大疆農業發布《2021農業無人機白皮書》探索農業無人機的最佳實踐（附全文）

2022-07-19 來源：大疆農業閱讀量：1512

（2022年7月19日，深圳） DJI大疆農業近日對外正式發布《2021農業無人機白皮書》（以下簡稱《白皮書》）。《白皮書》系統梳理了農業無人機發展現狀，率先提出效率還需兼顧環保的理念，并指出環境友好型農業無人機或成行業未來方向。此外，《白皮書》還通過全球多個試驗案例，展示和探索了農業無人機未來最佳實踐方式。

《白皮書》指出，近幾年隨著無人機技術高速發展，更具廣泛意義的“農業無人機”逐步替代“植保無人機”，農業無人機不僅用于噴灑施藥，還能進行撒肥、撒種、撒飼料等多種工作，滿足農戶多樣化需求，提高生產效率。目前，多家無人機公司正在積極探索基于無人機技術的農業解決方案，共同推動全球農業的發展革新和進步。

大疆農業全球市場銷售總監陳韜表示，“大疆農業以后每年都會發布《農業無人機行業白皮書》，與大家共享更多科技與實踐的探索成果。農業作業效率、農業可持續發展、農業與環境的和諧、農業與多樣性物種的和睦，這些都會成為《白皮書》重點關注的內容。大疆農業希望以科技之美，探索未來農業的正確答案。”

農業無人機組成的未來農場

（圖源：《2021農業無人機行業白皮書》）

效率需兼顧環境保護，關注全球政策影響

農業無人機公司曾以提升農業效率為己任，但隨著人類對環境保護意識的逐漸提升，越來越多的企業開始關注企業治理對環境的影響。與傳統的地面器械相比，農業無人機可以減少碳排放、減少用水量、提高農藥利用率。因此，《白皮書》率先提出“農業無人機行業不僅關注提高農業效率，也更多關注環境保護”的行業理念。

在該理念指引下，大疆農業開展了多輪農業無人機試驗。《白皮書》披露了以大疆T30為代表進行的施藥有效性試驗結果，以及農業無人機進行農藥飄移試驗的情況。大疆T30試驗結果顯示，在噴施除草劑對稗草的防治效果上，大疆T30防效優于地面機械噴霧，試驗期間均無明顯藥害發生；在柑橘紅蜘蛛防治和玉米田草地貪夜蛾的防治上，采用大疆T30施藥均取得積極明顯效果。

隨著技術的不斷提升，農業無人機不僅實現在小麥、水稻等平整農田中的應用普及，在丘陵、山地、果園等這類復雜場景中也開始拓展應用。盡管農業無人機各方面優勢明顯，但《白皮書》也表示，由于同時受到來自農業、環保、民航多個主管部門管理，導致農業無人機發展會受到多個法律和政策制約，并且全球各國的管理方式也會有所不同。

目前，將農業無人機作為農業器械進行管理，是全球較為普遍的方法。大疆農業也在積極與高校、藥企、研究中心等機構展開產學研合作，共同構建以人才培養、產品提升、藥劑優化、技術升級為核心的生態圈。在此布局下，農業無人機對病蟲害管理和農藥使用會更合理，對環境影響更小，政策環境也會逐漸寬松，農業無人機發展空間將會更為廣闊。

無人機保有量提升，推進農業生態綠色可持續發展

《白皮書》表示，“2021年是全球農業無人機快速發展的一年，大疆農業無人機2021年在全球保有量已經突破13萬臺，數量較去年增加超過60%，無論是總作業數量，還是作業面積，都迎來質的飛躍。”

大疆農業無人機全球保有量

（圖源：《2021農業無人機行業白皮書》）

“中國智造”的農業無人機不僅在國內得到廣泛應用，同時也受到海外用戶的歡迎，越來越多海外用戶開始使用農業無人機進行作業。《白皮書》還對農業無人機全球試驗進行盤點，并以匈牙利絲路薊精準噴灑、德國山地葡萄園作業的有效性為案例，精準分析了無人機與地面設備、飛機噴灑的比較優勢。未來，農業無人機行業將從“人、機、技、劑”幾個方面進行全流程、全周期、全方位的實踐探索。

《白皮書》最后對農業無人機等新技術發展的價值進行了肯定：不僅為全球農民提供了現代化的科技工具，更創造了新的崗位、新的社會需求和社會價值。

以大疆為代表的無人機公司，通過基于無人機技術的農業解決方案，切實解決農民生產中的難題，為鄉村振興戰略激發了新的活力。這對于提升農作物經濟結構，進行數字化、精準化、智能化管理，最終實現綠色可持續發展具有重要意義。

附：全文

一、行業背景
（一）從“植保無人機”到“農業無人機”

