大疆农业发布《2021农业无人机白皮书》探索农业无人机的最佳实践（附全文）

2022-07-19 来源：大疆农业阅读量：1302

（2022年7月19日，深圳） DJI大疆农业近日对外正式发布《2021农业无人机白皮书》（以下简称《白皮书》）。《白皮书》系统梳理了农业无人机发展现状，率先提出效率还需兼顾环保的理念，并指出环境友好型农业无人机或成行业未来方向。此外，《白皮书》还通过全球多个试验案例，展示和探索了农业无人机未来最佳实践方式。

《白皮书》指出，近几年随着无人机技术高速发展，更具广泛意义的“农业无人机”逐步替代“植保无人机”，农业无人机不仅用于喷洒施药，还能进行撒肥、撒种、撒饲料等多种工作，满足农户多样化需求，提高生产效率。目前，多家无人机公司正在积极探索基于无人机技术的农业解决方案，共同推动全球农业的发展革新和进步。

大疆农业全球市场销售总监陈韬表示，“大疆农业以后每年都会发布《农业无人机行业白皮书》，与大家共享更多科技与实践的探索成果。农业作业效率、农业可持续发展、农业与环境的和谐、农业与多样性物种的和睦，这些都会成为《白皮书》重点关注的内容。大疆农业希望以科技之美，探索未来农业的正确答案。”

农业无人机组成的未来农场

（图源：《2021农业无人机行业白皮书》）

效率需兼顾环境保护，关注全球政策影响

农业无人机公司曾以提升农业效率为己任，但随着人类对环境保护意识的逐渐提升，越来越多的企业开始关注企业治理对环境的影响。与传统的地面器械相比，农业无人机可以减少碳排放、减少用水量、提高农药利用率。因此，《白皮书》率先提出“农业无人机行业不仅关注提高农业效率，也更多关注环境保护”的行业理念。

在该理念指引下，大疆农业开展了多轮农业无人机试验。《白皮书》披露了以大疆T30为代表进行的施药有效性试验结果，以及农业无人机进行农药飘移试验的情况。大疆T30试验结果显示，在喷施除草剂对稗草的防治效果上，大疆T30防效优于地面机械喷雾，试验期间均无明显药害发生；在柑橘红蜘蛛防治和玉米田草地贪夜蛾的防治上，采用大疆T30施药均取得积极明显效果。

随着技术的不断提升，农业无人机不仅实现在小麦、水稻等平整农田中的应用普及，在丘陵、山地、果园等这类复杂场景中也开始拓展应用。尽管农业无人机各方面优势明显，但《白皮书》也表示，由于同时受到来自农业、环保、民航多个主管部门管理，导致农业无人机发展会受到多个法律和政策制约，并且全球各国的管理方式也会有所不同。

目前，将农业无人机作为农业器械进行管理，是全球较为普遍的方法。大疆农业也在积极与高校、药企、研究中心等机构展开产学研合作，共同构建以人才培养、产品提升、药剂优化、技术升级为核心的生态圈。在此布局下，农业无人机对病虫害管理和农药使用会更合理，对环境影响更小，政策环境也会逐渐宽松，农业无人机发展空间将会更为广阔。

无人机保有量提升，推进农业生态绿色可持续发展

《白皮书》表示，“2021年是全球农业无人机快速发展的一年，大疆农业无人机2021年在全球保有量已经突破13万台，数量较去年增加超过60%，无论是总作业数量，还是作业面积，都迎来质的飞跃。”

大疆农业无人机全球保有量

（图源：《2021农业无人机行业白皮书》）

“中国智造”的农业无人机不仅在国内得到广泛应用，同时也受到海外用户的欢迎，越来越多海外用户开始使用农业无人机进行作业。《白皮书》还对农业无人机全球试验进行盘点，并以匈牙利丝路蓟精准喷洒、德国山地葡萄园作业的有效性为案例，精准分析了无人机与地面设备、飞机喷洒的比较优势。未来，农业无人机行业将从“人、机、技、剂”几个方面进行全流程、全周期、全方位的实践探索。

《白皮书》最后对农业无人机等新技术发展的价值进行了肯定：不仅为全球农民提供了现代化的科技工具，更创造了新的岗位、新的社会需求和社会价值。

以大疆为代表的无人机公司，通过基于无人机技术的农业解决方案，切实解决农民生产中的难题，为乡村振兴战略激发了新的活力。这对于提升农作物经济结构，进行数字化、精准化、智能化管理，最终实现绿色可持续发展具有重要意义。

附：全文

一、行业背景
（一）从“植保无人机”到“农业无人机”

