农用无人机发展现状与趋势

　　

        0引言
　　
　　无人驾驶飞机简称“无人机”,英文缩写为“UAV”（Unmanned Aerial Vehicle） ,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机[1].无人机作业具有节省劳力、效率高、效果好等特点，相比人工作业有特别明显的优势。一般飞行员的极限飞行时间是8h,但是无人机在动力充足的情况下可连续飞行100h多[2].在20世纪20年代至今的近100年间，无人机经历了从无到有、从普通到高端的阶跃变化，但因受到政策及技术等因素的制约，其用途主要还是体现在军事方面。近几年，农用无人机的发展迎来了它的黄金时期。
　　
　　农用无人机不仅作业效果优于人工作业，且在作业效率、安全性保障等方面也有较大优势。我国现阶段农业机械化的发展正处于中级阶段，农业机械化的发展方向正朝着全面机械化转变。党的“十八大”报告提出： 转变农业发展方式，推进农业现代化进程，对于保障我国家的粮食安全具有十分重要的作用。伴随着这种转变，农业生产对农业机械的需要也从普遍的耕作机械、收获机械、农副产品加工机械等方面扩展到了农用无人机。
　　
　　目前，农用无人机在农业生产中的应用主要体现在植保作业、林业监测、作物授粉及牧群定位等方面。世界上第1台农用无人机出现在1987年的日本，经过将近20多年的发展，目前日本拥有2 400多架已注册农用无人直升机，操作人员14 000多人，成为世界上农用无人机喷药第一大国[3].除此之外，美国、俄罗斯、加拿大及韩国等国的农用无人机发展也较为迅速，技术体系也较为完善。我国农用无人机发展起步较晚，起初主要是依靠国家资助，一些科研院所、高校进行农用无人机的研究[4],但我国已日益重视农用无人机的发展及研究。截至2015年底，我国已有3 000多台农用无人机投入农业生产，飞控手的人数已超过2 500人，相关产业的生产企业有400多家，加之农用无人机的各种作业优势，我国农用无人机的发展前景很好。但我国农用无人机发展过程中也有技术不成熟、存在安全隐患、市场需求难以契合、操作人员相对缺乏、社会化服务体系不健全等问题，相信经过各方的协调统筹和共同努力，21世纪必然是农用无人机市场的春天。
　　
　　1农用无人机发展概况与现状
　　
　　1. 1农用无人机的分类
　　
　　农用无人机按照动力系统的不同可分为： 电池动力和燃油动力两类[5].以电力为动力的无人机能起降迅速，并具有操作灵活的优点，但单次飞行时间一般只有10 ~ 15min; 燃油动力系统无人机以燃油发动机为动力，机身大，灵活性相对较差，需要一定的起降时间，且 维 护 较 为 复 杂，但 单 次 飞 行 时 间 可 超 过1h[6].
　　
　　农用无人机按旋翼的不同可分为固定翼式、单旋翼式及多旋翼式[7].固定翼无人机由机翼产生升力，机翼位置和掠角等参数在飞行过程中保持不变[8]; 单旋翼无人机由主桨切割空气产生推力，尾桨保证平衡，可垂直起降和稳定地悬停[3]; 多旋翼无人机以3个或者偶数个对称非共轴螺旋桨产生推力上升，以各个螺旋桨转速改变带来的飞行平面倾斜实现前进、后退和左右运动，以螺旋桨转速次序变化实现自转垂直起飞降落，场地限制小，可在空中稳定地悬停[8].
　　
　　按照农用无人机功能的不同，可将其分为农事操作及农田信息搜集两大类。农事操作即利用无人机来代替一些人力的农事作业，来解决人工作业在质量、效率和劳力上的的不足，以及作业的安全问题等。农田信息搜集即利用遥感探测技术及时、准确地收集田间信息，包括光合作业质量、土壤湿度和作物群体生长情况等。
　　
　　1.2国外农用无人机技术发展
　　
　　1. 2. 1美国
　　
　　1949年，美国开始研制专门用于农业的农用飞机[9].据统计，美国农业航空对农业的直接贡献率为15%以上，水稻施药作业100%采用航空作业方式。此前，美国因农业劳动人工成本太高一度放弃国内的水稻种植，大米全部依靠进口； 使用农用航空作业后，到20世纪70年代末，已一跃而成为了全球主要的稻米出口国之一[10].麻省理工学院在《科技评论》杂志中评选出了“2014年十大最具突破性的科技创新”,其中农用无人机排在了第1位。2015年1月，美国的联邦航空管理局（FAA） 则正式批准、确定了无人机的农业应用-农作物监测[11].
　　
　　美国的农业生产规模及科技水平已经并长期处于全球领先地位，也是世界上农用航空技术及应用最发达的国家。在美国，农用无人机已广泛应用于播种、施肥和施药等农事生产过程中，其自动导航、精量控制技术及各种作业模型已步入实用阶段，作业环节优质高效，对环境的污染较低。
　　
　　1. 2. 2日本
　　
　　世界上第1台农用无人机出现在日本，目前日本也是世界上无人机飞防最为成熟的国家。因为日本是一个典型的人多地少的国家，加之农户的平均耕地拥有量和种植规模均较小，所以日本的作物施药方式主要还是小型机动喷雾和直升飞机航空喷雾[4].最近几年，轻型超低空的农用无人机凭其在作业效率、单位面积需药量和农药聚附等方面的优势，在日本迅速地发展了起来。目前，日本有近3 000多架的农用无人机应用在农业生产中，飞手的数量达14 000多人，农林航空作业面积占总耕地面积54% .日本的航空植保操作规范完善，且专用航空药剂多，仅无人机水稻施药专用登记农药就有133种[5].
　　
　　1. 2. 3韩国