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1、农业植保无人机资料1.国内农植现状 植物保护涉及我国粮食安全、食品安全、生态安全和农业丰产、农民丰收，在我国农业生产中起着举足轻重的作用。我国能以不到世界10的耕地，解决了世界22人口的粮食问题，机械化防治发挥了极其重要的作用。2010年，全国农作物病虫害发生48亿次，防治55亿次，为国家挽回9460万吨粮食，棉花损失165万吨，油料损失336万吨。为国家粮食安全和农业生产稳定发展做出巨大贡献。虽然高效机械化防治技术得到了较快发展，但是，对于占全国粮食种植面积60%以上的水田、玉米等高秆作物，由于其特殊种植模式和作物特性，使得地面机具无法下田。长期以来，水田和高秆作物的病虫害防治只能依赖手动喷
2、雾器和背负式喷雾机进行，在全球气候变暖的今天，突发性大面积病虫害频繁爆发，现有植保机具早已无法满足防治需求，每年给国家造成巨大的粮食损失。装备落后、作业效率低，致使农药喷洒成为我国粮生产过程中劳动强度最高、作业次数最多，劳动力消耗量最大的环节，随着我国城镇化步伐加快，大量的农村劳动力转移到城市，同时伴随人口老龄化问题，农业劳动力的日益短缺、劳动力成本不断攀升，农作物病虫害防治已成为目前制约我国主要粮食生产的主要瓶颈。 由于我国土地资源不足，东北平原、西北、华北平原大规模土地资源仅占耕地面积30%左右，而占总种植面积60%以上的小规模种植模式，大型地面施药机具难以适应其病虫害防治要求。由于需要专
3、用的农业航空专用机场和跑道，在丘陵山区、家庭式的种植模式下难以发挥固定翼飞机施药的优势。因此开展农用轻型无人机施药技术装备与服务体系研究具有十分重要的意义：1.1符合纲要所确定的重点领域 本项目研究内容符合国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）重点支持方向；符合“全国新增千亿斤粮食生产能力规划”和“粮食丰产工程”的要求；符合中央一号文件“加快推进农业机械化”的要求；符合农业部“关于推进农作物病虫害专业化防治的意见”精神；符合我国现代农业发展的需求。 无人机施药技术装备与服务体系研究是纲要农业领域重点发展方向。符合多功能农业装备与设施优先主题中定位变量作业智能机械；符合环保型肥料
4、、农药创制和生态农业优先主题中高效安全的有害生物综合防治技术；符合农业精准作业与信息化优先主题中精准作业和管理技术系统。贯彻落实中央一号文件关于农业机械化与现代化的精神，把保障国家粮食安全作为首要任务，把提高土地产出率、资源利用率、劳动生产率作为主要目标，把农机农艺结合作为基本要求，促进水田、玉米等高秆作物机械化防治水平，构建精准、优质、高效、生态、安全的无人机施药技术服务体系。1.2是突发性大面积病虫害防控的有力手段 随着全球气候变化，突发性大面积的病虫害发生频繁，严重危害了我国粮食安全和农业生产稳定发展。据国家农业部2010年统计，全国农作物病虫害发生48亿次，年损失粮食多达2157万吨。
5、2012年突发大面积的玉米黏虫，缺乏专用高效的施药技术装备致使防治不利，仅这次玉米黏虫发生面积近5000万亩，占全国玉米播种面积的9.72%，其中严重发生面积650万亩，占到全国播种面积的1.26%，这类突发性大面积的病虫害已经严重国家粮食安全，破坏农业可持续发展。 无人机施药作业效率高，较常规机具可提高100150倍，而作业成本58元/亩，仅为常规作业的1/21/3。高效、低成本的无人机施药技术为解决了突发性大面积病虫害防控难题提供了全新的技术与装备。1.3是我国土地经营模式的必然选择 我国规模化的土地资源不足，仅占耕地面积30%左右，主要集中在北方东北平原、西北、华北平原。而在南方，有着占