早在1987年，日本研制出了世界上第一臺植保無人機，并于次年開始限量銷售。目前，日本采用植保無人機進行防治病蟲草害的耕地面積接近100萬公頃，而日本的總耕地面積不足500萬公頃。采用植保無人機進行防治的耕地面積約占總耕地面積的20%。植保無人機已成為日本重要的植保技術措施。

2007年，中國的植保無人機開始發展。2010年，無錫漢和生產的3CD-10 型單旋翼油動植保無人機，首次在“全國農機博覽會”上亮相。這是中國首款在市場上銷售的油動單旋翼植保無人機,開啟了中國植保無人機商業化的第一步。2012 年，DJI大疆創新將全球卓越的無人機技術應用于農業領域，并于 2015 年創立 DJI大疆農業，發布MG-1農業植保無人機。2015年，極飛科技發布植保無人機，成立了極飛農業服務公司。如今，多家無人機公司致力于為用戶提供基于無人機技術的農業解決方案，推動全球農業的發展革新和進步。

隨著植保無人機的快速發展，更智能的產品創造了更廣泛的需求和應用。植保無人機不再僅僅用于施藥，還可以進行撒肥、撒種、撒飼料等。因此，“植保無人機”逐漸被更具廣泛意義的“農業無人機”所替代。

圖1 農業無人機組成的未來農場

2021年是全球農業無人機快速發展的一年，相較于2020年，無論是農業無人機的總作業數量，還是作業面積，都是質的飛躍。農業無人機特別適合于水田、高稈作物和丘陵山地等人工和地面機械難以下地的場景。在以大米為主食的亞洲東南部地區，由于農業無人機適合水稻田播撒，病蟲害防治作業，可貫穿整個作物生長周期，因此得到了越來越多農戶的認可，作業量快速增長。隨著技術的不斷提升，農業無人機不僅在小麥、水稻等平整農田中的應用很快普及，在丘陵山地果園這種復雜場景也得以拓展應用。越來越多的歐美地區用戶也開始使用農業無人機進行作業。

圖2 大疆農業無人機全球保有量

在歐洲，很多山地葡萄園的地形陡峭，地面機械無法使用，大部分園間工作由手工完成，人工成本和時間成本高昂。在瑞士北部沙爾豪森州的哈勞，保留傳統農業的習俗，也為當地葡萄園的高效管理帶來了挑戰。為了保證產量，葡萄園管理者每季都會噴灑農藥。此前這項工作主要是雇傭工人手動作業。工人手動作業，不僅效率低，而且對工人體力提出了很高要求。葡萄生長季節一般需要噴灑8-10次，每次作業都超過10天。如果噴灑不及時，葡萄霉變不僅會影響收成，減少單季葡萄酒出品，還會影響未來幾年葡萄園收入。

圖3 農業無人機在瑞士山區噴灑作業

哈勞地處北部山區，使用地面車輛也不是最佳選擇。在一些陡峭的斜坡上，車輛很容易翻傾，甚至威脅駕駛員生命安全。引用農業無人機，最大程度保持葡萄園的原生態，是當地葡萄園傳統文化融合現代科技的新嘗試，也是中國智能農業裝備首次進入瑞士本地農業生產領域。

圖4 農業無人機在瑞士山地葡萄園作業

（二）行業發展重點關注的問題
1. 法規及政策

使用目的來說，農業無人機屬于農業器械，由農業部門進行管理；當其噴灑農藥時存在潛在的環保風險，由環保部門管理；從其運行屬性上說，農業無人機屬于航空器，由民航主管部門管理。農業無人機的這種由多個主管部門管理的特點，導致了法律和政策在其行業發展中占據重要作用的特點。

將農業無人機作為農業器械的管理在全球都是較為普遍的方法，各國的管理方式稍有不同，有些國家采取強制性認證，有些國家采取簡單的書面材料申請，也有國家使用行政授權的方式。但無論哪種方式，都代表了農業部對農業無人機的一種管理和認可。

無人機作為航空器的一種，在其運行方面歸屬各國民航局管理。比較普遍的管理方式有三種：第一種是在已有的法律體系中對低風險作業的農業無人機進行豁免，如美國；第二種是要求25kg以上的無人機進行SORA（安全運行風險分析）評估，SORA的特點是以運行風險為中心，針對個案的運行風險進行分析和審批，歐洲地區的國家較多采用這種方式；第三種是在傳統航空器適航規則的基礎上進行簡化，生成簡化版本的適航要求適用于農業無人機，如巴西、墨西哥等國家。

農業無人機主要用于農藥噴灑，因此對農藥的管理成為第三個要關注的政策方向。以日本為例，日本無人機農藥制劑的管理機構是農林水產航空協會，日本登記用于農業無人機的農藥制劑有382個[1]。日本登記用于農業無人機的農藥包括殺菌劑、殺蟲劑、殺蟲殺菌混劑、除草劑和植物生長調節劑，登記作物主要是水稻、小麥、大豆等。除草劑則只登記用于水稻田，并且水稻田除草劑登記的農藥劑型以顆粒劑、展膜油劑為主，施藥方法則是采用無人機顆粒撒施、無人機展膜油劑撒滴施用，基本不采用無人機低容量噴霧方式，以避免除草劑霧滴飄移造成藥害。

