中国实验室2︱张瑞瑞：中国农用无人机将有爆发式发展

【编者按】

中国是农业大国，农业航空技术是农业现代化的一个重要标志。美国使用农业航空技术的土地，占整个土地面积的50%左右。而中国目前仅占到2.6%。

在农用无人机的应用中，主要有植保无人机、农业遥感无人机和农田测绘无人机，而中国使用最多的是植保无人机。中国植保无人机的发展应用或许可以参考邻国日本。上世纪50年代，经济高速发展的日本，大量人口从农村转移到城市，农村土地病虫害严重。日本采用有人机进行航空施药，但有人机在航空施药过程中，飞行高度较高，雾滴漂移严重，造成了大量的次生灾害，污染了环境。在这种情况下，日本开始了植保无人机的研发。

如今中国处在相似的历史路口。中国提出到2020年实现农药零增长的目标。而无人机应用在农业上，不仅延展了人的双手，节省了劳动力，带来了作业效率的提升，同时低容量施药和智能化的操作方式也将有利于环境污染的减轻。关于农用无人机在中国的应用现状，澎湃新闻（www.thepaper.cn）采访了国家农业智能装备工程技术研究中心农业航空部主任张瑞瑞博士。

中国农业植保的现状

澎湃新闻：中国地缘很广、地形复杂，农业植保的现状如何？

张瑞瑞：我们国家农业植保的现状可以从两个方面来考虑。

一是施药的器械和方式。中国经过多年的发展，整个植保来讲，农业机械化得到一些大面积的推广。但是应该说一半以上的土地，还是通过人工的、背负式的喷雾器的方式，进行地面喷雾；在新疆兵团、黑龙江农垦地区这样大规模的土地上，则主要采用先进的、大型的喷药器械。

二是农药的使用量。与国外相比，我国农药的使用量偏大。尤其跟欧美国家相比，我们整体的使用药、单亩的施药量都是偏多的。

这两点应该说是我们目前农业植保需要解决的问题。因为使用方式直接影响到农业的生产效率，农药的用量直接影响到农产品的品质。

澎湃新闻：我国农药使用量偏大的原因是什么？

张瑞瑞：我考虑可能有两方面的因素。

一是中国是小农经济发展过来的，讲究精耕细作，农民对土地比较重视，对亩产量要求比较高。一旦发生哪怕是一亩地里有几个虫子，农民都会大量地使用农药。他害怕土地因为农药的使用不及时，造成农业产量的降低，影响到自己的收入。

二是环境恶化，对整个病虫害的发生有很严重的影响。这也是非常重要的一个原因，造成我们农药使用量比国外大。

澎湃新闻：植保作业的同时会带来农药残留的隐患，现在有办法缓解这个问题吗？

张瑞瑞：降低农药残留一直以来是国家非常重视的一个方向。国家不管是科研立项，还是政策方面，都下了非常大的力度来进行技术上的攻克。我们国家现在提出了到2020年实现“农药的零增长”的政策。

目前，我们采用一些新的施药方式，比如无人机施药技术或航空施药技术，来降低整个的农药使用。另外我们科研机构和各个高校也在采取一些新的病虫害防治的方式。特别是像近几年兴起的，我们采用释放有害昆虫的天敌的方式，来进行防治。另外我们现在研究出一种基于信息素引诱的方式，造成有害昆虫的生理或者发育的紊乱，从而达到降低虫害的目的。

目前来讲主要是通过这两种方式，一个是新的施药设备，提高单位农药的利用量，一个是采用新的防治手段，尽可能减少化学农药的使用。

农用无人机的诞生

澎湃新闻：无人机是怎样被应用到农业上的？

张瑞瑞：最早可以追溯到日本上个世纪的50年代。它当时的经济发展类似于我们今天中国的现状，经济高速发展，大量的人口从农村到了城市里面。缺少农村劳动力，土地病虫害的防治非常严重。这时候日本政府采用了大量的有人飞机、有人直升机进行航空施药，解决病虫害防治的问题。

但是有人飞机在航空施药的过程中，雾滴的漂移非常严重，造成了大量的次生灾害的产生，也污染了环境。在这个条件下，到了1983年，日本的农林水产省就提出来说采用无人机和有人机结合的方式，进行航空施药。他们委托当时的雅马哈公司，进行农业无人机的研发。到了1993年，雅马哈研制成功了第一台真正工业级的、农业植保的无人机设备。无人机逐渐地在农业上有了新的应用。

无人机跟有人机相比，从字面来讲，它是无人驾驶的一个设备。跟有人机最大的区别，是自主化的（飞行作业方式），比如，它可以实现一些田间的自主避障，有利于飞行安全。另外无人化能够节省劳动力。像无人植保机，它就是一个无人机设备加一个喷药器械，然后进行植保（作业）。

