对中国而言，粮食安全是保障经济安全、国家安全的基础。在作物生长过程中，防治病虫害是保证作物良好生长、促进粮食增产增收的关键手段，直接影响粮食食品安全。目前，我国受农药污染的耕地面积高达 1 300 万 ～ 1 600 万 hm2。在植保领域加快推进施药装备的机械化水平与提高施药技术，加强对病虫害的防治能力，是保障粮食安全、促进农业稳定增产的必然要求。
精准施药技术是降低农药残留的有效手段。地面喷雾机具可以精准地控制农药喷施量，但对于水稻、油菜、甘蔗、玉米等作物，地面喷雾机具进地作业困难，所以针对以上作物的病虫草害防治依然是影响我国农作物生产的不可忽视的难题。农用植保无人机就是利用无人机搭载喷药装置，并通过控制系统和传感器进行操控，从而对作物进行定量精准喷药，克服了人工作业效率低、地面喷雾机具进地作业的难题。随着无人机技术的不断发展，植保无人机已成为防治病虫害的主要手段，其发展前景受到农业植保领域的高度重视。
农用植保无人机的特点
喷洒效果好。植保无人机施药方式为低空、超低空作业，机具利用精确的导航系统调节与农作物的距离，通过雾化器改善雾滴的雾化均匀性，使喷出的药液均匀地附着在作物的表面，有效减少重喷和漏喷的现象。
无人驾驶。无人机的作业过程直接由飞控人员通过远距离遥控实现，不需要专业飞行员操作，既降低了作业成本，又避免了人员与农药的直接接触，有效减少了农药带给施药人员的化学成分的伤害。
喷雾效率高。以我国天鹰 － 3 小型农用无人直升机为例，作业效率 7 ～ 10hm2/ h，是普通喷洒机械的3 ～ 4 倍，是传统人工喷药的 60 倍以上。无人机施药能够在大规模病虫草害突发情况下迅速并有效开展防治工作，最大程度降低病虫害造成的损失。
适用性好。植保无人机可垂直起降，不受地形的限制，可解决地面机具难以进入山地、水田、沼泽等地作业的难题。同时，不受作物长势的限制，对于山地、水田、沼泽都可以利用无人机来进行病虫害防治，均具有良好的适应性。
省药、省水、减少污染。无人机施药提高药物利用率，有效降低农药残留、土壤污染和水源短缺等问题。
操控人员安全系数高。操控飞机飞行的人员通过无线远距离控制系统，实时发出指令对无人机的动作进行控制，同时通过安装在植保无人机的自主导航装置实现无人机的自动施药过程。
作物损伤小。不会像大型地面施药器械碾压作物致其损伤，不破坏土壤物理结构，不影响作物后期生长。
农用植保无人机应用现状
从世界范围来看，美国、日本的植保无人机技术较发达，处于世界领先水平。除此之外，还有澳大利亚、加拿大、俄罗斯、巴西、韩国等国家。这些国家无论是在机械设备，药剂及智能化设备的研发上，还是在先进的植保技术方面，都给我国提供了大量的可借鉴经验。日本是无人机飞防最成熟的国家，从 20 世纪 90年代起，日本在大田作物、果树和蔬菜的病虫害防治上开始应用无人直升机，且小型地面喷雾机具和单旋翼植保无人机的使用度较高。
早在20世纪50年代后期，我国就开始对无人机进行了研究; 从60年代中后期开始，逐渐展开了对无人机的研制工作。前期在国家投入研制经费的情况下，首先在军事领域进行了无人机的研究，在取得了一定技术成果的基础上，无人机的研究开始涉足农业领域。虽然我国的农用无人机技术起步较晚，但随着科技力量的不断投入，近年来我国农用植保无人机的研究也步入了新的发展阶段，机型越来越多，应用范围越来越广，技术研究越来越深入，推广速度也越来越快。目前国内无人机企业已近400家，从事植保无人机研发与生产的企业也越来越多并呈快速增长趋势，主要以单旋翼无人机和多旋翼无人机为主。
