农用无人机：前景与掣肘
文/牛禄青
《十三五规划纲要》指出，农业是全面建成小康社会和实现现代化的基础，必须加快转变农业发展方式，着力构建现代农业产业体系、生产体系、经营体系，提高农业质量效益和竞争力，走产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的农业现代化道路。
未来五年，要“健全现代农业科技创新推广体系，加快推进农业机械化，加强农业与信息技术融合，发展智慧农业，提高农业生产力水平。”
农业现代化是“新四化”的薄弱环节，加快农业现代化建设的一个重要途径是提高农业机械化和规模化程度。农机产业是农业发展的物质基础，发展农机产业对农业增产、农民增收以及保障国家粮食安全具有重要意义。
中国作为农业大国，18亿亩基本农田每年需要大量的农业植保作业。据统计，全世界每年有300万农药中毒者，我国每年由于农药污染食品而造成的中毒者人数年均近20万，约占食物中毒人数的1/3。
为了提高农药喷洒的效率和安全性，植保无人机服务农业首先在日本、美国等发达国家得到了快速发展。1990年，日本山叶公司率先推出世界上第一架无人机，主要用于喷洒农药。
近几年，我国消费级无人机炙手可热，而无人机在我国农业植保领域的应用可谓“小荷才露尖尖角”。尽管该类植保机械在2010年左右就出现在我国农业植保领域，但发展缓慢。
植保无人机是农机领域的智能高端装备，是用于农作物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机由飞行平台（固定翼、单旋翼、多旋翼）、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。
无人机开启农业植保新纪元
6月14日，在位于安徽省休宁县商山镇荪田村的农业科技创新基地内，伴随着螺旋桨的轰鸣声，该县第一架植保无人机正式投入使用。飞防现场，在技术人员的遥控指挥下，植保无人机在水稻田上空紧张有序地施药作业，薄薄的药雾均匀得喷撒在水稻上，整个过程快速、流畅。
据农技人员介绍，此次休宁县引进的植保无人机为单旋翼电动无人机，单次有效载荷为 17公斤，在低空喷洒农药，每分钟可完成1-1.5亩地的作业面积，每小时可完成60-90亩作业量。与喷雾器施药等传统作业方式相比，作业效率可提高30至40倍。
安徽省三大主产作物耕种收机械化水平较高，但植保环节依旧靠人工，成为制约农业机械化的短板。安徽省植保总站站长曹明坤表示，植保领域的机械化、智能化是发展方向。目前，安徽省三大主产作物面积约7400万亩，耕种收环节机械化水平越来越高，但植保环节却依旧靠人工，成为最突出的短板，一旦大面积爆发病虫害往往出现防治难，造成减产。伴随农村劳动力加快转移，土地流转规模经营水平日益提高，必须尽快实现植保作业的机械化。
植保无人机作为一种新型的简单、快速、安全、环保、高效的农作物病虫害防治作业机械，具有作业高度低、飘移少、可空中悬停等特点，其旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，药效提高了50%，防治效果高于地面植保机械，不仅省药省水，还有效降低了对土壤的污染和农药残留。
自从“加强农业航空建设”在2014年写入中央一号文件开始，各地已经陆续有扶持、支持政策出台。目前河南、湖南、福建等地都已将无人机列入农机购置补贴范围，有效刺激了无人机的推广应用。比如河南把植保无人机列入农机补贴范畴，农民只需用1/3的市场价格，就可买到农用无人机。政策刺激下，河南植保无人机发展已走在全国前列。
河南是农业大省，目前，该省小麦生产实现了耕、种、收的机械化，而植保无人机的引进则把统防统治这一关键环节给连上了。在这种背景下，河南省2014年首次把植保无人机列入了农机购置补贴补助范畴。
河南省农机局相关负责人说，在国家补贴30%的基础上，本省按载重药量进行了累加补贴。其中，5公斤以下，省级累加补贴10%；5公斤到10公斤，省级累加补贴20%；10公斤以上，省级累加补贴30%。
据了解，2014年河南省共对130台植保无人机进行了补贴，2015年河南省继续加大对植保无人机的补贴力度，补贴金额2.5万～5万元，推进农业机械化、规模化发展。
湖南的另一有益经验是出台行业标准。在没有国家标准的情况下，2013年湖南出台了《超低空遥控飞行植保机》地方标准，为植保无人机的生产和使用提供了规范，其植保无人机作业面积也迅速增长。