早在1987年，日本研制出了世界上第一台植保无人机，并于次年开始限量销售。目前，日本采用植保无人机进行防治病虫草害的耕地面积接近100万公顷，而日本的总耕地面积不足500万公顷。采用植保无人机进行防治的耕地面积约占总耕地面积的20%。植保无人机已成为日本重要的植保技术措施。

2007年，中国的植保无人机开始发展。2010年，无锡汉和生产的3CD-10 型单旋翼油动植保无人机，首次在“全国农机博览会”上亮相。这是中国首款在市场上销售的油动单旋翼植保无人机,开启了中国植保无人机商业化的第一步。2012 年，DJI大疆创新将全球卓越的无人机技术应用于农业领域，并于 2015 年创立 DJI大疆农业，发布MG-1农业植保无人机。2015年，极飞科技发布植保无人机，成立了极飞农业服务公司。如今，多家无人机公司致力于为用户提供基于无人机技术的农业解决方案，推动全球农业的发展革新和进步。

随着植保无人机的快速发展，更智能的产品创造了更广泛的需求和应用。植保无人机不再仅仅用于施药，还可以进行撒肥、撒种、撒饲料等。因此，“植保无人机”逐渐被更具广泛意义的“农业无人机”所替代。

图1 农业无人机组成的未来农场

2021年是全球农业无人机快速发展的一年，相较于2020年，无论是农业无人机的总作业数量，还是作业面积，都是质的飞跃。农业无人机特别适合于水田、高秆作物和丘陵山地等人工和地面机械难以下地的场景。在以大米为主食的亚洲东南部地区，由于农业无人机适合水稻田播撒，病虫害防治作业，可贯穿整个作物生长周期，因此得到了越来越多农户的认可，作业量快速增长。随着技术的不断提升，农业无人机不仅在小麦、水稻等平整农田中的应用很快普及，在丘陵山地果园这种复杂场景也得以拓展应用。越来越多的欧美地区用户也开始使用农业无人机进行作业。

图2 大疆农业无人机全球保有量

在欧洲，很多山地葡萄园的地形陡峭，地面机械无法使用，大部分园间工作由手工完成，人工成本和时间成本高昂。在瑞士北部沙尔豪森州的哈劳，保留传统农业的习俗，也为当地葡萄园的高效管理带来了挑战。为了保证产量，葡萄园管理者每季都会喷洒农药。此前这项工作主要是雇佣工人手动作业。工人手动作业，不仅效率低，而且对工人体力提出了很高要求。葡萄生长季节一般需要喷洒8-10次，每次作业都超过10天。如果喷洒不及时，葡萄霉变不仅会影响收成，减少单季葡萄酒出品，还会影响未来几年葡萄园收入。

图3 农业无人机在瑞士山区喷洒作业

哈劳地处北部山区，使用地面车辆也不是最佳选择。在一些陡峭的斜坡上，车辆很容易翻倾，甚至威胁驾驶员生命安全。引用农业无人机，最大程度保持葡萄园的原生态，是当地葡萄园传统文化融合现代科技的新尝试，也是中国智能农业装备首次进入瑞士本地农业生产领域。

图4 农业无人机在瑞士山地葡萄园作业

（二）行业发展重点关注的问题
1. 法规及政策

使用目的来说，农业无人机属于农业器械，由农业部门进行管理；当其喷洒农药时存在潜在的环保风险，由环保部门管理；从其运行属性上说，农业无人机属于航空器，由民航主管部门管理。农业无人机的这种由多个主管部门管理的特点，导致了法律和政策在其行业发展中占据重要作用的特点。

将农业无人机作为农业器械的管理在全球都是较为普遍的方法，各国的管理方式稍有不同，有些国家采取强制性认证，有些国家采取简单的书面材料申请，也有国家使用行政授权的方式。但无论哪种方式，都代表了农业部对农业无人机的一种管理和认可。

无人机作为航空器的一种，在其运行方面归属各国民航局管理。比较普遍的管理方式有三种：第一种是在已有的法律体系中对低风险作业的农业无人机进行豁免，如美国；第二种是要求25kg以上的无人机进行SORA（安全运行风险分析）评估，SORA的特点是以运行风险为中心，针对个案的运行风险进行分析和审批，欧洲地区的国家较多采用这种方式；第三种是在传统航空器适航规则的基础上进行简化，生成简化版本的适航要求适用于农业无人机，如巴西、墨西哥等国家。

农业无人机主要用于农药喷洒，因此对农药的管理成为第三个要关注的政策方向。以日本为例，日本无人机农药制剂的管理机构是农林水产航空协会，日本登记用于农业无人机的农药制剂有382个[1]。日本登记用于农业无人机的农药包括杀菌剂、杀虫剂、杀虫杀菌混剂、除草剂和植物生长调节剂，登记作物主要是水稻、小麦、大豆等。除草剂则只登记用于水稻田，并且水稻田除草剂登记的农药剂型以颗粒剂、展膜油剂为主，施药方法则是采用无人机颗粒撒施、无人机展膜油剂撒滴施用，基本不采用无人机低容量喷雾方式，以避免除草剂雾滴飘移造成药害。

