我国是农业大国，但也是人均耕地面积较少的国家。在有限的耕种土地上供养约占世界20%的人口是我国要解决好的重要问题。为此，积极发展农业相关技术解决粮食问题是关系经济发展、社会稳定的基础。作为农业现代化技术分支的植保技术更是发展的重点，植保服务对农产品产量的提升有着巨大的作用，而且可以有效地挽回大量因病虫害造成的粮食损失。但是，我国可耕种面积的60%都是在山地、丘陵、高原等特殊地区，大型植保机械无法介入工作，而传统的植保方法工作效率较低，还可能威胁操作人员的身体健康。近年来，随着无人机技术的发展，特别是与现代农业技术的密切结合，无人机植保作为新兴的植保手段得到极大重视，为有效解决我国上述植保作业方面的问题提供了可能。

　　1国内外植保机械概况

　　1.1国外植保机械的发展

　　国外植保机械的发展以美国、法国、德国、意大利、丹麦、日本等发达国家为代表，形成了以大型植保机械和航空植保为主体的防治体系。20世纪中期以后，农业发达国家逐步形成了农场专业化的生产方式，农业机械化水平迅速提高。

　　在大田农作物病虫防治及化学除草中采用大型悬挂式或牵引式喷杆喷雾机；在棉花、水稻及牧草上采用农业专用飞机；在果园和啤酒花种植区采用风送式和高架喷雾机，构成了以大型植保机械和航空植保为主体的防治体系，农业病虫草害防治达到了全面机械化。并且，一些发达国家的植保机械已经开始由机械化向电子化、精准精量化发展。

　　1.2我国植保机械现状

　　据农业部门统计数据显示，当前我国植保机械中，手动植保机具约35个品种，社会保有量约5 807.99万架，应用于全国农作物病、虫、草害防治面积的70%以上。而机动植保机械有背负式机动喷雾机及背负式机动喷雾喷粉机约8个品种，社会保有量约261.73万台；担架式机动喷雾机社会保有量约16.82万台；小型机动及电动喷雾机社会保有量25.35万台；拖拉机悬挂式或牵引的喷杆式喷雾机及风送式喷雾机的社会保有量4.16万台；航空植保作业装备保有量400架。比较可知，我国植保机械主要是以手动机械为主，主导产品的技术水平落后发达国家20~30年。

　　1.3我国植保机械发展的问题与解决思路

　　植保机械的发展必须立足我国的实际情况，充分考虑到我国地理、环境、政策等因素，比如，针对平原地区可以采用大型地面机械以及农用飞机，针对果园可以采用风送式和高架喷雾机，而对小型农场或地形较复杂的地区，上述大型机械就无法工作，目前主要依靠人工喷洒，但是这种植保方法效率较低，需要研究新型植保机械提高作业效率。丘陵山区占我国可耕种土地的比重较大，普通地面用植保机械在该区域并不适用。此外，湿地、滩涂、林地等特殊地形也不适合地面行走设备工作。因此，在这些地区应考虑航空植保作业，以避开地面障碍，保证植保作业有效进行。航空植保通常包括有人驾驶与无人驾驶两种，每一种又可细分为固定翼机与旋翼机。固定翼飞机的起飞和着陆必须使用跑道，作业飞行速度快，因此并不适于地形复杂、作业区障碍物多的环境，尤其不适用于中小田块的病虫害防治。近些年来小型无人直升机喷药设备 （旋翼机）在日本、美国等国家得到了快速发展。国外较为成功的发展经验为我国完善与发展小面积复杂地形的植保作业提供了参考。

　　2单旋翼植保无人机的优势与应用

　　2.1优势

　　1）与人力植保作业即传统背负式农药喷洒相比。单人采用背负式农药喷洒平均每天能喷洒约2 000m2,而无人机可以达到667~1 067m2/min,喷洒效率远高于人力，可节省大量劳动力，减轻农民工作负担。此外，人力喷洒对农药的利用率低，背负式喷洒设备通常结构较落后，喷射部件单一，喷洒质量差，农药利用率为20%~30%,造成大量的浪费，不能满足科学施药的要求。而无人机喷洒设备具备较完善的配套设施，喷洒效果经过了科学的研究与测试，农药利用率较高。人力喷洒过程中，会因人体活动比如呼吸而接触摄入农药，可能危害人体健康。无人机则可避免此类情况发生。

　　2）与传统地面行进植保机械相比。地面行进机械的优点在于能够大范围进行植保服务，技术较为成熟。但其使用过程也存在一定的缺陷，易受地形以及植物生长周期的限制。比如水稻田特殊的地面环境会给地面行进机械行走造成极大困难；再如农作物已长到一定高度时遭受病虫害，地面行进机械就无法施展。而无人单旋翼机则不同，其空中喷洒的特性使它不受植物生长高度的限制，避免破坏农作物；又可以在滩涂、沼泽、高海拔地区等特殊地理环境下保质保量完成植保作业。

　　3）与有人驾驶机及无人驾驶机中的固定翼飞机相比。有人驾驶机与固定翼飞机需要有专门的场地供其起飞与降落，场地要求较高；单旋翼机则不受场地限制，它的起飞、降落可以在任何地形条件下完成。从人员专业化角度讲，有人驾驶机与固定翼飞机需要专业的操纵人员，其培训花费较多，培训周期较长，而单旋翼机的操纵人员虽然也需要经过一定的培训，但是对比前者，培训花费及周期都少得多。另外，我国对航空飞行器管制比较严格，有人驾驶机往往受制于航空管制，甚至会在特定时间禁飞，导致耽误农时。无人机的出勤率远远高于有人驾驶机。