除了无人化和自主化两个智能性之外，无人机还有两方面比较突出。一个它是轻量型的，轻量型就决定了它可以在一些小田块，一些地形比较复杂的地方进行施药。另一个它飞行的高度比有人机高度要低。有人机施药的飞行高度大概在5-7米，而无人机现在能够控制到1-2米。因为它的飞行高度低了，农药的漂移就小了，所以对环境的污染也小了，产生次生灾害的可能性也降低了。

澎湃新闻：中国引入植保无人机大概是在什么时候？

张瑞瑞：我们国家植保无人机的使用，应该能追溯到2010年左右。随着中国军用无人机技术的成熟，大量的一些原来给军方提供无人机技术的公司，想将自己的技术民用。

2010年，江苏有一家公司，它研制了我们国家第一台专门的农用无人机。

澎湃新闻：当时有哪些条件推动我们去应用这样一项新的技术？

张瑞瑞：当然它有一个需求的背景。一方面因为时代背景，现在劳动力大量地转移到城镇里来，农村劳动力缺少。另一个方面，喷药时经常发生施药人农药中毒的现象，危及人身健康和安全。

我们在对植物进行病虫害防治的时候，大部分时间在夏天。夏天的温度比较高，人在进行农药喷施的时候，很容易吸入大量的农药，从而人身健康造成伤害。另外，特别是在南方，施药环境应该说是比较恶劣的，尤其是在水田进行农药施药，人还要背负着很重的喷雾器，人是比较劳累的。在劳累的状态下，免疫力下降，吸入农药，更易中毒。另外在果园里，因为果园是一个封闭的环境，空气流通性比较差，在进行喷雾的时候，周围的空气中弥漫着各种农药，所以他很容易吸入农药。

澎湃新闻：现在无人机可以应用到像果园这种相对密闭的空间吗？

张瑞瑞：是的。现在应该说无人机在中国的施药有几个较好的应用。一个就是果园的施药。原来我们在果园施药，果园的果树长得比较高，而病虫害尤其是害虫，它的发病最早是从植物的梢部，就是枝子开始的。我们经常见到在果园喷药，用一个很高的竿儿，支着喷头进行喷药。但是有了无人机之后，无人机可以直接在上部喷药。

另外就是在南方的水田。我国的稻米需求量是比较大的，在全球来看，中国也是稻米的主产区。大型的施药器械很难进入水田，用无人机进行水稻上的病虫害防治，也是一个非常好的手段。

还有在南方一些丘陵地区，因为它是梯田，地形非常不规则，地形起伏也比较大，大型的施药器械很难进入。而无人机对地形要求不是很高，所以它在这种地方也得到了大面积的使用。

另外，近几年在新疆地区，无人机施药也得到了应用。不过它不是进行病虫害防治，而是给棉花喷脱叶剂，进行脱叶。新疆的棉花种植面积比较大，机采棉时，棉花有大量的叶子，必须先用喷施脱叶剂让叶子落掉。进行无人机喷洒，把整个的叶子脱掉，然后再用采棉机采棉，采棉效率和质量得到提升。

无人机对现代农业的意义

澎湃新闻：相对于传统农业，使用植保无人机在现代农业的发展优势上主要体现在哪些方面？

张瑞瑞：我们经常讲，农业航空技术是农业现代化的一个重要标志。

美国是现在全球农业现代化做得比较好的。它通过飞机施药处理的土地，占整个农业土地的50%左右。而我国现在仅仅占到2.6%。如果参照美国模式，农业航空施药的发展，应该是农业现代化的一个重要趋势。

另一方面，无人机技术也是人工智能技术的一个非常好的应用。近几年人工智能一些先进的技术不断地发展，在农业上不断应用。这也是农业现代化的一个重要标志。

从作业效率来讲，无人机的作业效率比传统的人工以及地面施药器械，都要高很多。无人机进行田间喷药，飞行速度大概在一秒钟3到5米。每小时能够作业40到60亩，如果我们按10小时连续不断作业，一天的作业面积可能400亩到600亩。应该说它的作业效率是非常高的。

另外，现在我们还发展出一种多机协同的作业方式，就是一个人可以同时操控多架无人机进行作业。所以它的作业效率相比传统的方式，是大大地提升了。据统计，作业效率是人工的30倍左右。

另外对环境污染来讲，无人机是一个低容量的施药方式，代表它的施药量是非常低的，符合我国“农药的零增长”和降低农药使用量的整体趋势。

中国农用无人机的推行现状和困难

澎湃新闻：关于植保无人机的应用，像东北土地广袤，可能适合植保无人机作业。但是在比如江浙一带，土地面积小、地形复杂，农民可能觉得没有必要花大成本去配备一台植保无人机。推广使用上会不会有一些问题？

张瑞瑞：其实情况可能恰恰跟你说的是相反的。在东北地区，或者西北也就是新疆地区，农田都是非常广袤的，而它恰恰并不适合无人机施药。那里有非常成熟的有人固定翼飞机，它更适合大面积的使用，而无人机更适合在南方的水田、小地块作业。

