前国内主要依靠于化学防治，化学农药防治效果除受药剂本身性质和性能制约之外，施药的时机、技术质量及药械等都是很重要的影响因素。

我国从1951年就开展航空施药技术的研究和应用，当时主要在大面积的垦区、森林和农场进行喷洒作业，机型多以固定翼飞机为主。60多年来，直升机出现了贝尔-212型、米-8型、米-171型机型的更替。目前，国内通用轻型无人机主要有蜜蜂16共轴式无人驾驶直升机，Z-3无人直升机，wD100型无人直升机、天鹰-3和AF811等。我国引进的国外先进轻型飞机，如美国RoBNSoN公司生产的R22轻型直升机等可应用于吊桶吊囊灭火，将水注入到用PVC制成的吊囊、吊袋（容量为0.5～1.5 t）中，用直升机吊挂到扑火现场，供机动泵、水枪使用，方法简单易行，设备造价低廉，效果良好。北京市2/3是山区，山区地形复杂多变。为了发挥航空护林优势，加强森林防火工作，北京市政府决定，今后每年3月1日至5月31日开展直升飞机森林灭火工作。直升机可利用吊桶吸水直接扑火，也可运送森林消防队员和扑火物资[7]。直升机除了森林消防以外，还用于病虫害防治工作。2003年，梁家林等人对飞机喷洒技术在防治美国白蛾当中的应用进行了探讨。试验结果表明，对美国白蛾集中连片发生的林区采用直升机防治，取得了比较满意的防治效果[8]。

在我国，无人直升机植保技术之所以得以快速发展，主要在于它具有高效、节水、优质、全能、安全、便利等多项独特的优势。如无人驾驶小型直升机具有作业高度低（1～10 m），农药用量少（使用超低容量液剂、热雾剂及超低容量静电制剂，施药仅为3 000～7 500 mL/hm2，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），重量轻（整体尺寸小，转向起降灵活，可空中悬停，无需专用起降机场），防治效率高（1架飞机可完成施药0.13 hm2/min，1 h完成施药超过6.67 hm2）；防治效果好（旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，飘移少），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），智能化程度高（GPS卫星定位导航，可以自动规划航线，自主按航线飞行并可自主接力，即断药补药后，从断药点开始续喷，可以减少人工漏喷重喷的现象），飞行稳定（飞行自稳系统带GPS模块，高精度姿态传感器，可实现自动增稳，漂移校正，自动巡航等）等诸多优点。另外，还在很大程度上降低了资源成本。电动无人机折旧率更低、单位作业人工成本不高、易保养。同时，飞机本身价格15万～50万元，防治用工费用与人工相当，都在植保企业和农民的可接受范围之内。这样，在小麦、水稻、果树、棉花等农作物的病虫害防治中以及授粉、监测等相关作业中广泛应用是完全可能的。

2.2 南方沿海地区先行先试

我国南方及沿海地区因经济发达和地形复杂，对飞行植保进行了先行先试。首先将直升机植保技术应用于柑桔病虫害（红蜘蛛）防治上（广东德庆喷洒1%阿维菌素热雾剂，3 d后防效82%）；广西的甘蔗田利用无人直升机喷洒增糖剂取得了良好的经济效益；在海南省三亚林旺水稻种基地，由国家杂交水稻工程技术研究中心、南京农机化研究所等单位共同主办了“杂交水稻机械化种子生产暨农用无人直升机辅助授粉和施药技术”的现场观摩会，袁隆平、朱英国和罗锡文等院士现场指导；湖南省华容县利用TH28直升机喷洒森得保防治杨小舟蛾（7 d后防效达82%）；在浙江、成都、珠海等地都先后利用无人直升机喷洒农药在水稻、油菜等作物上进行病虫害防治，取得了理想的防治效果和统防统治经验。

2.3 中原经济区蓄势待发

2012年3月17日温家宝总理观看了舞阳县1.07万hm2高标准粮田的无人直升机一喷三防现场演示（中央新闻联播）（图2），从此拉开了中原经济区飞行植保的序幕。5月8日，由广西田园、河南农业大学和河南平安种业联合主持的产学研结合项目无人机GPS定位一喷三防（防治穗蚜等）现场会在温县国家粮丰工程百亩方中进行（河南新闻联播），经河南农业大学专家测定，效果良好（1 d后防效达79.6%，3 d后达100%）。其后，新乡、睢县、永城、尉氏等地也先后利用无人机植保技术进行了小麦及林木病虫害统防统治工作，取得了明显的经济、社会和生态效益。中原经济区的其他省市也相继进行了直升机统防统治工作，如山东省防治林业病虫害，安徽、山西、河北等地防治农作物病虫害等。

应该说，中原经济区的飞行植保仅仅是个开端。可喜的是，势头非常好，不少地方和单位都是蓄势待发，呈现出良好的发展态势：一是研发主体多元化。以产学研结合的方式，如广西田园公司尉氏金田地与西安中航618研究所研制成功的AF811机型已经在林果、大田作物上成功应用。再如安阳全丰公司与无锡汉和航空公司联合研制农用无人机及其药物的同时，还建立了人才培训基地，开办了初、中、高级培训班。目前，开封田秀才公司也利用TXC8-1无人机开展了飞防服务。二是机型多样化。目前，研制成功正待推广应用的有超轻型可折叠一体化多旋翼农药无人机TTA MH3，广西田园公司的AF811，田秀才公司的TXC8-1，安阳全丰公司的QF26-01，80 ccCD-10无人机机型等。三是服务主体多元化。除了研制公司直接面向社会开展有偿服务以外，还出现了农民合作社植保专业队、植保公司统防统治专业队、农业协会专业服务队，农业局植保站等多种主体。四是研制服务一体化，研发企业的主要动因来自于对农药产品的促销。飞机防治是其次，更重要的在于增加农药、肥料等农资产品的销售，即无人机植保技术可作为促销农资的手段，进而提高企业的核心竞争力。同时，飞行植保也有利于扩大企业的社会影响和服务形象，从而助推了农资市场竞争向空中发展。

3 结语

综上所述，必须认识到直升机植保技术无疑是农业现代化进程中一场伟大的变革，必将推进农资市场竞争的空中争夺战，必将引起我国土地资源、农业栽培模式、农业经营规模等方面的变革，尤其是加速病虫害统防统治的进程。

4 参考文献

[1] 黑龙江省农机局.建设现代农业大力发展农业航空[J].今日农垦，2004（2）：34-35.

[2] 龚艳，傅锡敏.现代农业中的航空施药技术[J].农业装备技术，2008，34（6）：26-29.

[3] 刘卓.中国农业航空发展现状与展望[J].农机推广与安全，2001（1）：28-29.

[4] 张毅.遥控直升机在日本农业上的应用[J].世界农业，1997（4）：49-50.

[5] 尹铮，喻旋.论农用航空的发展应用对南昌市农业生产的促进作用[J].南方农机，2006（4）：15.

[6] 刘卓.农用航空与突发性病虫害的防治[J].农业机械化与电气化，2001（4）：32.

[7] 魏东晨.森林病虫害防治的新手段——飞机防治[J].中国林业，2004（9）：38.

[8] 贾志成，吴小伟，茹煜.直升机植保技术研究综述[C]//新形势下林业机械发展论坛论文集.威海：林业机械协会，2010：37-40.

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