日本主要采用增加施藥方式來登記管理農業無人飛機用藥，即在已經獲得地面常規噴霧使用登記前提下，農藥企業申請農業無人飛機低容量噴霧使用的擴作試驗。日本飛防藥劑登記試驗包括田間藥效試驗、殘留試驗、作物安全性試驗以及鄰近作物試驗等，登記試驗工作主要是由農業航空協會（JAAA）來完成的。

2019年2月，日本農林水產省發布了《農藥使用方法的標識及需要提交的研究報告》，根據多年使用無人機的經驗，簡化了農業無人機專用藥劑的藥效和殘留試驗，但有關無人機噴霧的作物安全性和飄移試驗仍是需要提交的重要登記試驗資料。登記作物安全性試驗，一般需要“一年兩地”，即在一年之內在2塊田地上進行試驗，試驗劑量為推薦劑量的兩倍；作物安全性試驗可以和藥效試驗同步進行。鄰近作物的安全性試驗，需要選擇五種敏感作物開展試驗。[2]

2. 效率需兼顧環境保護

農業無人機的公司曾以提升農業效率為己任，致力于提高全球的農業生產效率。但人類的健康與整個世界的健康和生物多樣性環環相扣。隨著農業無人機硬件系統、智能化水平的不斷升級，僅僅“提高全球農業生產效率”已不能適應時代發展,環境友好型農業無人機將成為行業未來的方向。

由于傳統的航空噴灑飄移對環境造成過不良影響，歐盟在2009年發布《關于建立社區行動框架以實現農藥的可持續使用的指令》(DIRECTIVE 2009/128/EC，以下簡稱《指令》)，原則上全面禁止航空噴灑，僅允許在地面設備無法抵達的陡峭地形和航空噴灑明顯有優勢于地面設備的前提下，才允許噴灑的進行。十幾年來，該《指令》在歐盟國家廣泛轉化為國內法，與各國國內的其他環境類、農業類法規形成相輔相成的管理體系。例如，意大利在航空噴灑前要先申請對噴灑方案做整體的環保評估，再依據民航法規申請審批。

在該《指令》正式發布前，立法草案大規模征求了社會團體和利益相關者的意見。立法機構委托Bipro[3]進行相應的試驗，以確保立法的科學依據和社會依據。根據Bipr的報告《評估作為可持續使用農藥專題戰略一部分的具體措施的經濟影響》（Assessing economic impacts of the specific measures to be part of the Thematic Strategy on the Sustainable Use of Pesticides），歐盟分別選取了法國、西班牙、德國三個傳統農業大國進行了航空噴灑和地面設備噴灑的對比試驗，作物分別是葡萄（法國）、橄欖（西班牙）和森林（德國）。試驗從經濟效益、社會影響、環境影響、噴灑藥效和人類健康等多個因素考慮，對地面農械噴灑和航空器噴灑進行比較。

圖5 法國葡萄園的飄移對比試驗

如圖5，以法國葡萄園的試驗為例，可以看出在葡萄園里的航空噴灑和人工噴灑的飄移距離都約為20米。

2019年，歐盟對《指令》進行重新修訂，但沒有改變《指令》中對航空噴灑的基本立場：原則上全面禁止，特殊情況進行豁免。距離2009年如今已經過去13年之久，當初立法時民用農業無人機尚未普遍使用。隨著科技的發展，農業無人機可以在更多場景代替人類進行作業。因此，是時候重新評估農業無人機作業的合法性，而不是將其作為傳統的航空器來管理。

二. 農業無人機相對比飛機噴灑的優勢

與傳統的飛機相比，農業無人機進行農業噴灑的特點主要集中在以下幾個方面：

（一）環境友好
1. 精準噴灑作業

運用于農業的小型固定翼和小型直升機在進行噴灑時飛行速度快，飛行作業高度較高，導致藥物飄移嚴重。而無人機可以懸停，進行更有針對性的高精度噴灑，噴灑時作業高度低（一般距離作物表面1.5m-3.5m），飛行速度慢（約3m/s-7m/s），可以動態控制噴頭、流速。

圖6 直升機噴灑的卷揚風場[4]

圖7 農業無人機噴灑的下壓風場

同時，在無人機上掛載多光譜鏡頭，能夠實現農田作業信息的采集和監管，根據農作物的長勢，生成農業處方圖，指導農業無人機進行作業。在無人機噴灑農藥時可以做到“有的放矢”，僅針對需要噴農藥的地塊進行噴灑作業，從而進一步減少對環境的影響。