南方小地形，地形比较复杂，有人机去飞行作业，可能飞行员的安全是无法保障的，所以更适合无人机作业。

未来一定不是说是无人机代替有人机，或者是有人机完全替代无人机。应该是无人机、有人机并行发展，或者并存、互为补充的一个阶段。

当然成本是一个非常重要的考虑因素。我觉得随着技术的不断完善，成本会逐渐地下降，特别是无人机。以多旋翼无人机为例，它在2011、2012年诞生。刚刚应用在农业上，进行农业植保的时候，多旋翼无人机的成本大概在20万元左右，有的卖到25万元左右。而今天我们可以看到，我国几个非常大的做多旋翼无人机的公司，成本已经控制到5万，甚至4万，成本的下降非常明显。一方面市场上来了，另一方面整体技术成熟了，所以成本必然会下降。

但是我还要补充一个，像无人机这种器械，其实不只无人机，我们国家大型的农机很少，现在不是每一个农户都有一台，而是形成合作社。国家鼓励农民成立农民合作社，大家共有一个设备。通过这样的方式，成本会降低一些。

澎湃新闻：从我国第一台农用无人机的引进到现在，无人机的推广情况如何？

张瑞瑞：应该说经过七八年的发展，无人机的推广是在质疑和曲折中前进的，技术也在逐渐地完善。

质疑声主要来自于几个方面。

一是当各种无人机出现，有很多技术还不是特别成熟的商家，为了利益，将产品也投入到植保服务当中进行市场推广，从而造成市场混乱。有很多的无人机到了田间，不是帮农民提高效率，而是与地面的人工施药相比，质量更糟糕了。甚至在很多地方，出现了大量的因为无人机防治和喷药，造成农民土地减产、病虫害多发的情况。

另外一方面的质疑，就是关于无人机设备，现在国家缺少相应的标准。每个厂家、每个企业各自为战，造成了产品型号、施药规范、施药方式都不尽相同，从而影响了客户，主要是农民的选择和使用。

第三个方面无人机的飞行对整个的空域安全可能造成了一定的影响。近几年我们可以经常听到，很多无人机在机场附近，或在一些敏感的区域进行飞行，影响了公共安全。但是这些无人机大部分是来源于航拍的无人机，或者是一些娱乐爱好者的无人机。进行植保作业的无人机，大部分飞行的区域是在农田的上空，飞行高度都是在不超过作物5米以上的区域。

在这些质疑下，国家农业智能装备工程技术研究中心联合很多高校，不断地向国家提建议，制定农用无人机的器械规范、作业方式流程的规范，以及作业质量检测的规范，从而让市场更加有序。

有人预测无人机在2018年到2020年是一个暴涨期。我们也希望看到，在那段时间农业无人机能够有一个更好的发展。

澎湃新闻：为什么2018年到2020年可能会是暴涨期？

张瑞瑞：因为现在无人机施药的话，日本最成熟。参照日本，日本大概是经过十年之后技术比较成熟，我们通过这个来预测。

但我觉得我们国家可能更快。因为我们的市场更大，农田面积比它大，所以说可能会更快地进入一个暴涨期。但是以目前来讲，大部分人都预测是2018年到2020年。

农用无人机未来的畅想

澎湃新闻：我国植保无人机在世界上处在什么样的水平？

张瑞瑞：其他发达国家，军用无人机或工业无人机发展比较早，中国和它们相比，在技术上有一定差距。但是如果说到无人机的产业或者是通用型的无人机、民用型的无人机，我们国家现在已经领先了。

如果谈到植保无人机的发展，世界上除了日本之外，中国应该说是唯一的一个将植保无人机大规模应用的国家。

澎湃新闻：对于农用无人机未来的应用，还有哪些可能性？

张瑞瑞：植保无人机未来会变得越来越自动化。现在无人机在田间施药，其实是在一个超低空复杂环境下施药，可能威胁到人身的安全，因为田间经常有人。另外田间的环境，树、电线、地形的高低起伏，都会对无人机的飞行造成影响。以后的无人机发展一定会越来越智能，人工自动避障技术、自动的导引技术都会运用到无人机飞行上，从而让无人机的飞行更加安全、作业质量更好、自主性更强。

第二，随着大数据或者云平台技术的发展，无人机的监管也会越来越透明和严格，飞行轨迹会越来越透明。

另外飞行数据的积累有利于我们在农业上进行数据分析。因为常年在同一个区域进行施药量的累积计算，我们就可以知道，同一块土地，在近几年农药的投入量有多大，进而可以将这些数据，与土壤的恶化程度、周边环境的恶化程度结合起来做一些有效的评估。

我们采用无人机这样一种智能的施药技术，大幅降低农药的施用量，一定程度上可以促进人与环境的和谐相处，也有利于生物多样性。