植保无人机

植保无人机是一种用于农林植物保护的无人驾驶飞行器主要通过地面遥控或GPS飞控喷洒化学药剂、种子、粉等作业是无人机的重要组成部分。植保无人机又称无人机，由飞行平台组成、导航飞行控制系统和喷洒装置 3 。根据动力来源，植保无人机分为燃油和电池两大类根据飞机结构，植保无人机分为固定翼、单旋翼、多旋翼无人机。

植保无人机最早出现在美国和日本，80年代开始使用植保无人机进行飞防作业。日本雅马哈公司制造了世界 1987年美国第一架农业植保无人机（R-50）我国在农业植保无人机领域起步较晚，处于快速发展的前期。2004年，农业部、地方农科院和少数科研机构在科技部“计划863 ”植保无人机的研究和推广始于。到2007年，我国开始探索植保无人机产业化。2010年，汉和航空制造出第一架植保无人机并交付市场，正式拉开了我国农业植保无人机产业化的序幕。 截至2020年底，我国植保无人机保有量突破10万架，居世界第一。

第一架由无线电控制的无人驾驶飞行器于1910年左右在美国秘密测试。斯佩里出生于1717年（Sperry)空中鱼雷号（Unmanned   air vehicle, referred to as  UAL）可携带136公斤炸药，飞行约80公里。1918年，美国首次尝试用飞机给棉花喷洒农药进行植保。1922年，美国将JN-军用飞机改进了，植物装上农药后喷洒。同年，苏联用飞机喷洒来控制蝗虫。

20世纪50年代，发达国家开始大量研发植保无人机。其中美国的技术是最先进的。  By  2016 美国有超过20003356家农业航空公司，大约有40003356架无人机在使用，超过 30003356名注册飞行员，每年防治近5的耕地.1亿亩，占美国全年控制面积的40%以上。加拿大、俄罗斯地广人稀，航空运营规模巨大无人机控制的面积占其总耕地的三分之一以上2003年，韩国开始引进无人机和航空运营技术，发展迅速。

日本用第一架研制的无人直升机R50进行农药喷洒，雅马哈公司研制的无人植保机为日本农业航空的发展做出了重要贡献从1995年到2015年，日本的植保无人机从307架增加到2668架。到2010年底，日本无人机管制的面积达到96.30000h㎡，占航空运营总面积的385%注册无人机飞行员1416 人。

2006 年，南京农业机械化研究所开始尝试研究植保无人机。2010年，首次研发出植保油动无人机。同时，中国农业大学研发出首架电动多旋翼植保无人机。据2014年统计，国内植保无人机仅695 架，作业面积426万亩。  2015年，全国共有植保无人机 2524架，作业面积100033560亩。

2014年中央一号文件明确要求“加强农业航空建设”2016年，农村事务部成立“农业航空植保科技创新联盟”2017年3月，农业部首次将植保无人机纳入试点农机补贴；9月农业部、财政部民航局联合发布《关于开展农机购置补贴引导植保无人飞机规范应用试点工作的通知》。12月，工信部发布《关于促进和规范民用无人机制造业发 展的指导意见》。

2018年3月，农业部、财政部联合发布《关于做好2018~2020年农机新产品购置补 贴试点工作的通知》，明确表示鼓励植保领域无人机发展创新，促进植保无人机产业发展。经过10年的探索，中国植保无人机在电力系统、飞控系统、飞芳药 剂量助剂、施药装备及技术、机器与艺术的融合已经取得了很大的进步。 利用 GPS 全球定位系统和遥控终端 的 App，通过简单的操作实现无人机的自动起降、 自动路线规划和喷洒作业， 全程基本都是自动 。 地面仿雷达和防撞雷达也已装备在部分植保无人3356机型上并投入实际应用，防撞能力大幅提升。相关领域的学术论文和专利数量也在快速增长，专著、鲁三三三五六一书继续出版到 2018 ，国内发表农业无人机学术论文 2803356篇，授权专利 692 项，分别是2014年的14倍和69倍，无人机数量达到3架.15万架飞机，工作面积2.67亿亩。