圖8 搭載多光譜鏡頭的精靈系列無人機

在精準噴灑方面，近些年非常有名的是關于絲路薊的應用案例。絲路薊（Cirsium Arvense）是一種惡性雜草，廣泛分布于農田和牧場，與農作物競奪水分、營養物和礦物質，同時絲路薊的根莖產生酸性物質，使得土壤不再適合某些作物的生長，因此使農作物產量減少，對農民和農場業主的經濟造成損失。

絲路薊的根莖即使被損傷也可繼續繁殖，所以一般的整地過程例如耕地、犁地等，不僅不能清除絲路薊，反而會幫助其傳播繁殖，因此只能使用內吸性除草劑。一般在秋季油菜、春小麥等播種前后，或春季向日葵、大豆、玉米等播種前后進行噴施。常規的做法是用拖拉機對整個田塊噴灑草甘膦。

來自大疆農業在匈牙利的合作伙伴Planta Drone[5]通過用多光譜監測地里的絲路薊的分布，然后用農業無人機做精準點噴，達到減藥降本的目的。Planta Drone通過使用多光譜監測播種前后的田塊，用NDVI植被指數分離出絲路薊的生長，生成精準噴灑的處方圖，農業無人機按照處方圖進行噴施，從而實現精準除草。

圖9 多光譜監測
2. 降低作業人員風險

直升機和固定翼飛機典型的農業作業場景是山地作業和大型農田作業，其中，山地作業要求飛行員進行“手動操作的仿地飛行”，即不斷進行“爬升—下降”的循環動作，以確保噴藥效果。大型農田作業場景中，飛機需要在貼近作物5m的高度進行作業，在此過程中，很多飛行員貼地飛行后不能成功令飛機改平，容易造成墜機。由農業噴灑造成的飛機墜機及飛行員傷亡事故率頗高。

無人機的噴灑作業首先解決了飛行員必須在駕駛艙內這種“人機綁定”的傳統模式。在新的“人機分離”的運作模式下，無人機操作人無需在航空器上承擔墜機風險。無人機的自動作業模式也無需操作人一直保持跟隨無人機，這樣避免了無人機操作人在進行農業噴灑作業時，被噴到農藥的風險。

大疆農業無人機配備了由全向避障雷達和上視雷達組成的球形雷達系統，在不同的作業模式下，可以提供前、后、下三個方向的測高、定高功能，以實現地形跟隨，并可進行水平全向避障及向上避障。農業無人機支持地形坡度檢測，山地斜坡也可以實現地形跟隨。在航線作業過程中，還具備水平全向繞障功能，可規劃避障路徑自主繞障。

3. 對環境污染更小

傳統航空器一般使用燃油作為動力支持，而無人機使用鋰電池作為動力支持。電力能源更加清潔，可以有效節能減排。

直升機螺旋槳產生的聲音高達110分貝,是人體所能適應分貝的1.5倍，而無人機作業降低了噪聲分貝。無人機作業時遠離人群和操作人員，不會因噪聲對人體造成損害。

（二）經濟成本降低

飛機的購買成本高，維護成本高。飛機的購置成本不僅是無人機的上百甚至上千倍，且使用成本也更加高昂。飛機需要多個機組成員在地面隨時待命，在起降之前進行一系列的維護和保養。同時，由于需要申請特定的作業空域，因此在某些國家和地區，飛機轉場的成本也相對較高。

以全球暢銷的直升機“小松鼠AS350”為例，該機型售價2500萬元，載藥量500-600kg，噴桿長10米，作業參數約為航速110km/h-160km/h，飛行高度為大田2-3m，片林15m-30m，復雜地形20m-30m。噴幅25-50m，作業效率為80-100hm²/架次，每個架次作業耗時25分鐘。該機型由2位飛行員執行飛行，至少4個地面機組人員進行地面維護。

相比之下，無人機的購置成本相對較低，農業無人機的單臺售價一般不超過10萬元，普通農戶可以承擔。或者購買飛防隊提供的專業植保服務，也不會造成很大的經濟負擔。無人機的維修和保養都相對簡單，簡單的槳葉更換、高消耗零件的更換由操作人自行就能完成，更為復雜一些的維修一般在作業區附近的代理商維修點處完成。無人機的保養，可以在每次作業結束后進行簡單的保養，也可以在整個作業季結束后統一進行。

表1 直升機與無人機對比

三、無人機與地面設備比較的優勢
1. 減少碳排放

在農田管理的噴灑農藥和播撒肥料環節，以往以人作業或者拖拉機作業為主。傳統拖拉機燃料以柴油為主。以無人機替代傳統農機進行植保作業，每公頃能耗可減少碳排放為5.11kg CO2e（二氧化碳當量）。10億公頃作業相當于減少碳排放511 萬噸 CO2e。這相當于2.4億棵樹一年的碳吸收量，也相當于減少了192萬輛汽車的碳排放量。

