植保无人飞机的发展，据资料可查，可追溯到2008-2010年农业部南京农业机械化研究所承担的我国首个“863”课题——“水田超低空低量施药技术研究与装备创制”，当时的工作可谓探索性和前瞻性研究，所形成的技术、样机等虽不成熟，但实践证明这些研究给后来的行业发展奠定了基础、指出了方向，具有里程碑意义。时至2011-2012年，植保无人飞机开始受到社会的广泛关注，嗅觉灵敏的商家开始成立农业航空企业或企业组建“农业航空部门”；2013-2015年，植保无人机产业链上的企业如雨后春笋，政府机构、学术团队的协会、学会、联盟等也陆续成立，保险、风投等大量资金注入行业，“研发-生产-销售-服务”产业链形成；2016-2018年期间，行业百家争鸣的同时也经历着大浪淘沙，经过市场考验的商家也开始逐渐回归理性。
目前我国植保无人飞机在装备总量、作业面积上已经发展到全球第一，农用无人机飞控技术上世界领先，且处于发展上升期，但是随着“接地气”的程度越深，也发现一些迫切解决的问题，如关键部件寿命短、标准缺失、监管力度不够等。2018年刚过去，笔者对行业的发展现状进行了梳理。
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植保无人飞机
生产企业
目前全国已经有接近400家从事植保无人飞机研发、生产、销售等全产业链的企业，虽然行业“有进有出”，但数量还在呈现增长的趋势。
这些企业按照性质可以分为如下几类：
第一类是具有军工背景的企业，如江苏天域航空科技股份有限公司，是依托总参第六十研究所军用无人机技术基础，实现“军转民”过渡；
第二类是新兴的科技型企业，如广州极飞科技有限公司、深圳大疆科技有限公司，特点是能够将最新的前沿技术快速用于植保无人飞机上，极飞的P系列无人机、大疆MG系列无人机，不管是在机具性能的稳定性、智能化程度上都处于目前行业的一流水平；
第三类是农药生产企业组建的旗下子公司，如安阳全丰航空植保科技股份有限公司，是安阳全丰生物科技有限公司的子公司，在农药支柱产业的支持下成立的植保无人飞机企业；
第四类企业是传统的植保机械企业转型过来，如山东卫士植保有限公司，这类公司拥有植保机械生产和销售的市场基础；
第五类是科研院所改制的企业，如中国农业机械化科学研究院等，这类企业具备一定新技术、新产品的研发能力，并能迅速转化成产品投放市场；
还有其他规模比较小的企业，是通过组建团队，购买飞控系统、仿制已有产品外形等推出自己的产品。
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植保无人飞机机型
按照动力可分为油动和电动型2种，按照旋翼数量来分主要分为单旋翼植和多旋翼植保无人飞机，其中油动型植保无人飞机主要是单旋翼，电动型有单旋翼和多旋翼，以多旋翼居多。
油动型植保无人飞机具有载重量大，有效载荷在15-30公斤，续航时间长，20-30min/架次、连续作业能力强，但操控相对复杂，维护成本较高，售价较高，10公斤载荷的在10万元左右，30公斤的要30万甚至更高。
电动型植保无人飞机载重量小，有效载荷在10-20公斤，续航时间受到电池容量限制，一组电池续航10-15min，但操控简单，容易维护，稳定性更好，售价低，10公斤以内在5万元左右。植保无人飞机作业飞行速度3-6m/s，作业效率能达到80-100亩/小时。
油动型和电动型植保无人飞机
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植保无人飞机技术
目前绝大多数植保无人飞机已经具备手动增稳模式操控飞行和全自主飞行作业模式；配备了高精度的定位系统的无人机，能够实现厘米级的定位，实现喷幅的精准对接；超声波测距技术的应用使植保无人飞机已经具备超低空仿地飞行，最低距离作物冠层0.5m左右，实现山地、丘陵等复杂农田的有效作业；装配双目视觉系统的无人机能够识别直径大于5cm、5m外的障碍物，实现自主避障；具备后台云系统的企业，已经实现操作者有效身份识别、无人机远程调度、监管等安全管控，不仅能实时监控无人机飞行状态，还能对数据信息的追溯；其他还包括限高、限速、限距、电子围栏、失控保护、一键自主起降等功能。
在无人机施药技术方面，国内的植保无人飞机自主作业采用“航路规划、自主飞行、定点施药、断点续航”的超低空施药技术模式，作业高度在0.5-3m、作业速度3-5m/s、亩施药液量0.8-1L。
在此，不得不说下2018年的两场行业发布会。
一场是12月4日，大疆在深圳发布了2019全新旗舰植保无人飞机T16，并提出了“定义行业第二代植保机”的口号。T16主要技术亮点：将风场模拟导入到大疆T16的布局设计；植保机传感器加倍，可靠性大幅提升（标配双IMU、双气压计、GNSS+RTK双冗余系统）；三维航线智慧飞行（DBF成像雷达）。