2014年，福建省首次把植保无人机纳入农机购置补贴目录，单旋翼无人机每台补贴4万元，多旋翼无人机每台补贴2万元；珠海、宁波、扬州、孝感等地市也划拨专项资金对购置农业植保无人机进行补贴。
行业研究认为，无人机植保是农作物病虫害防治从人工防治向集约机械化防治发展的新技术，可以有效提高农业机械化水平，减少农作物损失，实现“统防统治”。
与传统人工喷打农药相比，利用农用无人机进行植保作业，具有高效、节药、优质、安全、便利等优势。“机器代人”大势所趋
药肥喷洒是制约农作物全程机械化的主要技术瓶颈。据测算，全国一年用于喷洒的服务费达上千亿元。随着城镇化的推进，农村劳动力越来越少。许多喷洒农药的农民多是留守的中老年人，他们长期背着药箱打农药对身体的潜在危害很大，而且人工喷药效率低下。如果雇用年轻劳动力，人工成本又很高，喷洒质量却不高，防治效果不理想。
“如今人力成本攀升、请人难，农业机械化是农业发展趋势。”广东省农机推广总站站长刘胜敏说，无人机喷洒农药效率是传统人工30倍以上，可极大节省人力投入。
据了解，我国农业病虫害品种达120种左右，每年发生面积70亿亩次，危害巨大。而植保机械还停留在发达国家上世纪50年代左右的水平，2015年背负式手动（电动）喷雾器保有量约5800万台，占植保机械93.5%，而植保无人机保有量仅有区区2000多台架。
人工操作喷雾器施药，基本上是“1人1小时1亩多地”的低效率水平，重喷与漏喷现象严重，造成农药过量使用、利用率低，还造成了农业面源污染、病虫害抗性增加等问题，而且对长期的田间劳作者带来身体上潜在的威胁。与传统喷洒方式相比，植保无人机把喷洒效率提高许多倍，高浓度喷洒，节水节药，防治效果好。
综合来看，与传统人工喷打农药相比，利用农用无人机进行植保作业，具有高效、节药、优质、安全、便利等优势。一是人工成本低，传统喷打农药每亩每次用工成本在15元以上，而植保无人机同样的作业面积成本在2元以内，这将大力缩减用工成本；二是农药用量少，电动无人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，还可节约90%的用水量；三是防治效率高，一架无人机每小时可完成施药100亩；四是防治效果好，由于旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，可减少飘移，提高了农药的有效性；五是安全系数高，由于无人机采取远距离遥控操作，不仅使喷洒作业人员避免了直接接触农药的危险，而且将遏制农药过量使用对人身、农产品和生态环境的巨大危害。
随着土地流转进度加快，植保无人机受到农民合作社、种粮大户、家庭农场等新型农业经营主体的青睐。
河南省商水县天华合作社理事长刘天华说，合作社1万余亩农田用植保无人机全部喷洒一遍，最多只需要三四个人忙活一星期，而且喷洒均匀，节省农药，农药残留低，减少农药中毒事件的发生。
常州武进区洛阳镇的黄玉祥是种田40年的老农民，他说没想到快60岁了，还可以像玩航模一样种地。用了3个月，黄玉祥彻底被这只“大鸟”征服。用它种地，不仅轻松，还省钱。水稻一年用药、锄草6次，他种了1000亩地，每次喷洒需要50多人，算下来，每亩地人工成本至少要150元，无人机一亩地的成本是50元。“一年成本就回来了。”
去年南京艾津植保有限公司购买了5台载药量只有5公斤的无人机，在南京江南、江北3000亩水稻上飞过一个生长季，飞洒了5次药。董事长张申伟介绍，首批农场主都感到满意，今年要求无人机植保的田地总量达3万亩，他准备大批量购进无人机。
“植保无人机是今后农机发展的一个方向，一个主攻方向。”中国农业机械工业协会执行副会长范景龙说，假如我国20%的耕地面积使用无人机服务，需求量将达到20万架。
植保无人机，实际上是用智能机器取代人力，把工业4.0的成果直接与农业嫁接，让农民站在田埂上就能轻轻松松解除农作物病虫害，不仅要补上全程农业机械化的短板，而且要补上“智能化”。
千亿市场亟待有序开发
“机器换人”将在现代化农业发展中发挥重大作用，农用无人机市场前景非常广阔。“农业现代化首先要实现机械化，新型农业机械用于杂交水稻是未来方向。农用无人机的推广应用，将使我国杂交水稻的种植和田间管理达到世界领先水平。”中国工程院院士袁隆平曾公开表示。
据了解，目前我国杂交水稻制种技术虽处于国际领先地位，但该环节面临着人工成本过高、效率低下等问题，飞行器的加入有望改变这一局面。