表2 農業無人機減少碳排放

2. 減少用水量

在噴灑農藥環節，由于采用的是低容量噴霧技術，農業無人機相比人工作業，每公頃可節約44升農業用水。10億公頃作業相當于減少4400萬噸農業用水。這相當7987萬居民一年的飲水量。

3. 提高農藥利用率

農業無人機的應用，同樣也帶來了農藥利用率的提升。中國農業科學院植物保護研究所農研究員袁會珠等發表的《植保無人飛機的推廣應用對于提高我國農藥利用率的作用》[6]中提到，“與地面常規背負式大容量噴霧方式相比，植保無人飛機低空低容量噴霧技術在水稻、小麥、玉米等作物病蟲害防治中農藥利用率分別達到了49.1％、57.1％、52.7%。相比地面常規背負式大容量噴霧方式，使用農業無人機進行作業，可提升農藥利用率10%以上。10億公頃次作業，相當于減少1515噸農藥浪費”。

匈牙利除絲路薊的案例結果顯示，在達到防治效果的前提下，與傳統拖拉機相比，使用無人機精準除草18公頃可以節省藥液量61L，從而節省作業成本 262.3歐元，約合節省15歐元/公頃（7.2元/畝），實現了明顯的經濟效應。

“如果要在 2030 年達到歐洲農用化學品使用減量50%的目標，我們最好的機會就是使用精準噴灑/播撒和變量作業的方式。”來自Planta Drone的工程師Elemer如是說。

四、農業無人機的試驗
（一）施藥有效性試驗

農業無人機施藥有效性的試驗在中國已經連續做了幾年。產學研結合對農業無人機行業技術的發展起到了積極的推動作用。2021年，使用大疆T30農業無人機做的試驗包括防治水稻田雜草效果、防治柑橘紅蜘蛛、防治玉米田草地貪夜蛾等。

防治水稻田雜草效果試驗

該試驗的目的是為了全面測試農業無人機噴施藥劑助劑對水稻田一年生雜草的防治效果，從而篩選出合適的藥劑、助劑，得出農業無人機施藥的最佳參數。試驗探究農業無人機噴施除草劑對稗草的防治效果及對水稻產量的影響。

結論指出，大疆T30農業無人機噴施25 g/L五氟磺草胺可分散油懸浮劑（稻杰）及19%氟酮磺草胺懸浮劑（墾收）兩種藥劑，墾收藥效優于稻杰32.5%。從不同的噴灑方式來看，農業無人機防效優于地面機械噴霧。除此之外，試驗期間均無明顯藥害發生，說明正確按要求使用藥劑兩種噴灑方式均可以有效防治水稻田雜草。此外，農業無人機省工省水省力，推薦用于水稻田雜草防治。

防治柑橘紅蜘蛛試驗

柑橘紅蜘蛛以成螨、幼螨、若螨群集葉片、嫩梢、果皮上吸汁危害，引致落葉、落果，尤以葉片受害為重。被害葉面密生灰白色針頭大小點，甚者全葉灰白，失去光澤，終致脫落，嚴重影響樹勢和產量。本試驗測試農業無人機噴施飛防藥劑&助劑防治柑橘紅蜘蛛的效果，以期篩選出合適的農業無人機的施藥參數及飛防藥劑和助劑。結果表明：

（1）根據“生物最佳粒徑理論”，不同的生物靶標捕獲的霧滴粒徑范圍不同，只有在最佳粒徑范圍內，靶標捕獲的霧滴數量最多，防治效果也最佳。對于柑橘紅蜘蛛這類葉面爬行類的害蟲而言，40~100μm粒徑的霧滴適合。理論上及防效結果上來看，T30農業無人機適合用于柑橘園防治紅蜘蛛。

（2）2種藥劑中40%噠螨·乙螨唑SC的速效防治效果較好，持效防治效果一般。5%阿維乳油+20%乙螨唑SC對柑橘紅蜘蛛的速效性及持效性較為理想，防治效果分別可達到 94.36%（1d），98.37%（3d），85.74%（10d）。

（3）添加橙劑可以提高藥劑對柑橘紅蜘蛛的防治效果及噴灑均勻性，其中40%噠螨·乙螨唑SC添加橙績助劑時，防效提高了11.68%（3d）、4.44%（10d）。

玉米田草地貪夜蛾的防治試驗

草地貪夜蛾作為中國重大病蟲害防控需求，施藥器械、施藥藥劑和助劑以及施藥方法的選擇是防控的關鍵技術。試驗采用農業無人機T30 施藥，與地面施藥器械背負式電動噴霧器進行對比，為草地貪夜蛾的田間防治技術提供依據。草地貪夜蛾主要危害玉米心葉，因此心葉中藥劑沉積量的多少是防治草地貪夜蛾的關鍵。

從置于玉米喇叭口心葉處的濾紙上收集到的霧滴分析，采用農業無人機施藥的藥液沉積量只有背負式噴霧器施藥沉積量的4.6%-9.3%，但防治效果卻可以達到與背負式噴霧時相當的水平。