6、总种植面积60%以上的小规模种植土地，土地地貌复杂，民房耕地交织，经营模式以一家一户的联产承包责任制为主，土地的分散经营、小块经营，使得耕地规模小、田块分散、作物品种布局不一，作物长势不一，包括固定翼飞机在内的大型施药机具难以适应其病虫害防治要求，在很大程度上限制了农业机械化实施。无人机施药技术装备无需专用机场和跑道，灵活轻便、环境适应性强、不受作物长势和作业田块条件的限制，在应对小区域种植作物的病虫害防治中有着巨大优势。发展无人机施药技术装备，是解决制约我国南方分散经营模式下，病虫害机械化防治的瓶颈问题，是我国土地经营模式下的必然选择。2、需求分析当前，国际经济形势复杂严峻，全球气候变化影响
7、加深，我国农作物病虫害防治压力加大，农业发展面临的风险和不确定性明显上升。加快精准高效病虫害防治技术与装备研发，确保农业生产稳定的任务更加艰巨。开展高效低污染安全的无人机施药技术装备与服务体系的研究，突破我国水田、玉米等高秆作物机械化瓶颈，以服务于现代农业发展，对突发性大面积病虫灾害控制，缓解农村劳动力短缺，促进病虫害专业化防治，提升施药装备市场竞争力，实现农业生态环境可持续发展的国家战略需求。2.1农业劳动力短缺的必然需求 常规的背负作业方式劳动强度大，作业质量差，易发生中毒事故。随着我国城镇化步伐加快，大量的农村劳动力转移到城市，同时伴随人口老龄化问题，导致农业劳动力的日益短缺、劳动力成本
8、不断攀升。据调查，96%的农民认为施药作业是最繁重的田间劳动。因此，迫切需求开展新型高效无人机施药技术装备替代手动和背负式药械，缓解农村劳动力短缺。而且随着我国农业现代化的步伐不断往前推进，要求用现代的物质装备来改造农业，普遍实现了机械化和自动化以及信息化，科技在农业进步中的作用越来越凸显，推动农业由粗放型向集约型转变。 无人机施药技术与装备作业效率高，劳动力投入少，符合现代农业发展要求。高效的新型航空施药技术与装备的应用，恰恰体现了现代农业的要求，真正做到劳动力投入少，解决当前农业生产面临的困境。施药作业智能化、精量化、高效化，对促进传统农业向现代农业的转型有着积极意义。2.2病虫害专业化防
9、治的必然需求 现代农业的转型已进入新的发展阶段，正在从千家万户的小农经济向区域化种植作业转变，急需发展防治农作物病虫害的专业化施药队伍，如各地出现的“机防队”和“施药专业户”等。但施药专业户的施药设备多为人力携带的背负喷雾机具，单台施药设备一天防治面积在120亩（视操作人员、地块和作物种类而定），机具品种单一、工作效率低，不能满足不同作物、不同规模的病虫草害防治快速防治的需求，与现代农业的需求不符。农无人机施药技术是以航空、信息、生物和农业装备为支撑点的现代农业技术系统，具有作业效率高，突击能力强，机动性好，适应性强等优点。满足专业化防治对精准、高效施药技术与装备迫切需求，适于消灭暴发性病虫害
10、，符合“统防统治”理念，对加速手动药械和小型机动药械的更新换代，促进政策、法规和相关标准的研究、制定，提升机动施药装备的技术水平具有重大意义。是实现我国粮食安全、食品安全、环境安全的重大科技选择，也是我国从传统农业向现代农业转型升级的重要标志。2.3施药装备市场竞争力的需求 目前我国农业科技和物质装备水平还不高，农业科技研发和创新能力不强，技术集成度不高，“十五”期间科技进步对农业的贡献率只有48%，大大低于发达国家7080%的平均水平。目前，与国外发达国家相比，我国植保机械产业的研究基础比较薄弱，植保机械行业240余家生产企业中，多数企业规模小，技术力量缺乏，产品技术含量较低,缺乏核心竞争力
11、，制约了我国植保机械产业的发展。新型无人机施药技术装备，是在传统植保装备的基础上，集成了超低空低量施药技术、施药装备平台技术、现代航空技术、GPS导航技术、数字信息技术以及现代自动控制技术的高技术产品。对于加大科技进步对农业的贡献，提高我国植保机械领域的自主创新能力，增强产品核心竞争力和农业抗风险能力具有积极的促进作用。2.4农业可持续发展的必然需求 我国的农药生产已取得长足发展，但因施药技术和施药设备落后，各地仍沿用粗放的施药方式，大雾滴大容量喷淋式喷雾等落后的施药技术和设备盛行，农药有效利用率有的不足30%，每年喷洒出去农药制剂有70%80%流失到环境中，不仅浪费大量资源，还造成环境污染，