农用植保无人机研究趋势
成熟稳定安全的移动端操作平台。随着植保无人机技术的不断开拓和发展，已经走入了智能化的时代，植保无人机企业将产品与移动端结合的智 能 化 操 控 模 式 显 得 尤 为 重 要。通 过 手 机APP操作平台来操控植保无人机，可实现上升悬停、航线规划、自主飞行、GPS跟随及虚拟摇杆操作等功能，同时解决无人机无法感知和避开障碍物的智能问题正是手机APP操作平台发展的方向。研发高稳定性、高可靠性农用植保无人机自主飞行控制系统，搭建更加成熟稳定安全的移动端操作平台，是植保无人机发展的重中之重。
精准施药技术。近年来，为提高农药有效利用率、减少作物农药残留危害和保护施药地区周边的环境，精准施药技术成为研究热点。改进更好变量喷药控制方式，将地理信息系统与航空遥感技术相结合。目前，开发高效的航空遥感系统成为一种新趋势，无人机搭载遥感系统可以通过核心技术产生的精确空间图像对大田作物的营养状况、长势状况及病虫害的状况进行分析。针对雾滴沉积、飘移、分布均匀性监测及雾滴图像处理系统等先进传感器的开发与使用，国外在此类研究上已有较为先进的成果，我国科研人员对此类传感器和技术也展开了研究。
农业航空植保静电超低容量施药技术。由于传统喷雾技术只有 25% ～ 50% 的药液附着在作物上，并且雾滴飘移严重，使用静电喷雾能有效增加药液的附着率，减少飘移，将药液的有效利用率大幅度提高。同时，由于控制了飘移量，可降低对周围环境和土地的污染。在航空静电施药技术的研究中，国外较我国起步早，已有了较为先进的技术成果。目前，国内在无人直升机静电喷雾技术方面的应用研究还较少，随着技术的不断发展和环境压力的不断增大，静电喷雾势必在农用植保机上应用更加广泛。
植保无人机喷杆振动特性研究。影响植保无人机作业质量的 3 个重要评价指标是雾滴的飘移性、沉降量及分布均匀性，国内外学者对植保无人机进行研究的首要目标是提高其作业质量。参考大量文献可知，目前从事植保无人机研究的相关学者大多侧重对航空施药技术、作业参数、喷雾系统、航空喷药关键部件，特别是喷嘴的研究。喷杆作为植保无人机的施药关键部件，至今很少有人对其在喷雾作业过程中因振动问题产生的影响进行研究。目前，国内外对喷杆技术的研究主要在以下 4 个方面: ①喷杆与喷雾均匀性关系的研究。②喷杆结构动力学研究。③喷杆运动学与控制理论研究。④喷雾机田间路面谱研究。
高载质量、高效率、长航时。目前，植保无人机普遍存在的不足就是承载质量小，一般为 30 ～ 40kg，航时较短，一般为 15 ～ 30min。随着单位面积喷洒收入的提升及土地流转的增加，高载药量、高效率、长航时无人机的需求度会逐步显现出来。载药量越多，飞行时间越长，可大大提高无人机的作业效率，因此高载质量、高效率、长航时的中小型无人机将是今后的发展趋势。
通过分析国内外植保无人机施药技术与施药装备的研究现状，总体上可以看出国内外无人机施药领域的研究均取得了进步并在持续发展。随着无人机低空施药技术的不断发展，植保无人机已经成为防治病虫草害的主要手段。为了实现植保领域高效、环保、快捷、安全的作业要求，无人机施药技术必将得到快速发展。虽然我国的植保无人机施药技术仍处于起步阶段，但随着资金的不断投入与科技的不断发展，植保无人机将会得到广泛应用，从而大幅提高病虫害的防治效率，促进现代农业的可持续发展。