日本主要采用增加施药方式来登记管理农业无人飞机用药，即在已经获得地面常规喷雾使用登记前提下，农药企业申请农业无人飞机低容量喷雾使用的扩作试验。日本飞防药剂登记试验包括田间药效试验、残留试验、作物安全性试验以及邻近作物试验等，登记试验工作主要是由农业航空协会（JAAA）来完成的。

2019年2月，日本农林水产省发布了《农药使用方法的标识及需要提交的研究报告》，根据多年使用无人机的经验，简化了农业无人机专用药剂的药效和残留试验，但有关无人机喷雾的作物安全性和飘移试验仍是需要提交的重要登记试验资料。登记作物安全性试验，一般需要“一年两地”，即在一年之内在2块田地上进行试验，试验剂量为推荐剂量的两倍；作物安全性试验可以和药效试验同步进行。邻近作物的安全性试验，需要选择五种敏感作物开展试验。[2]

2. 效率需兼顾环境保护

农业无人机的公司曾以提升农业效率为己任，致力于提高全球的农业生产效率。但人类的健康与整个世界的健康和生物多样性环环相扣。随着农业无人机硬件系统、智能化水平的不断升级，仅仅“提高全球农业生产效率”已不能适应时代发展,环境友好型农业无人机将成为行业未来的方向。

由于传统的航空喷洒飘移对环境造成过不良影响，欧盟在2009年发布《关于建立社区行动框架以实现农药的可持续使用的指令》(DIRECTIVE 2009/128/EC，以下简称《指令》)，原则上全面禁止航空喷洒，仅允许在地面设备无法抵达的陡峭地形和航空喷洒明显有优势于地面设备的前提下，才允许喷洒的进行。十几年来，该《指令》在欧盟国家广泛转化为国内法，与各国国内的其他环境类、农业类法规形成相辅相成的管理体系。例如，意大利在航空喷洒前要先申请对喷洒方案做整体的环保评估，再依据民航法规申请审批。

在该《指令》正式发布前，立法草案大规模征求了社会团体和利益相关者的意见。立法机构委托Bipro[3]进行相应的试验，以确保立法的科学依据和社会依据。根据Bipr的报告《评估作为可持续使用农药专题战略一部分的具体措施的经济影响》（Assessing economic impacts of the specific measures to be part of the Thematic Strategy on the Sustainable Use of Pesticides），欧盟分别选取了法国、西班牙、德国三个传统农业大国进行了航空喷洒和地面设备喷洒的对比试验，作物分别是葡萄（法国）、橄榄（西班牙）和森林（德国）。试验从经济效益、社会影响、环境影响、喷洒药效和人类健康等多个因素考虑，对地面农械喷洒和航空器喷洒进行比较。

图5 法国葡萄园的飘移对比试验

如图5，以法国葡萄园的试验为例，可以看出在葡萄园里的航空喷洒和人工喷洒的飘移距离都约为20米。

2019年，欧盟对《指令》进行重新修订，但没有改变《指令》中对航空喷洒的基本立场：原则上全面禁止，特殊情况进行豁免。距离2009年如今已经过去13年之久，当初立法时民用农业无人机尚未普遍使用。随着科技的发展，农业无人机可以在更多场景代替人类进行作业。因此，是时候重新评估农业无人机作业的合法性，而不是将其作为传统的航空器来管理。

二. 农业无人机相对比飞机喷洒的优势

与传统的飞机相比，农业无人机进行农业喷洒的特点主要集中在以下几个方面：

（一）环境友好
1. 精准喷洒作业

运用于农业的小型固定翼和小型直升机在进行喷洒时飞行速度快，飞行作业高度较高，导致药物飘移严重。而无人机可以悬停，进行更有针对性的高精度喷洒，喷洒时作业高度低（一般距离作物表面1.5m-3.5m），飞行速度慢（约3m/s-7m/s），可以动态控制喷头、流速。

图6 直升机喷洒的卷扬风场[4]

图7 农业无人机喷洒的下压风场

同时，在无人机上挂载多光谱镜头，能够实现农田作业信息的采集和监管，根据农作物的长势，生成农业处方图，指导农业无人机进行作业。在无人机喷洒农药时可以做到“有的放矢”，仅针对需要喷农药的地块进行喷洒作业，从而进一步减少对环境的影响。