12、导致施药人员中毒和农产品农药残留超标等问题。无人机施药采用低容量喷雾技术替代粗放的大容量喷雾技术，采用高精度GPS的农用无人机的自动导航技术，实现航空喷雾作业喷幅的精确对接，极大地提高了我国航空植保作业的质量，可把农药有效利用率提高到35%以上；通过本项目的实施，实现农药的减量、精确、高效、合理的使用，降低农业生态环境污染，提高农产品品质，符合“建立资源节约型和环境友好型社会，发展循环经济，高效利用资源，保护生态环境”的政策，也符合“减量化、再利用、再循环”的循环经济实际操作原则，是建立资源节约型和环境友好型可持续农业的技术支撑。3.项目实施产生的重大经济、社会效益3.1.经济效益分析 首先，
13、农业航空施药的效率是常规施药机具的100倍，作业效率按500亩/天，而且航空施药采用低空低量施药技术，可节约农药20%，每年可产生较大的收益；采用高效航空施药，节约了用水、人工成本；较传统病虫害防治，采用了新技术，提高了防治效果，使得农产品产量、质量提高。而高效的农业航空施药可以及时防控突发性大面积病虫害，提高病虫害防治效果，为国家挽回巨大的粮食损失，产生巨大的经济效益。3.2社会效益分析 农作物病虫害防治是劳动强度最大的田间管理项目。随着我国人口老龄化，农业劳动力日益短缺、劳动力成本不断攀升与我国现代农业发展的矛盾将越来越激化。高效的航空施药可以缓解农业施药作业劳动力短缺与农业发展之间的矛盾
14、。探索规模化、社会化无人机航空病虫害防治的区域经营模式，以及植保、农机等多部门联合的无人机航空病虫害防治技术与装备推广机制，最终提出包括技术推广、技术指导、规模化应用的无人机航空施药装备推广使用体系，构建完善的新型服务体系，加速我国农业向现代化转型。 随着航空施药技术的发展，将带动新型药剂产业和航空施药装备产业的发展，这新型产业符合国家战略发展需求，具有广阔的市场前景，为国家创造大量的就业岗位，带来巨大的社会效益。二、项目目标及主要任务1.战略目标 本项目根据国家对经济和社会发展规划中对主要农作物病虫害专业化统防统治，加快推进农业机械化需求，围绕粮食生产中对高效施药机械产品的重大需求，针对我国
15、目前施药技术落后、农药有效利用率低、施药效率低、劳动量消耗巨大、高效施药机械缺乏等关键问题，开展农业轻型无人机施药技术装备与服务体系研究，突破高效低污染安全航空施药技术、高效稳定的施药搭载平台技术、施药作业过程自动控制技术、精准施药技术等核心技术，切实提高农药的有效利用率、减少农药使用量，解放劳动力，降低农业生态环境污染，实现施药的精量化、机械化、自动化和安全化。通过项目实施，全面提升我国植保技术与装备，特别是航空施药装备的自主创新能力和国际竞争力，为我国资源节约型、环境友好型的可持续农业的建设提供必要的技术支撑和保障。2.具体任务指标（1）突破无人驾驶轻型农用直升机平台技术；（2）完成无人驾
16、驶轻型农用直升机平台与施药装备；（3）完成无人驾驶轻型农用直升机平台，无人机控制系统的高度与速度误差小于5%，具备自动驾驶与傻瓜式操控功能；（4）完成航空施药新型制剂研发；3.项目研究开发的重点3.1航空施药安全性评估 农业航空作业相对地面机具作业而言有着更复杂的农药沉积与飘移规律，从标靶上飘移的农药，不能真正发挥防治病虫草害的作用，反而会导致浪费农药、降低防治效果，增加防治次数、相邻地块的敏感作物受损、过量喷药、农药残留超标、空气和水源污染等一系列后果，对人类、动物和植物产生不良的影响。为降低农药漂移，针对不同的无人机平台，研究机身下方药液雾滴在气流场中的运动情况，分析环境因素（温度、风速、风向等）、施药量、作业速度等因子与药液飘移距离、飘移量