南京农机站副站长钱生越介绍，日本、韩国的农用无人机占农具的30%以上，在国内无人机植保还是这两年的新事物，但发展势头很快。他认为，人力紧缺、土地有了一定的规模化，无人机广泛进入农业领域是迟早的事。
成立短短3年的珠海羽人飞行器有限公司，已发展成目前业内农用无人机销售量最大的企业。该公司董事总经理童明辉表示，农业机械化在发达国家十分普遍，比如日本一半以上农田都使用无人机植保作业，而目前中国的农用无人机研发生产和推广使用还处于起步阶段，以前大部分农机企业并未涉及这一领域，除羽人飞行器外，在河南、重庆等地也有部分做得较好的无人机企业。
“我们预计全国农用无人机市场需求约为60万架，现在真正投入使用的仅有1000多架。”他判断。
需求基础决定农业领域是无人机市场的又一金矿。植保无人机的需求基础包括四个方面：1、农村人口逐年下降，农业用工成本攀升，农业植保出现“用工难”，而植保无人机是提升农业作业效率、降低用工成本的有效方式；2、耕地流转加速，规模经营成为必然趋势，为植保无人机的推广应用提供良好基础；3、对比人力植保和直升机植保，无人机植保具有高效自动化、安全高效等优势；4、政策密集催化。我国多省份相继出台相关政策，将农业无人机纳入补贴名单，农业植保渗透率提升在望。
统计数据显示，截至2015年12月，全国植保无人机保有量达2324架，总作业面积达1152.8万亩次。而2014年这两个数据是695架和426万亩次，同比分别增长234%、170.6%。按每亩次收取10-20元服务费计算，当前无人机植保市场仅服务费一项已经过亿元。
农业部统计数据还显示，预计2016年农作物病虫害发生面积近55亿亩次，比2015年微涨7%。当前，全国土地流转面积已达1/3，若1/3的土地应用无人机植保，以10-20元/亩次计算，无人机植保服务市场规模将达200亿-800亿元。而按照2015年无人机保有量和作业面积比，对应的无人机保有量将超过30万台，而按每台10万元的售价算，这部分的销售额将达300亿元。两者相加，所拉动的产值有望突破1000亿元。
一个前景广阔的新兴产业吸引了众多企业加速布局，比如极飞、亿航、羽人飞行器、全丰植保、无锡汉和、隆鑫通用等龙头企业，消费级无人机领军企业大疆早前也发布了植保无人机，并介入飞行防护操作员培训领域。进入2016年，行业主要公司在单机销量和植保面积方面都呈现出成倍增长的趋势，今年将会是植保无人机发展的爆发年。
目前，珠海羽人飞行器公司有不同系列的植保无人机、农作物勘察机等6款产品，在新疆、黑龙江、内蒙古、山东、河南等多个农业大省实现批量销售，回字形植保无人机“扁担”就是由羽人自主研发生产的主打产品之一。
童明辉给出的统计数据也显示着蒸蒸日上的迹象：公司2013年销售额400多万元，比2012年增长315%；今年1—8月销售额已突破2600万元，比去年同期大幅增长596%。“今年全年销售额预计将达5000万到7000万元，明年这一数字可突破亿元大关。”
“当前农业生产方式正处于转型升级的关键时期，预计未来2～3年，智能植保机械会迎来快速增长期。”曹明坤表示，对此一方面要通过政策引导，刺激企业加大投入提升机械性能，满足农业生产需要；另一方面要试点示范，探索合适的推广模式。
200~800亿元
当前，全国土地流转面积已达1/3，若1/3的土地应用无人机植保，以10-20元/亩次计算，无人机植保服务市场规模将达200亿-800亿元。
诸多问题制约推广
与农用无人机巨大的潜在市场相比，当前的植保应用才刚刚开始，各地展会上，咨询了解的不少，最后决定购买无人机的农民并不多，而多数无人机企业也并未真正扎进广阔的农村市场，基本处于前期试点和市场引导期。
究其原因，对各类农业经营主体尤其是农民来说，植保无人机进入田间地头，还有许多问题亟需解决。曹明坤表示，现代农业发展必须依赖社会化服务组织的健全，但受机械性能、价格和作业模式不成熟等因素影响，智能植保的发展依然有不小的风险。
首先，售价偏高，生产成本较高。现在国内植保无人机的价格普遍在5万～30万元之间，即使对专业合作社和大户来说，也是一笔不小的支出。多位业内人士表示，农村是中低端市场，对价格很敏感。这一方面需要相关补贴政策出台，另一方面也需要降低生产成本。按每年5次、节省15元/亩次计，100亩一年节约的成本仅为7500元，农场要许多年才能收回成本。