2019年10月，所有权为5.超过50，000个单位，工作面积为4.5亿余亩。无人机总装备和作业面积世界第一，植保无人机的广泛应用从单纯的水稻变成了、棉花逐渐推广到各种作物。

单旋翼植保无人机：单旋翼植保无人机又称单轴无人机或单旋翼无人机，外形与常见直升机相似，通常指只有一个旋翼的无人机。单旋翼植保无人机结构简单，平行性好，操作灵活由于它的转子转动较慢，所以产生的噪音较小，适合在农田等场合使用。

多旋翼植保无人机：多旋翼植保无人机有多个旋翼动力臂，飞行高度低、机身震动小，可以配备精密仪器，喷洒农药可以更精准。具有机动灵活、操作简单、成本低等优点。

共轴无人直升机：同轴无人直升机是指两个或两个以上旋翼轴同轴布置的无人飞行器。与单旋翼植保无人机相比，共轴式无人直升机具有更高的稳定性和机动性，可以实现更高的飞行高度和更宽的工作范围。

燃料动力植保无人机：燃油动力植保无人机是一种由燃油驱动的植保无人机，通常使用汽油、柴油等。它的特点是负载大，15-可以用120L，续航时间长，单车作业范围大。但缺点是噪音大，污染环境。

电动植保无人机：电动植保无人机是指以电池为动力源的无人机目前市面上比较好的无人机电池品牌是Geiger、世豹、花牌、达普、狮子、高能、富力等。电动植保无人机与燃油动力植保无人机相比，更环保，操作维护方便，但载荷小，续航时间短，单次飞行作业时间一般为10-30分钟。

油电混合植保无人机：油电混合式植保无人机结合了传统燃油动力和电力动力的优点，既保留了燃油的高能量，又保留了电驱动灵活稳定运行的特点。

构造

农业生产用植保无人机是从多旋翼无人机技术发展而来，将多旋翼无人机的主体结构与植保喷杆的喷洒技术有机结合，利用电气控制技术实现无人机飞行状态和农药喷洒状态的精确控制，从而实现高效的农业植保智能喷洒作业。农业智能植保无人机的主要结构包括：多旋翼飞机主体、喷雾机构总成、药液箱、输药管路、药液泵、电气控制系统、传感器总成、卫星定位模块等。

植保无人机控制系统的核心是PLC主芯片，用于数据采集和处理主芯片承担接收 GPS  GPS  定位和各种传感器的信息，并对信息进行分析的任务、存储、传输；根据 PLC的预设程序进行飞行控制和喷药控制；接收并执行遥控器输入的指令。飞机控制系统除了主芯片外，还通过主板和扩展的电源和通信线路与无刷电机相连、药液泵、管道电控开关等，实现各功能部件与主芯片的有效连接。此外，飞控系统的硬件也配备了 PWM 、CAN、IIC、UART等接口可以实现人机交互。

植保无人机的动力系统是飞行喷雾作业的基础飞行动力能源利用电池动力，带动无刷电机运转，带动叶片旋转，利用多个叶片同时切割空气，形成稳定升力，推动植保无人机飞行。在飞行过程中，可以通过控制电子调速器来调节各个无刷电机的转速，从而控制飞机的飞行状态。农药喷洒系统以喷杆喷洒的形式实现，喷洒系统包括药箱、药液泵、输药管路、过滤装置、喷杆、喷嘴等，植保无人机使用浓缩药液降低飞机载重。喷洒作业时，农药在药液泵的驱动下在输药管道内流动，当管道内形成足够的压力时，由高雾化的喷嘴喷出。