大疆的T16
另一场是12月14日，极飞在广州发布了2019款P30植保无人飞机。P30技术亮点：IP65等级设计（可以用水泼），5向雷达（前后左右+仿地），双路冗余和GNSS备份，智能AI故障预判。从技术上看，发展趋势相同，只是都在追求极致，有趣的是大疆和极飞都向用户推出了“减负”措施：“合约机计划”、“电池租赁计划”、“全包服务”等，这也许是用户反映最强烈问题（价格贵、电池不耐用、损坏维护）的解决方案。
极飞的P30
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应用和成效
保守估计现在市场上植保无人飞机的保有量已经超过三万架，作业面积2017年的约1.06亿亩次，2018年不完全统计已经超过3亿亩次，典型代表极飞2017和2018年在新疆组织的“百团大战”和“秋收起‘翼’”，安阳全丰18年的“千人千机会战安阳”，主要防治的作物包括水稻、小麦、玉米、棉花、辣椒等，可总体减少农药使用量20%以上、节省用水90%以上，农药利用率提高了30%以上，防治效果提高10%以上。
植保无人飞机低空施药作业
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植保无人飞机
云系统
根据民航局发布的《轻小型无人机运行规定》（AC-91-FS-2015-31）中无人机云系统定义为：轻小型民用无人机运行动态数据库系统，用于向无人机用户提供航行服务、气象服务等，对民用无人机运行数据进行实施监测。在规定中，植保无人飞机被划分到V类，为规范行业发展和实现安全管控，植保无人飞机也自然要纳入管理中，且号称“国补”的指导性意见中，隐约也要求无人机接入云系统。目前民航批准的云系统有8家，主流的植保无人飞机企业都已经接入系统。农业部相关的管理部门也正在积极筹措建立一个云系统，拟将植保无人飞机企业的后台接入，进行“植保”领域的“专业”监管。
国内8个无人机云系统
云系统名称 | 运营公司 | 主要功能 |
U-Cloud （优云） | 中国航空器拥有者及驾驶员协会 | 民航局通过的首家无人机云系统，实时显示无人机的航迹、高度、速度等信息，主动监视4-150kg的民用无人机。 |
U-Care （优凯飞行） | 青岛云世纪信息科技有限公司 | 首个基于民用航空行业标准，符合空管雷达数据传输规范的云系统，除了具备无人机、飞行计划管理功能外，系统预留了与军民航空管系统的接口。 |
Flying-Cloud （飞云） | 成都福来鹰通用航空有限公司 | 支持互联网、4G等多种链路数据接入，PC端或手机端实时监测无人机飞行信息，可自动警告飞入禁飞区的无人机。 |
BD-cloud （北斗云） | 北京中斗科技股份有限公司 | 具备飞手注册、培训管理、飞行计划管理、无人机低空定位、轨迹跟踪、电子围栏、空中防撞、越界警告、线路优化、气象情报、动态监测、数据统计分析等功能。 |
无忧云 | 北京云无忧大数据科技有限公司 | 除了能实现无人机的监管功能外，首次实现了对授权无人机进行对无人机进行简单控制，包括悬停、降落等简单控制的功能。 |
大翼鹰眼 | 南京大翼航空科技有限公司 | 除了监视无人机飞行数据，还可进行无人机任务的协同规划与指挥调度、航拍数据的远程实时显示、三维可视化展示倾斜摄影数据的建模展示等功能。 |
知翼 | 千寻位置网络有限公司 | 提供3D可视化功能，实时跟踪飞行中的无人机，可构建4D时空电子围栏，进行空间精细化的动态监管，具备无人机轨迹的事后分析能力。 |
沃天宇 | 天宇经纬(北京)科技有限公司 | 第一个工业级无人机云平台，中国首家基于网络测控的无人机大数据服务平台，可提供无人机飞行数据实时传输、存储和分发，飞行数据处理、分析、交易，以及空域、保险、气象、飞行、咨询等一站式服务。 |
无人机云系统界面
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存在问题
纵观植保无人飞机行业的如火如荼，尤其飞控技术上已经发展地非常成熟，但行业进一步发展，不仅要实现“飞的好”，更要“喷的好”和“管的好”。
航空施药药液雾滴飘移有效控制的问题
众所周知，施药过程中的飘移是不可避免的，只能尽量减少。
无人机喷洒农药的时候雾滴主要受到旋翼风场、迎面风力和环境风力共同作用，而旋翼风场的作用力起主导作用，同时又是一把双刃剑。减少药液飘移，目前有几个常用的方法：