空中农具大多还没有纳入农机补贴目录，地面农具至少都有20%以上的政府补贴，这影响了农户购买无人机的积极性。有的农户怀疑无人机价格虚高，电动无人机的组件，飞控系统、电机、电条、机架加起来成本不过万元，但成品售价都在5万元以上。
其次，续航时间短，需要进一步改善性能。目前的植保无人机尚无法满足长时间、高强度的农事生产需要，突出表现为续航能力弱。市面上的无人机一般续航能力在10～15分钟，作业时需要频繁更换电池，这使得其使用效率大打折扣。只有续航能力提高到2～3小时以上，才能体现出其效率优势，大范围推广应用。
无锡汉和航空技术有限公司董事长沈健文介绍，国内大量农用无人机是由先前的航模飞机制造商生产的，采用的是电池动能，而国外，农用无人机是标准的无人直升机，几乎都是油动能，在日本占据主流的农用无人机，售价折合上百万元人民币。他分析，用电池动能，价格低，售价八九万元，但电池后期使用成本高，使用麻烦，机器性能不够稳定。
此外，植保无人机的喷洒技术还不成熟，虽然有一定的抗风、悬停能力，但仍受到风速和地形的制约，同时对农药的颗粒大小、类型有所要求。
第三，生产和作业的标准不统一。目前除了湖南省制定了相关地方标准，国家尚没有无人机生产和操作标准，企业都是各自为政，按自己的技术标准生产，这导致产品的实际性能和标识性能不一致，也带来使用的隐患。不少农场主都在纠结：产品没有批号，国家没有相关产品标准，不知道哪家产品能用得可靠、用得长久。标准不统一，也是植保无人机未纳入全国统一的农机补贴范围的原因之一。
第四，懂植保技术的操作员紧缺。飞手缺失或者飞手的不专业，极有可能造成误喷、漏喷和多喷，造成病虫害蔓延或出现药剂超量反应。另外，这也增加了植保无人机企业的市场推广成本和培训成本，也一定程度抬高了产品的售价。
农业部南京农业机械化研究所教授薛玉宇说，虽然国家还没有出台相关产品标准，产品质量良莠不齐，但国内的无人机植保技术性能基本满足需求，发展农用无人机的时机已成熟。
华南农业大学工程学院农业工程系教授、博士生导师马旭则提醒，在推广使用无人机时要“因地制宜”，若当地农田分散且面积较小，单户农民使用无人机的投入产出差距较大，成本就会提高。“一般面积要达到几百亩才比较适合使用无人机。”
另一方面，农民使用飞行器必须经过专业培训，培训时间长短则因机型不同而有所区别，最短的为7天—15天，最长的约需 3个月。“现在大部分农民并不愿意花费长时间去培训。”童明辉坦言。
据悉，在加强无人机操作培训方面，珠海正在行动，今年就开展了多次无人机培训、观摩活动。
2014年夏天，广东飞翔达科技有限公司董事长江超顺带着无人机产品去新疆找市场，一家大型农场的负责人开门见山地说：“这两年上门推销农用无人机的企业，见过多了，都是花架子，不实用。”现场测试的机会也没给他。
去年春季，江超顺再到新疆，见面、交流、试飞，客户的眼睛睁开了，新疆十四兵团决定选择3台飞翔达无人机试用。随之，飞翔达与新疆伊犁农垦签订50万亩的服务合同，其中30万亩棉花、10万亩小麦、10万亩玉米；服务费每亩棉花5元、其他8元；200台机子运往伊犁。当地一家农资经销商预购100多台飞翔达无人机，开展植保服务经营。
江超顺呼吁，面对市场缺乏法规与行业标准的现状，农用植保无人机企业应通过政府或协会组织搭桥，结成产业联盟，推动相关标准和行业规范的完善，为有序竞争、健康发展共同努力。
行业缺乏有实力的大企业，也是导致技术转化应用不利的主要原因。当前无人机生产企业规模都很小，研发能力有限。农业部门要抓紧研究，将植保无人机列入农机购置补贴范围，降低价格门槛。同时向企业发出信号，引导有实力的企业进入，刺激行业发展和产品提升。
马旭还指出，包括政府、学界和业界等都在讨论农用无人机的低空开放标准，目前尚无统一定论，这对于无人机的大面积推广也是一个挑战。“还有土地流转政策也非常重要，如果可以尽快实现合法的大面积土地流转，农田资源得以进一步整合，那么无人机的前景将非常广阔。”
行业健康发展需要汇聚多方力量，实现无人机植保的社会化是解决质量和成本问题的关键。钱生越说，无人机要种好地，不光是一台飞机的事，牵涉到飞机专用农药、人才培训、质量保障等系列服务，要实现资源配置最优、效益最好，只能靠整合力量，交给专业化的公司来做。他透露，南京有意组建农用飞机防治体系，政府、植保公司、家庭农场三方加入。据了解，无锡汉和、南京艾津都在组建社会化服务网络，希望最终实现只需农户一个电话，无人机载着农药马上就飞到田地上空，农户足不出户，就可完成植保。