图8 搭载多光谱镜头的精灵系列无人机

在精准喷洒方面，近些年非常有名的是关于丝路蓟的应用案例。丝路蓟（Cirsium Arvense）是一种恶性杂草，广泛分布于农田和牧场，与农作物竞夺水分、营养物和矿物质，同时丝路蓟的根茎产生酸性物质，使得土壤不再适合某些作物的生长，因此使农作物产量减少，对农民和农场业主的经济造成损失。

丝路蓟的根茎即使被损伤也可继续繁殖，所以一般的整地过程例如耕地、犁地等，不仅不能清除丝路蓟，反而会帮助其传播繁殖，因此只能使用内吸性除草剂。一般在秋季油菜、春小麦等播种前后，或春季向日葵、大豆、玉米等播种前后进行喷施。常规的做法是用拖拉机对整个田块喷洒草甘膦。

来自大疆农业在匈牙利的合作伙伴Planta Drone[5]通过用多光谱监测地里的丝路蓟的分布，然后用农业无人机做精准点喷，达到减药降本的目的。Planta Drone通过使用多光谱监测播种前后的田块，用NDVI植被指数分离出丝路蓟的生长，生成精准喷洒的处方图，农业无人机按照处方图进行喷施，从而实现精准除草。

图9 多光谱监测
2. 降低作业人员风险

直升机和固定翼飞机典型的农业作业场景是山地作业和大型农田作业，其中，山地作业要求飞行员进行“手动操作的仿地飞行”，即不断进行“爬升—下降”的循环动作，以确保喷药效果。大型农田作业场景中，飞机需要在贴近作物5m的高度进行作业，在此过程中，很多飞行员贴地飞行后不能成功令飞机改平，容易造成坠机。由农业喷洒造成的飞机坠机及飞行员伤亡事故率颇高。

无人机的喷洒作业首先解决了飞行员必须在驾驶舱内这种“人机绑定”的传统模式。在新的“人机分离”的运作模式下，无人机操作人无需在航空器上承担坠机风险。无人机的自动作业模式也无需操作人一直保持跟随无人机，这样避免了无人机操作人在进行农业喷洒作业时，被喷到农药的风险。

大疆农业无人机配备了由全向避障雷达和上视雷达组成的球形雷达系统，在不同的作业模式下，可以提供前、后、下三个方向的测高、定高功能，以实现地形跟随，并可进行水平全向避障及向上避障。农业无人机支持地形坡度检测，山地斜坡也可以实现地形跟随。在航线作业过程中，还具备水平全向绕障功能，可规划避障路径自主绕障。

3. 对环境污染更小

传统航空器一般使用燃油作为动力支持，而无人机使用锂电池作为动力支持。电力能源更加清洁，可以有效节能减排。

直升机螺旋桨产生的声音高达110分贝,是人体所能适应分贝的1.5倍，而无人机作业降低了噪声分贝。无人机作业时远离人群和操作人员，不会因噪声对人体造成损害。

（二）经济成本降低

飞机的购买成本高，维护成本高。飞机的购置成本不仅是无人机的上百甚至上千倍，且使用成本也更加高昂。飞机需要多个机组成员在地面随时待命，在起降之前进行一系列的维护和保养。同时，由于需要申请特定的作业空域，因此在某些国家和地区，飞机转场的成本也相对较高。

以全球畅销的直升机“小松鼠AS350”为例，该机型售价2500万元，载药量500-600kg，喷杆长10米，作业参数约为航速110km/h-160km/h，飞行高度为大田2-3m，片林15m-30m，复杂地形20m-30m。喷幅25-50m，作业效率为80-100hm²/架次，每个架次作业耗时25分钟。该机型由2位飞行员执行飞行，至少4个地面机组人员进行地面维护。

相比之下，无人机的购置成本相对较低，农业无人机的单台售价一般不超过10万元，普通农户可以承担。或者购买飞防队提供的专业植保服务，也不会造成很大的经济负担。无人机的维修和保养都相对简单，简单的桨叶更换、高消耗零件的更换由操作人自行就能完成，更为复杂一些的维修一般在作业区附近的代理商维修点处完成。无人机的保养，可以在每次作业结束后进行简单的保养，也可以在整个作业季结束后统一进行。

表1 直升机与无人机对比

三、无人机与地面设备比较的优势
1. 减少碳排放

在农田管理的喷洒农药和播撒肥料环节，以往以人作业或者拖拉机作业为主。传统拖拉机燃料以柴油为主。以无人机替代传统农机进行植保作业，每公顷能耗可减少碳排放为5.11kg CO2e（二氧化碳当量）。10亿公顷作业相当于减少碳排放511 万吨 CO2e。这相当于2.4亿棵树一年的碳吸收量，也相当于减少了192万辆汽车的碳排放量。

