为什么农业无人机在北美尚未普及？实际的限制与优势
虽然农业无人机不会完全取代传统的植保方法，但它们提供了宝贵的优势，特别是在难以到达的地区以及在防止土壤压实方面。随着美国监管放宽的预期和无人机设计的改进，农业无人机的未来前景一片光明。
尽管农业无人机的普及度在亚洲地区已相对较高，但在工业化农业地区，比如美国与加拿大，使用无人机喷洒植保产品仍是一个备受关注的话题。
根据俄亥俄州立大学食品、农业和生物工程系农药应用技术教授 Erdal Ozkan 的说法，由于法规的变化和技术升级，该地区农民对无人机的接受和采用率在不久的将来可能会增加。虽然无人机不会完全取代地面或传统的空中喷洒方法，但它们有潜力补充现有的做法。
韩国和日本多年来一直使用无人机——主要是单旋翼遥控直升机。Yamaha RMax 无人机于 1997 年首次在日本使用，看起来像一架小型直升机。
中国使用多旋翼无人机喷洒农药的情况最为显著。中国第一台多旋翼喷雾无人机于 2009 年制造。2016 年，200 家公司生产和销售了 169 多种不同型号的多旋翼喷雾无人机，总销量超过 10,000 台。
中国无人机制造商每年都会推出一到两款新机型，而且通常会进行重大升级。目前，中国是小型多旋翼无人机的最大用户。
2020 年，中国使用小型无人机喷洒技术喷洒了 6400 万英亩土地。2021 年，无人机喷洒的农田面积增加到 1.53 亿英亩。无人机喷洒的农作物不仅包括杀虫剂和杀菌剂，还包括除草剂和落叶剂。
尽管中国从 2015 年开始使用喷洒无人机，但截至 2024 年，其他国家使用无人机喷洒农药的量仅相当于中国目前喷洒无人机使用量的一小部分。
据人民网（2022）报道，根据国家农业技术推广服务中心的数据，2016 年中国约有 4000 架农作物保护无人机。2021年，全国有超过 12 万架无人机在超过 1.755 亿英亩的农田上喷洒农药，农业无人机飞行员超过 20 万名。
在地广人稀的北美，农业无人机未来取决于各种因素，包括经济可行性、作物保护的及时性、喷洒类型（广播与定向）以及本地无人机植保服务的可用性。
由于多种原因，北美的农民对农业无人机喷洒的接受度一直很低。Erdal Ozkan 教授强调，无人机喷洒存在某些局限性，也存在应用障碍。其中一个原因是，“评估无人机性能以及将无人机性能与地面喷洒机械和飞机进行比较的可靠、已发表的研究数据非常有限”。
另外，由于各种无人机的设计参数差异很大，一些公开的无人机性能数据可能无法使用，而且可能相互矛盾。需要额外的研究和发表的数据才能得出公证结论。
与飞机和地面喷洒机械设备相比，无人机每小时的覆盖面积更少，而且无人机的电池续航时间很短，需要频繁更换电池，以及加注无人机的喷雾罐。
美国联邦航空管理局也对无人机也施加了操作限制。无人机重量（包括有效载荷）不得超过 25 公斤，无人机飞行员必须与无人机保持视线，在受限空域飞行时必须获得许可，无人机只能在日出前 30 分钟到日落后 30 分钟之间飞行。
联邦航空管理局规定需要两个人合法操作喷雾无人机（一名飞行员和一名目视观察员），这也导致了成本增加。对喷雾无人机最严格的限制可能是操作员一次只能驾驶一架无人机。然而，由一名飞行员操作多架无人机在世界其他地区是合法且成功的，尤其是中国、韩国和日本。
在农药注册方面，日本有超过 390 种农药产品注册用于无人机喷洒，而韩国有大约 203 种产品。印度已批准超过 470 种农药产品用于无人机喷洒。不幸的是，美国的植保产品标签没有提供与无人机喷洒相关的明确信息。
有些标签说明禁止空中喷洒。有些说明允许空中喷洒，但没有说明可以使用的飞机类型。目前，北美地区市场没有农药标签提供有关如何使用无人机喷洒产品的说明，但是行业内预计这一情况将会改观。比如，如果农药已经标记为可用于常规空中喷洒，那么在遵守相关无人机操作规则下，将会被允许使用无人机进行喷洒。
尽管传统的地面喷洒机械设备和有人驾驶的飞机在北美大型农田上进行植保作业是首选，但无人机喷洒服务可能仍具有竞争力或更经济。
无人机技术升级发挥着重要作用。比如，喷洒无人机的最新设计使用位于大型螺旋桨下方的旋转圆盘雾化器。这些类型的雾化器利用圆盘的转速产生喷雾液滴，允许使用非常低的压力发射喷雾混合物。
较高的转速会减小液滴尺寸，较低的转速会增加液滴尺寸。制造商提供两种类型的圆盘 ——“单层”或“双层”—— 以帮助用户将液滴尺寸与所喷洒产品的推荐液滴尺寸相匹配。
这两种类型的圆盘具有不同大小的凹槽和一个或两个圆盘，当需要相对较大液滴时，单层圆盘是首选，主要用于除草剂应用并尽量减少漂移问题。双层圆盘用于喷洒杀菌剂等产品，这些产品在以较小液滴喷洒时效果更佳。
根据所喷洒的产品，无人机上的圆盘可以互换，但大多数无人机操作员表示，他们大多数时间都使用双层圆盘，因为这种设置似乎对大多数喷洒产品都有效。
总之，设计和制造工艺的改进可能会使电池续航时间更长、喷洒宽度更宽、流速更高、操作速度更快。无人机技术的升级可能会改善可变速率应用、精确点喷和路线规划，以及更好地避开障碍物。
由于法规的变化和技术升级，北美农民对无人机的接受度和采用率在不久的将来可能会增加，尤其是美国联邦航空管理局对无人机使用的法规和限制可能会放宽，比如对无人机群的限制，即多架无人机由一名飞手或自主操作。
直到 2023 年，美国的植保无人机主要用于在小麦、玉米和一些大豆田中喷洒杀菌剂。然而，当地的大学、政府研究中心和其他独立研究机构都有兴趣进行相关研究，以确定无人机是否能提供与地面喷雾或传统的飞机空中喷洒一样有效的植保防治。这类研究的结果与数据将提供比目前市场上更可靠的信息。
与传统方法相比，使用无人机对杂草进行点喷具有显
的效率优势。其优势在于它们可以到达大型地面喷洒机械无法到达的农田部分，因为土壤太湿，这种情况在春季的许多地方经常发生。定点喷洒和可变速率喷洒都可以通过无人机轻松完成。即使农田干燥到足以让大型地面机械进入，大型机械也可能会造成严重的土壤压实，从而导致作物产量下降。
另外，当飞机和直升机不可用或使用成本太高时，或者要喷洒小块、不规则形状的田地，无人机喷洒则是更有效的方案。
农业无人机的设计和功能的发展在迅速变化。由于人们对无人机喷洒的兴趣日益浓厚，以及公众对放宽现行规则和法规的强烈要求，北美地区的无人机法规在未来也可能迅速变化。
过去 10 年，全球无人机在农业中的使用显着增加，并且很可能在不久的将来继续增长。根据 Fortune Business Insights 的报告，“全球农业无人机市场预计将从 2023 年的 49.8 亿美元增长到 2030 年的 182.2 亿美元，预测期内的复合年增长率为 20.3%”