（二）飄移試驗
1. 傳統航空器飄移模型

人們很早就認識到了航空器噴灑會帶來藥劑飄失問題，因此在傳統航空器的飄移問題上早就有相關的研究。美國AgDRIFT模型，用于官方監管農業航空噴霧施藥相關事宜。用戶可以輸入噴嘴、藥液、飛機類型、天氣因素等，通過對內部數據庫調用，預測可能產生的飄移。該模型將飛機尾流、翼尖渦流、直升機旋翼下旋氣流和機身周邊空氣擾動納入到對霧滴的影響因素。

澳大利亞教授Andrew Hewitt將地理信息系統引入到航空飄移模型中，通過對實時風速的測定來優化噴施策略，以減少在非靶標區域的農藥飄移損失。

這些對傳統航空器飄移模型的研究，都對無人機的飄移試驗奠定了一定的理論基礎。

2. 風洞試驗

霧滴的沉積規律和沉積量受多種因素的影響。對于無人機噴霧系統而言，噴霧霧滴參數、作業參數、設備結構類型和環境因素等都會對霧滴沉積效果產生影響。旋翼無人機作業時，其旋翼風場產生的下壓氣流也會影響藥液的沉積分布。

風洞試驗為量化噴霧參數對霧滴沉積效果的影響提供了可能，通過綜合噴頭類型、風速、高度、藥劑類型等多因素的影響，可建立霧滴沉積和飄移預測模型，指導實際的噴霧作業。雖然風洞試驗在沉積影響因素分析方面的優勢明顯，但是風洞實驗室的造價昂貴，條件要求較高，研究人員不一定有條件進行風洞試驗；并且風洞試驗難以考慮飛行參數及無人機飛行作業時旋翼下壓風場帶來的影響。

3.田間試驗

田間試驗的優勢在于，在仿真實驗、風洞試驗結果的基礎上，可檢驗出相應結果的真實性，可以更直觀地觀察和分析霧滴飄移和沉積的結果。田間試驗的劣勢在于，受制于作物的本身生長情況及天氣情況，其可復現性較差。

1）農藥霧滴飄移試驗

農藥霧滴飄移試驗，目的是研究農業無人機的飛行高度、施藥液量、外界風速和噴頭類型對不同農藥的噴施霧滴沉積與飄移特性的影響。

農藥霧滴飄移試驗的目的主要是通過農業無人機實際的飛行，來確認在不同的條件下霧滴飄移的程度，進而為用戶在進行實際作業時提供一定的指南內容。比如，在作業時應注意的天氣、溫度、風向、風速等，在作業時應當根據不同的藥劑、助劑的使用，設置相應的隔離帶。

以2021年中國農大所做的農藥霧滴飄移試驗為例，以下是參數設置和實施步驟：

表3 農藥霧滴飄失試驗參數設置

實施步驟：

噴霧作業區域長寬為20×20田間沉積測試布樣方式為：與噴幅測試相同，每行布置長為20m霧滴收集帶，共2行，距地面0.5 m。飄移測試區長寬為20×50 m。使用培養皿接收地面飄移霧滴，據作業區域邊緣下風向距離1、3、5、10、15、20、30、50 m處分別放置培養皿和大豆苗盆栽，同一下風向距離分別放置6個15 cm培養皿，培養皿放置在金屬板上以保持在同一高度，每組共48個培養皿；空中霧滴收集裝置布置在下風向20m處收集豎直方向空中飄移霧滴，收集器采用聚乙烯軟管，距地面1, 2, 3, 4, 5米。采用田間氣象站獲取試驗全程環境風速、風向、溫濕度等信息，全程記錄試驗期間每個處理作業時間、溫度、濕度和風力大小、風向等信息。

圖10 霧滴收集裝置

農藥霧滴測試是現在全球各國都在關注的試驗，無人機企業、藥企、各類農業高校均在進行相應的研究。德國、中國、匈牙利、澳大利亞、日本、烏克蘭等國家也都相繼開展類似的試驗，希望為農業無人機的使用規則提供依據。

2）環境影響評估試驗

2021年，中國農業科學院植物保護研究所開展了農業無人飛機噴霧飄移對蜜蜂安全性評估試驗，試驗目的為：

1）明確施藥區域內及飄移區的霧滴沉積分布情況；

2）比較不同施藥方式農藥霧滴飄移對蜜蜂的影響；

3）明確不同隔離帶寬度對農業無人飛機施藥飄移的控制作用。

如下圖，具體的施藥設備準備及路線是：

使用大疆T30進行噴灑，用Mavic2 pro進行空中記錄。T30噴灑的參數為：速度6m/s、飛行高度6m、噴幅8m。沿施藥帶東西向飛行，田地最東側起飛，以噴幅8米噴灑到最西端后，再由最西端的8-16米帶噴灑到東側降落。