表2 农业无人机减少碳排放

2. 减少用水量

在喷洒农药环节，由于采用的是低容量喷雾技术，农业无人机相比人工作业，每公顷可节约44升农业用水。10亿公顷作业相当于减少4400万吨农业用水。这相当7987万居民一年的饮水量。

3. 提高农药利用率

农业无人机的应用，同样也带来了农药利用率的提升。中国农业科学院植物保护研究所农研究员袁会珠等发表的《植保无人飞机的推广应用对于提高我国农药利用率的作用》[6]中提到，“与地面常规背负式大容量喷雾方式相比，植保无人飞机低空低容量喷雾技术在水稻、小麦、玉米等作物病虫害防治中农药利用率分别达到了49.1％、57.1％、52.7%。相比地面常规背负式大容量喷雾方式，使用农业无人机进行作业，可提升农药利用率10%以上。10亿公顷次作业，相当于减少1515吨农药浪费”。

匈牙利除丝路蓟的案例结果显示，在达到防治效果的前提下，与传统拖拉机相比，使用无人机精准除草18公顷可以节省药液量61L，从而节省作业成本 262.3欧元，约合节省15欧元/公顷（7.2元/亩），实现了明显的经济效应。

“如果要在 2030 年达到欧洲农用化学品使用减量50%的目标，我们最好的机会就是使用精准喷洒/播撒和变量作业的方式。”来自Planta Drone的工程师Elemer如是说。

四、农业无人机的试验
（一）施药有效性试验

农业无人机施药有效性的试验在中国已经连续做了几年。产学研结合对农业无人机行业技术的发展起到了积极的推动作用。2021年，使用大疆T30农业无人机做的试验包括防治水稻田杂草效果、防治柑橘红蜘蛛、防治玉米田草地贪夜蛾等。

防治水稻田杂草效果试验

该试验的目的是为了全面测试农业无人机喷施药剂助剂对水稻田一年生杂草的防治效果，从而筛选出合适的药剂、助剂，得出农业无人机施药的最佳参数。试验探究农业无人机喷施除草剂对稗草的防治效果及对水稻产量的影响。

结论指出，大疆T30农业无人机喷施25 g/L五氟磺草胺可分散油悬浮剂（稻杰）及19%氟酮磺草胺悬浮剂（垦收）两种药剂，垦收药效优于稻杰32.5%。从不同的喷洒方式来看，农业无人机防效优于地面机械喷雾。除此之外，试验期间均无明显药害发生，说明正确按要求使用药剂两种喷洒方式均可以有效防治水稻田杂草。此外，农业无人机省工省水省力，推荐用于水稻田杂草防治。

防治柑橘红蜘蛛试验

柑橘红蜘蛛以成螨、幼螨、若螨群集叶片、嫩梢、果皮上吸汁危害，引致落叶、落果，尤以叶片受害为重。被害叶面密生灰白色针头大小点，甚者全叶灰白，失去光泽，终致脱落，严重影响树势和产量。本试验测试农业无人机喷施飞防药剂&助剂防治柑橘红蜘蛛的效果，以期筛选出合适的农业无人机的施药参数及飞防药剂和助剂。结果表明：

（1）根据“生物最佳粒径理论”，不同的生物靶标捕获的雾滴粒径范围不同，只有在最佳粒径范围内，靶标捕获的雾滴数量最多，防治效果也最佳。对于柑橘红蜘蛛这类叶面爬行类的害虫而言，40~100μm粒径的雾滴适合。理论上及防效结果上来看，T30农业无人机适合用于柑橘园防治红蜘蛛。

（2）2种药剂中40%哒螨·乙螨唑SC的速效防治效果较好，持效防治效果一般。5%阿维乳油+20%乙螨唑SC对柑橘红蜘蛛的速效性及持效性较为理想，防治效果分别可达到 94.36%（1d），98.37%（3d），85.74%（10d）。

（3）添加橙剂可以提高药剂对柑橘红蜘蛛的防治效果及喷洒均匀性，其中40%哒螨·乙螨唑SC添加橙绩助剂时，防效提高了11.68%（3d）、4.44%（10d）。

玉米田草地贪夜蛾的防治试验

草地贪夜蛾作为中国重大病虫害防控需求，施药器械、施药药剂和助剂以及施药方法的选择是防控的关键技术。试验采用农业无人机T30 施药，与地面施药器械背负式电动喷雾器进行对比，为草地贪夜蛾的田间防治技术提供依据。草地贪夜蛾主要危害玉米心叶，因此心叶中药剂沉积量的多少是防治草地贪夜蛾的关键。