　　综上，单旋翼无人机对比于人力、机械、航空植保体系其他机种，在小面积、复杂地面作业环境中的优势明显。同时，无人机环保，无废气，符合国家节能环保和绿色有机农业发展的要求。研究其相关技术，推广其在农业领域的应用，对于提高植保服务质量也有着重要的意义。

　　2.2应用范围

　　单旋翼无人机的应用方向主要取决于其产品特性，由于其对飞行场地无要求等特点，同时兼顾到续航能力及农药承载量的限制，单旋翼无人机更适用于其他常规机械无法工作的地区。

　　日本从20世纪90年代起开始将遥控直升机应用于大田作物、果树和蔬菜的病虫害防治，而无人机因其尺寸小、操纵灵活、喷洒效果好等优点，已成为发展趋势之一。我国耕地多半分布于山地、丘陵和高原地区，这给现代化大型植保设备进入农田造成极大障碍，而单旋翼无人机作为植保设备可以解决这些地区的施药防治问题，且工作效率高，农药喷洒效果好，是当前技术条件下可选的最优方法之一。

　　3单旋翼植保无人机采用的技术

　　单旋翼植保无人机作为航空飞行器的一种，首先应该保障飞行器飞行的稳定性、安全性。这是对植保飞行器最基本的技术要求。而农药喷洒效果则是评定 农业植保设备性能 优劣 的 重 要 标准。

　　无人机在农田上空作业时，会经常性地进行调姿转弯，在这种飞行模式下飞行速度一般会降低，如果农药喷洒设备采用常速喷洒，即喷洒速率与飞行器飞行状态完全独立，那么就会造成农药喷洒的重复与过量，造成不必要的浪费。为此，当前的植保无人机多采用农药喷洒可控速率技术，即农药喷洒速率与飞行器飞行状态特别是速度状态相关 联，当 飞 行 速 度 升 高 时，农 药 喷 洒 相 应 变快，当调姿转弯飞行速率降低时，农药喷洒相应变慢。以此来避免重复、过量施药，提高农药利用率。

　　当前植保无人机还采用了可控范围及固态播撒等技术。可控范围技术可以根据需要的喷洒分布方式合理选择喷嘴，以调整喷洒覆盖面积，提高工作效率；固态播撒是针对某些特定作物需要二次追加固态肥料而设计，以扩展植保无人机的应用范围。

　　有些飞机在喷洒设计中充分考虑到直升机旋翼扰动气流对农药液滴的作用效果，比如雅马哈生产的RMAX植保机，它的喷洒范围分成了内外两部分的喷头设计，外喷头置于旋翼气流下方，可以有效利用气流的扰动；内喷头置于机腹位置，由于机身的遮挡效应，机 腹 气 流 扰 动 效 果 远 低 于 旋翼。因此，为了保证理想的农药喷洒覆盖率，其内喷头需要经过专业设计处理，以达到预期覆盖效果。

　　4推广方式探讨

　　虽然培养单旋翼植保无人机操纵人员并不像培养直升机飞行员那样耗费财力与时间，但操纵人员需要经过一定的培训。有鉴于此，植保无人机的服务可以分成以下两种模式。

　　1）直接销售植保无人机给农场主，农场自行完成植保作业，人员培训及机械维护都由农场自行承担。这种模式一般适用于较大规模的农场，农场主或农场工作人员本身教育程度较高，有一定的无人机操作经验。

　　2）将作业区的植保服务承包给专业的植保团队，植保团队的职责就是与农场主沟通后完成相应的植保任务。这种模式适合于种植面积较小的农场。从与农场主签订合同开始，农场主本身仅仅完成监督以及最后验收的工作，植保服务团队完成土地测量、农作物病虫害情况分析、农药的选取与配比、喷洒任务规划与执行、后期整理及病虫害治后评估等一系列的专业化活动。这样大大减轻了农民的负担，降低了劳动量，同时有助于专业化的植保团队提高技术水平，提升服务质量。植保团队也可与政府部门或组织合作，承包一定区 域内的农 田 植 保 工 作，由 政 府 介 入 到 监督环节，保 障 农 户 的 权 益 和 植 保 工 作 的 圆 满 完成。

　　5总结与展望

　　植保无人机作为现代科技与农业技术的结合，为解决小面积、复杂地理环境下植保作业的困难提供了可行性方案，其优秀的适应性能力，先进的喷洒技术解决了施药作业效率低下及危害人体健康等问题，符合国家农业现代化的发展要求和绿色高效农业的发展方向。同时，当前植保无人机的发展也存在着一定的问题，比如市场产品参差不齐，功能各异，作业能力没有统一的标准。需要政府以及相关产业部门增加交流，推出政策完善无人机植保产业。植保无人机技术应该加强与相关农业技术的结合，以进一步提高作业效率，简化操作，保障安全为研发指标，增加配套的系列产品，满足不同作物和药剂的喷雾要求。对喷雾作业参数实施数字监控与自动调整，提高作业精度与作业效率，向着精准化农业方向发展。相信在不久的将来，植保无人机会成为我国现代化农业发展的重要支撑力量。

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