同時，使用背負式噴藥機進行人工噴灑，噴灑高度距離地面約0.7-0.8m，花卉高度約為0.3-0.4m，噴幅同樣為8m，由一人在施藥帶中間前進，兩側噴灑。

在最西側設置未施藥帶，作為對比參照。

圖11 試驗記錄

在施藥后，將會持續對蜜蜂的活性進行16天的觀察，記錄在不同施藥區和飄移區的蜜蜂活性。

這個試驗將為期三年，所得的試驗結果會被用于農業無人機噴灑最佳實踐的建議。

五、最佳實踐的探索

農業無人機的最佳實踐，是一個全方位從“人、機、技、劑”建立全流程、全周期的實踐探索。在此過程中，涉及人員培訓、農業無人機產品安全性和可靠性升級、無人機技術的升級、農業種植技術的配合升級，以及所用農藥藥劑的改良和使用規范。

（一）人員培訓
1.專業的農業無人機操作員

無人機在作業時可能存在對環境的土壤污染、空氣污染、水體污染等問題，這也往往是操作員忽略的問題，但這些污染只要規范操作則可以完全避免。比如，操作員不要在風速超過3級的環境中作業，不要把清洗藥壺的水傾倒在自然水源里等。這時候對操作員的要求就不再僅限于會飛農業無人機，而是經過培訓，成為專業的農業無人機操作員。

專業的農業無人機操作員是指既具備無人機操作技能，又具備專業植保藥劑知識技能的人。農業無人機操作員接受廠商系統培訓，持證上崗，對農業、航空相關的法規及標準要求非常熟悉，掌握農藥科學安全使用知識，按照科學安全用藥操作規劃進行配藥與作業，避免霧滴飄逸對周圍非靶標作物、授粉昆蟲及生態環境產生影響。

關于農業無人機操作員的官方要求，最典型的做法來自于菲律賓。2021年3 月 18 日，菲律賓 TESDA（Technical Education Skills Development Authority，菲律賓技術教育技能發展司，負責菲律賓專司職業技術教育的國家機構。）發布了《II級農用無人機操作能力標準》（CS），宣布正式將大疆慧飛 UTC 課程納入國家技能培訓項目，這意味著大疆慧飛課程成為首個菲律賓官方認證的農業無人機培訓課程。

圖12 菲律賓技術教育技能發展司

菲律賓的TESDA的資格認證機構、資質標準辦公室 QSO (Qualification Standard office) 和 DJI 慧飛學院啟動了農業無人機課程合作項目，將為農業無人機從業人員提供全方面的植保機操作、飛防藥劑、作物知識、植保隊作業流程等農業植保理論知識和實操飛行課程，旨在幫助當地培養優秀的農業無人機飛手，以促進菲律賓農業，林業和漁業的發展。

（二）新技術發展
1.離心噴嘴

在霧化技術方面，采用電機控制的離心霧化噴頭具有霧滴粒徑譜分布窄，霧化幅寬大的特點，相對于液力霧化噴頭的效果有明顯的優勢，目前已進入商用階段。國外學者在噴頭技術上也已經開展多年的研究，從通用噴頭、靜電噴頭、抗飄移噴頭、逐步轉向精準變量噴頭。MEMS系統技術將控制、執行機構進一步小型化，精細化調解噴灑霧滴譜進行抗飄移和精準變量施藥已經成為新的研究趨勢。農業無人機除了使用傳統的壓力噴嘴，也開始使用離心噴嘴，離心噴嘴的特點有：（1）霧滴可控，可以通過調節旋轉速度，有效地控制霧滴直徑。（2）大流道結構不會產生堵塞現象，所以非常適合應用于可溶性粉劑和懸浮劑的噴灑作業。

2. RTK導航施藥技術

農業無人飛機配備RTK，實現厘米級定位。在施藥作業之前，作業人員通過手持遙控器/飛行器測點/航測的方式精確測量確定施藥作業區域的邊界點，形成一個施藥區域圖；根據施藥區域圖規劃出施藥作業的航線圖，無人機將精確按照規定路線自動施藥，有效避免重噴和漏噴。

3. 無人機AI精準變量作業

無人機使用AI 處方圖作業，精確識別農田邊界、作物密度與生長趨勢，通過精準變量控制，有效減少農藥和化肥的使用，更加環保。農田往往存在作物的分布、長勢不一的情況，全覆蓋的噴灑雖然可實現大規模高效作業，但毫無疑問會造成浪費農藥和環境污染的后果。

AI精準變量作業，可在精準判斷后再進行作業，減少農藥的浪費和環境污染。這種技術已經被廣泛用于不同的農作物上，以下介紹幾個不同的案例：

1）精準噴灑除草

通過使用多光譜監測播種前后的田塊，用NDVI植被指數分離出雜草的發生位置，生成精準噴灑的處方圖，給到農業無人機進行噴施，從而實現精準除草。

圖14 雜草NDVI圖

圖15 精準點噴處方圖和航線圖

使用農業無人機精準除草來解決除草劑使用成本高以及農藥濫用造成的生態污染等一系列問題將會更多地被運用于全球各地。實現減藥增效的同時，推進全球農業生態綠色可持續發展。