原理

植保无人机的飞行控制原理如下：当没有外力，重量分布均匀时，八个螺旋桨同速旋转当螺旋桨向上的拉力大于整机重量时，八个旋翼就会向上升起，当拉力等于重量时，八个旋翼就可以悬停在空中。当八旋翼的前部受到向下的外力时，前置电机加速以抵消外力的影响，保持水平同样，八旋翼在其他方向受外力时也能保持水平。当需要控制八个旋翼向前飞的时候，前置电机减速，后置电机加速，这样八个旋翼就会相应地前倾向前飞，同样的，也需要向后飞、向左、也正是通过这种控制，八个旋翼才能按照我们想要控制的方向飞行。当我们要控制八转子的头部方向顺时针旋转时，八转子会加速逆时针电机的转速，同时降低顺时针电机的转速，因为左右电机逆时针旋转，左右电机转速相同，所以左右平衡。前后电机顺时针旋转，但前后电机转速相同，所以可以平衡前后左右，保持飞行高度，但逆时针旋转的力大于顺时针旋转的力，所以机身会反方向旋转，从而控制机身方向。

卫星定位技术：卫星定位技术可以保证植保无人机准确获取田间位置信息进行自动喷洒作业。植保无人机的卫星定位功能主要通过植保无人机上的卫星定位模块来实现卫星定位芯片与卫星地面基站相结合，修正无人机的定位精度，保证无人机的作业精度达到厘米级，使无人机更好地利用卫星导航，在电池电量不足或农药残留不足时，实现自动返回和精确断点连续喷洒，有效减少重复喷洒、漏喷问题的发生。

智能控制技术：智能控制系统是植保无人机飞行和喷洒的常规控制，智能匹配飞行速度和喷洒量，通过环境感知技术获取环境信息，实现针对性作业，能根据风力调整喷洒方式，遇大风天气自动返回、异常气流悬停、自动避障等。同时可以实现对各功能设备和飞行速度的监控、电池电量、药液的剩余量等，并实现电池的低电压保护、无人机异常预警等功能。

人工遥控技术：手动遥控技术是通过遥控器或智能手机来控制无人机，利用手动控制来完成农业生产过程中无人机难以自动完成的任务。智能植保无人机在一些特定情况下难以独立完成任务，比如作业开始前利用无人机获取并定位农田的边界信息，飞行员操作植保无人机飞到指定位置后记录定位信息，通过多点记录生成作业范围用于植保无人机的自动作业，或者在卫星定位信号较差的地区，可以通过手动控制飞机飞行配合自动喷洒农药实现半自动作业。无人机的使用者还可以驾驶无人机自主进行植保作业，实现果园、山区等复杂农田的植保喷洒作业。

植保无人机

生产企业分类：中国从事植保无人飞机的研发、生产、销售等整个产业链上的企业，可以分为：有军工背景的企业，依托军用无人机的技术基础，实现“军转民”过渡；新兴科技企业可以快速将最新的前沿技术应用到植保无人飞机上，提高机器性能的稳定性、智能化程度处于行业一流水平；农药生产企业的子公司，以农药支柱产业为支撑成立的植保无人飞机企业；由传统植保机械企业转型而来的企业，有了植保机械生产销售的市场基础；科研院所改制的企业有一定的新技术、新产品的研发能力，并能迅速转化为市场上的产品；其他小规模企业通过组队的方式购买飞控系统、模仿现有产品的外形，推出自己的产品。

机型分类：按动力分类，可分为油动植保无人机和电动植保无人机；按旋翼数量可分为单旋翼植保无人机和多旋翼植保无人机。其中，油动植保无人机以单旋翼机型为主，电动植保无人机有单旋翼和多旋翼两种，多旋翼机型居多。

喷洒作业：农业植保无人机可以实现农药自动定量、通过少量控制喷洒，工作效率是传统背喷式和悬挂式喷雾机的8 ~ 10 倍。农业植保无人机喷洒农药时，旋翼产生的向下气流有助于增加农药对农作物的渗透，节省30%～50%杀虫剂，节省90%用水量，减少农药污染对土壤和环境的影响。

农作物种植：农业植保无人机播种技术可以将种子和生长所需的所有养分注入土壤中，在施肥和播种方面有很大优势与传统农业生产机械相比，农业植保无人机播种施肥程度高、效率高，不受地形条件限制。