从置于玉米喇叭口心叶处的滤纸上收集到的雾滴分析，采用农业无人机施药的药液沉积量只有背负式喷雾器施药沉积量的4.6%-9.3%，但防治效果却可以达到与背负式喷雾时相当的水平。

（二）飘移试验
1. 传统航空器飘移模型

人们很早就认识到了航空器喷洒会带来药剂飘失问题，因此在传统航空器的飘移问题上早就有相关的研究。美国AgDRIFT模型，用于官方监管农业航空喷雾施药相关事宜。用户可以输入喷嘴、药液、飞机类型、天气因素等，通过对内部数据库调用，预测可能产生的飘移。该模型将飞机尾流、翼尖涡流、直升机旋翼下旋气流和机身周边空气扰动纳入到对雾滴的影响因素。

澳大利亚教授Andrew Hewitt将地理信息系统引入到航空飘移模型中，通过对实时风速的测定来优化喷施策略，以减少在非靶标区域的农药飘移损失。

这些对传统航空器飘移模型的研究，都对无人机的飘移试验奠定了一定的理论基础。

2. 风洞试验

雾滴的沉积规律和沉积量受多种因素的影响。对于无人机喷雾系统而言，喷雾雾滴参数、作业参数、设备结构类型和环境因素等都会对雾滴沉积效果产生影响。旋翼无人机作业时，其旋翼风场产生的下压气流也会影响药液的沉积分布。

风洞试验为量化喷雾参数对雾滴沉积效果的影响提供了可能，通过综合喷头类型、风速、高度、药剂类型等多因素的影响，可建立雾滴沉积和飘移预测模型，指导实际的喷雾作业。虽然风洞试验在沉积影响因素分析方面的优势明显，但是风洞实验室的造价昂贵，条件要求较高，研究人员不一定有条件进行风洞试验；并且风洞试验难以考虑飞行参数及无人机飞行作业时旋翼下压风场带来的影响。

3.田间试验

田间试验的优势在于，在仿真实验、风洞试验结果的基础上，可检验出相应结果的真实性，可以更直观地观察和分析雾滴飘移和沉积的结果。田间试验的劣势在于，受制于作物的本身生长情况及天气情况，其可复现性较差。

1）农药雾滴飘移试验

农药雾滴飘移试验，目的是研究农业无人机的飞行高度、施药液量、外界风速和喷头类型对不同农药的喷施雾滴沉积与飘移特性的影响。

农药雾滴飘移试验的目的主要是通过农业无人机实际的飞行，来确认在不同的条件下雾滴飘移的程度，进而为用户在进行实际作业时提供一定的指南内容。比如，在作业时应注意的天气、温度、风向、风速等，在作业时应当根据不同的药剂、助剂的使用，设置相应的隔离带。

以2021年中国农大所做的农药雾滴飘移试验为例，以下是参数设置和实施步骤：

表3 农药雾滴飘失试验参数设置

实施步骤：

喷雾作业区域长宽为20×20田间沉积测试布样方式为：与喷幅测试相同，每行布置长为20m雾滴收集带，共2行，距地面0.5 m。飘移测试区长宽为20×50 m。使用培养皿接收地面飘移雾滴，据作业区域边缘下风向距离1、3、5、10、15、20、30、50 m处分别放置培养皿和大豆苗盆栽，同一下风向距离分别放置6个15 cm培养皿，培养皿放置在金属板上以保持在同一高度，每组共48个培养皿；空中雾滴收集装置布置在下风向20m处收集竖直方向空中飘移雾滴，收集器采用聚乙烯软管，距地面1, 2, 3, 4, 5米。采用田间气象站获取试验全程环境风速、风向、温湿度等信息，全程记录试验期间每个处理作业时间、温度、湿度和风力大小、风向等信息。

图10 雾滴收集装置

农药雾滴测试是现在全球各国都在关注的试验，无人机企业、药企、各类农业高校均在进行相应的研究。德国、中国、匈牙利、澳大利亚、日本、乌克兰等国家也都相继开展类似的试验，希望为农业无人机的使用规则提供依据。

2）环境影响评估试验

2021年，中国农业科学院植物保护研究所开展了农业无人飞机喷雾飘移对蜜蜂安全性评估试验，试验目的为：

1）明确施药区域内及飘移区的雾滴沉积分布情况；

2）比较不同施药方式农药雾滴飘移对蜜蜂的影响；

3）明确不同隔离带宽度对农业无人飞机施药飘移的控制作用。

如下图，具体的施药设备准备及路线是：

使用大疆T30进行喷洒，用Mavic2 pro进行空中记录。T30喷洒的参数为：速度6m/s、飞行高度6m、喷幅8m。沿施药带东西向飞行，田地最东侧起飞，以喷幅8米喷洒到最西端后，再由最西端的8-16米带喷洒到东侧降落。