圖16 精準點噴作業畫面
2）變量噴灑營養液

以棉花為例，在棉花生長期，為了控制棉花高度，提高機械化收獲率和產量，需要噴灑縮節胺。而針對弱苗，則需要噴灑營養液促進生長。在傳統方式中，在大面積棉田里，棉農只能依靠人工采樣方式來判斷棉花的生長情況，從而決定是噴灑營養液還是縮節胺。但在實際中，由于土地肥力差異，棉田中不同區域棉花的長勢并不統一，有些地方棉花需要促進生長，有些地方棉花則需要控制生長。大面積棉田采用統一標準噴灑，并非最佳方式。特別是土地肥力差異較大的棉田。

因此，首先使用多光譜無人機進行棉田的監測，生成處方圖，再進行營養液變量噴灑作業，可以解決長勢不一的問題。

3）精準噴灑油棕樹心

油棕病蟲害多發生在樹心部位，幼齡油棕受椰子犀角金龜（別名犀牛甲蟲）等害蟲侵害樹心后，會導致葉子受損、葉柄孔洞和長矛斷裂或折斷，從而導致樹木變形和干枯，最終導致幼年油棕樹過早死亡。

大疆農業無人機為油棕蟲治管理提供定制化服務“油棕模式”，采用 T16 油棕專用的噴嘴布局系統，搭配DJI Terra果樹模式AI識別即可精準判斷樹心位置，定點噴灑樹心，最終達到最優的防蟲效果的同時，還能省水省藥。

（三）藥劑和飛防助劑

農藥劑型是影響農藥實際使用效果非常重要的因素，會改善霧滴霧化過程、減少霧滴飄失、提升農藥霧滴在靶標作物表面的滯留量等。無人機施藥專用商品化農藥制劑迄今尚在研發階段，適用于無人機低空低量農藥噴灑的制劑會提升農藥分布均勻度，降低霧滴飄失潛力。

研發推廣適合農業無人機的專用藥劑和助劑已經成為農業無人機低容量施藥技術的關鍵。大型藥企如科迪華、先正達、拜耳等，均在積極研發與農業無人機噴灑相匹配的飛防助劑。在藥劑配方設計和加工時考慮無人飛機植保作業的特點，無人飛機低容量噴灑霧滴飄移風險大，需要研究強沉降性、耐揮發性、抗飄移性的農藥制劑。

（四）技術標準的建立

農業無人機的安全作業，還涉及人員的安全操作、生態環境以及農作物安全等多方面，需要企業共同建立行業標準規范。

環境安全性方面的評價是對農業無人機安全使用、環境保護、政府管理的主要與關鍵內容。農業無人機的標準嚴重落后于產品的研發，能為不同天氣和地面條件下無人機作業合理施藥參數的確定提供可靠的指導以及環評的技術標準準則亟待制定，需加快研究制定航空植保作業質量、防治效果評價和環境風險評估標準規范，促進農業無人機產業的高質量、高效益和安全可控、健康發展。

隨著農業無人機在全球范圍內的逐步普及，農業無人機行業標準與規范的制定成為推動行業發展的關鍵因素。目前，大疆是全國農機標委會植保和清洗機械分技術委員會（SAC/TC201/SC1）參與單位，與中國農機院、中國農業大學緊密合作共同制定植保無人飛機國家標準，已完成國標的初稿，項目計劃于2022年底完成國標制定工作。在國際標準工作方面，隸屬于國際標準化組織（ISO）的農林拖拉機和機械標準化技術委員會( ISO/TC23 )，專業從事拖拉機、植物保護設備、農業電子等領域的標準研究，其下成立無人機噴灑系統工作組（WG25），大疆目前正在深度參與農業無人機ISO-23117國際標準的制定工作。

（五）在作業季開始前完成合規

如前文所述，農業無人機的受到多個管理部門的管理。農業無人機的使用受到農作物生長周期的影響，我們一般將農業無人機進行播撒、噴灑的周期稱為“農業作業季”。為了確保作業季來臨時用戶能夠合規使用農業無人機，應當在作業季開始前完成相應的合規工作。根據現行的法律，有些合規內容不是用戶可以輕松完成的，生產廠商可以提前協助用戶進行合規。

1. 德國JKI合規

德國JKI作為知名的農具認證機構，對噴嘴的測試非常專業。在德國，農業無人機需要通過JKI的認證后，才能在特殊的地塊噴灑農藥。比如2021-2022年，JKI對DJI T30進行了山地葡萄園作業的測試和認證，并在作業季開始前完成了這項批準。