农田灌溉：农民和生产工人利用农业植保无人机航拍获得的信息，观察农田上方不同湿度下农田土壤的颜色变化，对数据库中存储的信息进行识别和比对，是科学的、合理、高效、准确实施农业灌溉； 农业植保无人机还可以用来观察农田土壤水分不足导致的植物叶片、茎、以嫩枝枯萎现象作为判断农田作物定额灌溉的参考，实现农田灌溉的高效节水。

农田信息监测：农业植保无人机农田信息监测主要包括虫害监测、农田灌溉监测、作物生长监测等，以遥感技术为基础，对大面积农田和土地进行高空航拍，从航拍照片和影像资料中，、全面了解农作物的生长环境、期等指标，及时发现病虫害、细菌入侵等问题，及时防控，减少病虫害的传播和蔓延，是常规的传统农业监测手段无法比拟的。

农业保险调查：在农业生产中，由于不可避免的自然灾害等因素，会给农民带来巨大的损失对于作物面积较小的农户来说，进行区域损失调查并不困难而当大面积农作物遭受自然灾害时，很难进行农作物面积和损失评估，工作量巨大，难以准确界定农业生产损失面积。为了更有效地计算实际受灾面积，农业保险公司可以使用农业植保无人机开展农业保险灾害损失调查，并以此作为农业保险理赔的评估标准。有效提高农业保险公司的查勘速度，节省大量人力物力，提高赔付率和赔付的准确性。

优点

植保无人机作业时场地适应性强由于它体积小，轻便灵活，一两个人就能控制它完成任务。日常维护简单方便，电池可反复充电使用，电动无人机震动小，易于操控，对飞控人员操作水平要求低使用植保无人机作业时，工作效率相对较高，是人工作业的50倍左右植保无人机用于喷洒农药时，喷洒一亩地只需一分钟。在节约资源成本方面，植保无人机作业时可节约30%的农药，90%的水。根据作业程序的设定，可实现路线规划和断点续传，大规模作业时可避免或重复喷洒，节水省药。可以实现人机分离，避免农药与操作人员的接触，从而保证操作人员的人身安全，避免农药中毒事件的发生。

缺点

植保无人机体积小，重量轻，抗风能力弱（最高可抗4-5级风）由于电池寿命有限，续航时间只有8—20分钟之间，电池在野外工作时，必须有充电电源。电动植保无人机载荷较小，一般在5—25kg之间。油动无人机的载药量一般是15—30kg之间。农药需要专门的空中喷洒，以免喷洒时浓度过高对作物造成药害。喷雾效果有待提高，空气喷雾存在雾滴附着率不均匀的问题，达不到预期效果。由于植保无人机价格较高，一般植保无人机从几万元到十几万元不等。操作失误或不熟练，坠落，造成重大损失。

中国民航局和农业农村部联合制定了国家标准《农用遥控飞行器通过技术要求》《遥控飞行喷雾机试验方法》《农用遥控飞行喷雾机安全施药技术规范》《民用无人驾驶航空器系统分类及分级》《民用无人驾驶航空器系统研制单位基本条件及评价办法》《无人机系统适航性要求》《超低空遥控飞行植保机》等；湖南省、重庆市、江西省、广西壮族自治区制定了《农用航空器电动多 旋翼植保无人机》《农业植保无人机》《电动旋翼植 保无人机技术条件》等地方标准 项，用于无人机的研发、检测鉴定、推广应用等。  

未来植保无人机会有更多的智能功能，在移动端与智能作业相结合是植保无人机应用于农业生产的发展趋势。人们可以通过手机APP直接操作无人机，植保无人机的避障技术将得到提升，其可操作性可以有效解决植保无人机无法准确感知的原有问题。植保无人机一般承重较低、航程长度等问题，无法满足日益增长的土地流转和农田施药需求随着土地集中度的提高，高运载量高航程的植保无人机成为人们 的需求目标。在未来，提高植保无人机的用药量，增加飞行时长是非常重要的。