同时，使用背负式喷药机进行人工喷洒，喷洒高度距离地面约0.7-0.8m，花卉高度约为0.3-0.4m，喷幅同样为8m，由一人在施药带中间前进，两侧喷洒。

在最西侧设置未施药带，作为对比参照。

图11 试验记录

在施药后，将会持续对蜜蜂的活性进行16天的观察，记录在不同施药区和飘移区的蜜蜂活性。

这个试验将为期三年，所得的试验结果会被用于农业无人机喷洒最佳实践的建议。

五、最佳实践的探索

农业无人机的最佳实践，是一个全方位从“人、机、技、剂”建立全流程、全周期的实践探索。在此过程中，涉及人员培训、农业无人机产品安全性和可靠性升级、无人机技术的升级、农业种植技术的配合升级，以及所用农药药剂的改良和使用规范。

（一）人员培训
1.专业的农业无人机操作员

无人机在作业时可能存在对环境的土壤污染、空气污染、水体污染等问题，这也往往是操作员忽略的问题，但这些污染只要规范操作则可以完全避免。比如，操作员不要在风速超过3级的环境中作业，不要把清洗药壶的水倾倒在自然水源里等。这时候对操作员的要求就不再仅限于会飞农业无人机，而是经过培训，成为专业的农业无人机操作员。

专业的农业无人机操作员是指既具备无人机操作技能，又具备专业植保药剂知识技能的人。农业无人机操作员接受厂商系统培训，持证上岗，对农业、航空相关的法规及标准要求非常熟悉，掌握农药科学安全使用知识，按照科学安全用药操作规划进行配药与作业，避免雾滴飘逸对周围非靶标作物、授粉昆虫及生态环境产生影响。

关于农业无人机操作员的官方要求，最典型的做法来自于菲律宾。2021年3 月 18 日，菲律宾 TESDA（Technical Education Skills Development Authority，菲律宾技术教育技能发展司，负责菲律宾专司职业技术教育的国家机构。）发布了《II级农用无人机操作能力标准》（CS），宣布正式将大疆慧飞 UTC 课程纳入国家技能培训项目，这意味着大疆慧飞课程成为首个菲律宾官方认证的农业无人机培训课程。

图12 菲律宾技术教育技能发展司

菲律宾的TESDA的资格认证机构、资质标准办公室 QSO (Qualification Standard office) 和 DJI 慧飞学院启动了农业无人机课程合作项目，将为农业无人机从业人员提供全方面的植保机操作、飞防药剂、作物知识、植保队作业流程等农业植保理论知识和实操飞行课程，旨在帮助当地培养优秀的农业无人机飞手，以促进菲律宾农业，林业和渔业的发展。

（二）新技术发展
1.离心喷嘴

在雾化技术方面，采用电机控制的离心雾化喷头具有雾滴粒径谱分布窄，雾化幅宽大的特点，相对于液力雾化喷头的效果有明显的优势，目前已进入商用阶段。国外学者在喷头技术上也已经开展多年的研究，从通用喷头、静电喷头、抗飘移喷头、逐步转向精准变量喷头。MEMS系统技术将控制、执行机构进一步小型化，精细化调解喷洒雾滴谱进行抗飘移和精准变量施药已经成为新的研究趋势。农业无人机除了使用传统的压力喷嘴，也开始使用离心喷嘴，离心喷嘴的特点有：（1）雾滴可控，可以通过调节旋转速度，有效地控制雾滴直径。（2）大流道结构不会产生堵塞现象，所以非常适合应用于可溶性粉剂和悬浮剂的喷洒作业。

2. RTK导航施药技术

农业无人飞机配备RTK，实现厘米级定位。在施药作业之前，作业人员通过手持遥控器/飞行器测点/航测的方式精确测量确定施药作业区域的边界点，形成一个施药区域图；根据施药区域图规划出施药作业的航线图，无人机将精确按照规定路线自动施药，有效避免重喷和漏喷。

3. 无人机AI精准变量作业

无人机使用AI 处方图作业，精确识别农田边界、作物密度与生长趋势，通过精准变量控制，有效减少农药和化肥的使用，更加环保。农田往往存在作物的分布、长势不一的情况，全覆盖的喷洒虽然可实现大规模高效作业，但毫无疑问会造成浪费农药和环境污染的后果。

AI精准变量作业，可在精准判断后再进行作业，减少农药的浪费和环境污染。这种技术已经被广泛用于不同的农作物上，以下介绍几个不同的案例：

1）精准喷洒除草

通过使用多光谱监测播种前后的田块，用NDVI植被指数分离出杂草的发生位置，生成精准喷洒的处方图，给到农业无人机进行喷施，从而实现精准除草。

图14 杂草NDVI图

图15 精准点喷处方图和航线图

使用农业无人机精准除草来解决除草剂使用成本高以及农药滥用造成的生态污染等一系列问题将会更多地被运用于全球各地。实现减药增效的同时，推进全球农业生态绿色可持续发展。