一是实现喷洒的雾流场与旋翼、自然风的有效匹配。这要经过大量的试验去验证最佳参数，相关研究结果表明，单旋翼无人机上的喷头按照位置不超过旋翼直径的2/3、多旋翼无人机上的喷头安装在旋翼下方，能有效减少飘移；
二是增大雾滴粒径，因为小雾滴更易飘移；
三是加助剂（蒸发抑制剂、沉降剂），减少雾滴在下降过程中的蒸发程度；
四是在做施药航路规划的时候，根据风向做相应的补偿偏置。
另外，条件允许时相应降低作业高度、选择风速较小、温度较低时作业也一定程度上能减少飘移。
施药作业中药液飘移不可避免
关键部件的寿命还不能完全满足应用要求
以发动机和动力电池为例，目前市场上油动型无人机发动机的寿命估计在300-400h（保养好的话），而电池充放电大概在200个循环，这是油机和电机的痛点，主要受材料、加工工艺行业等技术瓶颈限制。同样有效载荷下，油机比电机贵，但单架次油机的作业成本比电机低（主要是锂聚合物电池昂贵）。
发动机和电池限制植保无人飞机效率进一步提升
植保无人飞机配套专用制剂相对缺乏
植保无人飞机低空施药采用低量或超低量施药模式，意味着每亩的施药液量最多1L左右，两种选择：一是常规农药提高浓度，二是植保无人飞机配套专用制剂。
由于植保无人飞机配套专用制剂相对缺失或者应用尚不成熟，大多数的植保无人飞机施药作业采用常规农药提高浓度的模式来进行。
在中国农药信息网上查询，目前登记注册的“超低容量液剂”已经有23种，尚无植保无人飞机配套专用制剂或助剂登记，无疑这将是巨大的蛋糕。
中国农药信息网登记的超低容量液剂
安阳全丰生物、广西田园、江苏克胜、诺普信、南京善思生物科技、南京红太阳等都在进行飞防专用药剂或助剂的研发，植保无人飞机领头企业极飞和大疆也联合德国拜耳公陶氏杜邦进行飞防药剂的研制和试验。
其中，南京善思生物科技有限公司——国内唯一拥有纳米农药独立知识产权的高科技企业。在团队首席专家张子勇教授的带领下，潜心发展以水为介质的水性纳米制剂，经过10余年的研发，发展出几百种农药品种水性化的新技术，率先实现了农药制剂纳米级的缓控释，并将产品命名为“澎湃纳米农药”。
在国家“双减”项目等支持下，与农业农村部南京农业机械化研究所、中国农业科学院植物保护研究所、全国农业技术推广服务中心、华南农业大学等合作，在江苏、吉林、安徽、福建、江西、广西、云南、广东等多个省、市（区、县）共同开展了无人机使用纳米农药主要农作物病虫害防治试验，取得了令人满意的防治效果，充分证明纳米制剂的“高效、安全、经济、环境友好”的优点。
据专家推测，纳米制剂一旦实现大面积推广使用，可降低我国现有农药使用量的30%以上，将大大助力我国农药的减施增效。
纳米航空植保制剂
相关标准体系不完善
国内植保无人飞机厂家的数量之所以偏多，除了农业航空现在正热门之外，另一个重要的原因就是门槛较低，一定程度上给市场发展带来一定的混乱，政府部门监管也无从下手。虽然地方上也陆续出台了一些地方标准来约束植保无人飞机使之有序发展，但目前大的趋势已经打破了地域限制。
植保无人飞机地方标准
标准地区 | 标准号 | 标准名称 |
湖南省 | DB43/T 849-2013 | 超低空遥控飞行植保机 |
重庆市 | DB50/T 638-2015 | 农用航空器 电动多旋翼植保无人机 |
江西省 | DB36/T 930-2016 | 农业植保无人机 |
湖南省 | DB43/T 1156-2016 | 多旋翼低空遥控植保机 |
广西壮族自治区 | DB45/T 1330-2016 | 电动旋翼植保无人机技术条件 |
由农业农村部南京农业机械化研究所薛新宇研究员牵头制定的植保无人飞机首部行业标准《植保无人飞机质量评价技术规范》（NY/T3213-2018），在2018年3月15日正式发布，标志着我国植保无人飞机行业 “无行标可依”的局面的终结。
标准规定了植保无人飞机的型号编制规则、基本要求、质量要求、检测方法和检验规则，提出了植保无人飞机限高限速限距、电子围栏、失效保护、避障等概念与检测方法。
农业农村部、财政部和民航局2017年联合印发的《实施农机购置补贴引导植保无人飞机规范应用试点》的通知中，对产品的技术要求中“加装有飞行控制芯片、电子围栏、避障系统软件、作业飞行数据实时记录存储设备和施药作业系统”等要求，就是参照了首个行业标准规定的。很明确，要想拿到“国补”就必须要达到标准的要求，逐渐规范市场。
标准体系的构建工作迫在眉睫，也任重道远，可包括术语与分类、技术要求、试验方法、田间操作准则、机具登记认证程序、操作人员培训与岗位资质认证标准等，产品部件与子系统标准、无人机植保施药作业质量评定和防治效果评价标准、无人机植保作业环境风险评估技术规范以及相关的专用检验检测方法与平台标准。
我国首部植保无人飞机行业标准