图16 精准点喷作业画面
2）变量喷洒营养液

以棉花为例，在棉花生长期，为了控制棉花高度，提高机械化收获率和产量，需要喷洒缩节胺。而针对弱苗，则需要喷洒营养液促进生长。在传统方式中，在大面积棉田里，棉农只能依靠人工采样方式来判断棉花的生长情况，从而决定是喷洒营养液还是缩节胺。但在实际中，由于土地肥力差异，棉田中不同区域棉花的长势并不统一，有些地方棉花需要促进生长，有些地方棉花则需要控制生长。大面积棉田采用统一标准喷洒，并非最佳方式。特别是土地肥力差异较大的棉田。

因此，首先使用多光谱无人机进行棉田的监测，生成处方图，再进行营养液变量喷洒作业，可以解决长势不一的问题。

3）精准喷洒油棕树心

油棕病虫害多发生在树心部位，幼龄油棕受椰子犀角金龟（别名犀牛甲虫）等害虫侵害树心后，会导致叶子受损、叶柄孔洞和长矛断裂或折断，从而导致树木变形和干枯，最终导致幼年油棕树过早死亡。

大疆农业无人机为油棕虫治管理提供定制化服务“油棕模式”，采用 T16 油棕专用的喷嘴布局系统，搭配DJI Terra果树模式AI识别即可精准判断树心位置，定点喷洒树心，最终达到最优的防虫效果的同时，还能省水省药。

（三）药剂和飞防助剂

农药剂型是影响农药实际使用效果非常重要的因素，会改善雾滴雾化过程、减少雾滴飘失、提升农药雾滴在靶标作物表面的滞留量等。无人机施药专用商品化农药制剂迄今尚在研发阶段，适用于无人机低空低量农药喷洒的制剂会提升农药分布均匀度，降低雾滴飘失潜力。

研发推广适合农业无人机的专用药剂和助剂已经成为农业无人机低容量施药技术的关键。大型药企如科迪华、先正达、拜耳等，均在积极研发与农业无人机喷洒相匹配的飞防助剂。在药剂配方设计和加工时考虑无人飞机植保作业的特点，无人飞机低容量喷洒雾滴飘移风险大，需要研究强沉降性、耐挥发性、抗飘移性的农药制剂。

（四）技术标准的建立

农业无人机的安全作业，还涉及人员的安全操作、生态环境以及农作物安全等多方面，需要企业共同建立行业标准规范。

环境安全性方面的评价是对农业无人机安全使用、环境保护、政府管理的主要与关键内容。农业无人机的标准严重落后于产品的研发，能为不同天气和地面条件下无人机作业合理施药参数的确定提供可靠的指导以及环评的技术标准准则亟待制定，需加快研究制定航空植保作业质量、防治效果评价和环境风险评估标准规范，促进农业无人机产业的高质量、高效益和安全可控、健康发展。

随着农业无人机在全球范围内的逐步普及，农业无人机行业标准与规范的制定成为推动行业发展的关键因素。目前，大疆是全国农机标委会植保和清洗机械分技术委员会（SAC/TC201/SC1）参与单位，与中国农机院、中国农业大学紧密合作共同制定植保无人飞机国家标准，已完成国标的初稿，项目计划于2022年底完成国标制定工作。在国际标准工作方面，隶属于国际标准化组织（ISO）的农林拖拉机和机械标准化技术委员会( ISO/TC23 )，专业从事拖拉机、植物保护设备、农业电子等领域的标准研究，其下成立无人机喷洒系统工作组（WG25），大疆目前正在深度参与农业无人机ISO-23117国际标准的制定工作。

（五）在作业季开始前完成合规

如前文所述，农业无人机的受到多个管理部门的管理。农业无人机的使用受到农作物生长周期的影响，我们一般将农业无人机进行播撒、喷洒的周期称为“农业作业季”。为了确保作业季来临时用户能够合规使用农业无人机，应当在作业季开始前完成相应的合规工作。根据现行的法律，有些合规内容不是用户可以轻松完成的，生产厂商可以提前协助用户进行合规。

1. 德国JKI合规

德国JKI作为知名的农具认证机构，对喷嘴的测试非常专业。在德国，农业无人机需要通过JKI的认证后，才能在特殊的地块喷洒农药。比如2021-2022年，JKI对DJI T30进行了山地葡萄园作业的测试和认证，并在作业季开始前完成了这项批准。