应用于稻田棉田的高科技:植保无人机打药、灭虫、施肥……

2020年3月12 日,在山东省聊城市荏平区贾寨镇贾塞前村,村民在给无人机加注药物。用无人机打药、灭虫、施肥……利用无人机进行植保操作,在新疆成了一件习以为常的事。无人机在新疆的普及率有多高?根据新疆最大无人机植保业务提供商极飞科技统计,2018年无人机在新疆的作业数量为670万亩,新疆棉花种植面积为3000多万亩。也就是说,每4-5件新疆棉花做的衣服里,就有1件衣服的棉材料是用无人机完成喷洒作业的。据南方日报报道,广东一家无人机企业大疆,早在2016年开始在新疆推广第一代植保无人机MG-1,也是在这一年,嗅到了农业生产服务商机的吴少钦和谢伟从其他行业“转行”,合伙成立了农业服务公司铁漫植保,并成为了大疆无人机在新疆的代理商。在吴少钦看来,受植保无人机吸引而生的铁漫植保,其发展速度从某种程度上来看正是新疆农业应用植保无人机的缩影。吴少钦介绍,铁漫植保第一年营收只有几十万,但在2017年便实现了盈亏平衡,2018年实现营收2000万,2019年则约为6000万。值得一提的是,来自各人口大省的采棉工一批又一批赶往新疆采棉的光景已不再,取而代之的是农忙时节被称之为“飞手”的无人机操作者带着各自熟悉的无人机,从全国各地往新疆汇聚。2019年,极飞科技在新疆农村开展了一场规模空前的全国农业无人机联合喷洒作业——秋收起“翼”活动。据统计,当年8月,有将近3000架极飞植保无人机、1500多名飞手、1000多支飞防队伍陆续从全国各地奔赴新疆,联合新疆本地的1500余架无人机,为棉花喷洒脱叶剂。提到无人机的商业应用,农业无疑是最被看好的领域。2013年,国际无人载具系统协会(AVSI)发表的一份报告就认为,精细农业是迄今为止最具潜力的商用无人机市场。到如今,农业已经成为无人机的第二大应用领域,仅次于消费级无人机。2020年,我国植保无人机保有量预计已达11万台,作业面积10亿亩次。而随着无人机保有量的提升,以及作业面积的不断扩增,植保无人机成为越来越多农户手中的“普通农业工具”。生产方式机械化成为一名飞手和一家飞防公司的负责人之前,覃禹君是数万城市打工人中的一员,在东莞开了间小工匚21世纪初的20年也是东莞转型加速的20年,小工厂的生意愈发难做,2016年,覃禹君从东莞返回台山老家。故乡的农业生产场景,竟仍然是记忆中的样子:佝偻的腰上是种植者沉重的药箱,人们缓慢的行走在田间,“背着差不多50斤重的喷雾器,人就这样来来回回走,一天打药10亩20亩,累得半死。”外面世界与农业生活的两重推拉之下,村里的年轻人过早“逃离”家园,将布满蛛网的土地留给父辈。而缺乏安全意识的老人,把手伸到容器中搅拌农药,又或因为吸入过量药剂被送往医院,矜矜业业的却又无能为力的守护几亩土地。而覃禹君看到的,也是中国农业此时面临的整体困境:人力资源和社会保障事业发展统计公报显示,2010年至2020年的十年间,我国农民工总量从2.4亿增长到2.86亿;当前农村55岁以上农村超龄劳动力的占比已经超过34%——急速变革的中国社会,农业似乎被拖缠在粘稠的胶状物质之中,沉重,迟缓。既然决定回家乡找营生,覃禹君想真正作出一些改变。那么,能否通过机械化改变笨重、传统的农业生产方式?以前他在东莞和朋友们玩无人机,搞航拍,比飞行技术,但他也知道,无人机可以用在农业上。2016年,覃禹君决定好后,和几个朋友凑齐40万元,购买了4台植保无人机,还配备了运输车辆和备用电池,正式开始在农村从事“飞防服务”。起初他的想法比较简单:有无人机,有农药,有飞手,便能解决当地水稻种植过程中农药喷施的大问题——缺乏人力。但在实际操作中,他们很快发现第一批购买的机型不太好用。首先,是位置精度远远不够。农药喷施过程中,对于植保无人机精度的要求更高,行动路线和距离一旦出现偏差,农药会在田块上空出现重喷、漏喷,甚至可能冲出田块,对作物甚至人员造成伤害。此外,则是当时植保无人机的操纵难度还比较大。为数众多的无人机生产商,产品之间存在差别,覃禹君早期购入的品牌,需要使用遥控器人工控制飞行路径,这种半自动化的操作模式对于飞手要求很高,远近高低都需用肉眼判断,飞手在田间来回移动以确定位置、线路,作业辛苦却又效率低下。在单部植保无人机最高作业效率已达1800亩/日的当下,或许很难想象当时“飞手一天跑来跑去,十几个小时只能做个(指喷药)200-300亩。”而另一植保无人机飞手兼飞防服务公司负责人高攀龙向南都周刊记者介绍,早期植保无人机的“问题”还有不少:比如携带农药的数量小,续航时间短,农药飘移等等,都亟需更具针对性的解决方案。当然还有更实际的困难:成立公司、购置装备巳经投入了不少成本,但彼时农民对无人机喷药的接受程度低,出于好奇,大家会问:飞机能飞多高?能飞多久?能喷多大面积?喷一次要多少钱?但并不会真正花钱购买这种服务。这使得飞防服务企业的运营压力颇大。极飞科技传播经理徐芋苹告诉南都周刊记者,这其实也是农业无人机推广早期一个非常普遍的问题,并在全国各地频繁上演。各地的飞防服务队伍往往只能通过“免费送服务体验”“先服务有效果再付款”等方式,让农民慢慢接受新技术。五年“快”迭代当前,植保无人机已在全球发展已有近30年历史,而在国内的研发、应用时间却相对较短。中国农业大学何雄奎教授曾在釆访中介绍,大约是在2003-2005年,国内农业部门和研究机构开始思考“在农村劳动力成本上升的情况下,如何让老百姓背的药箱飞起来”的问题。何雄奎所在的中国农业大学药械与施药技术研究中心,于2008年正式幵始研制植保无人机。到了2010年,作为研发成果的单旋翼、油动植保无人机成果在全国的农机展上亮相,“被围观老百姓围得水泄不通”。但即便此时,国内植保无人机发展仍处于萌芽阶段,无人机价格高昂,性能不稳,且没有量产。变化发生在2015年。2015年前后,随着越来越多的企业和社会资金涌入行业,中国植保无人机市场开始呈现突发之势。也正是这一年,广州极飞科技有限公司(下称“极飞”)与大疆创新(下称“大疆”)两家企业幵始发力农业无人机当年4月,先是极飞发布了第一款植保无人机P20;11月,大疆发布了首款农业植保机MG-1——它们也在日后成为这一领域的两家最头部企业。5年时间,大疆陆续推出了MG-1P.T20.T16、T30、T10、精灵4多光谱版等系列机型,极飞贝Q推出P20、P30、PIO、XP、P40、P80和V40等系列机型。还有越来越多的企业发力农用无人机的研发与推广,最终带来了产品性能、性价比的快速提升,设备销量增速更快。大疆公关樊文泽向南都周刊记者介绍,农业无人机这几年出现了四次突破式创新,分别是:全自动化作业;针对特殊地形,特殊作物的作业模式;雷达与自动绕障;变量喷洒与播撒。2020年7月27日,黑龙江佳木斯。在农垦红卫农场有限公司智慧农业示范区,东北农业大学的老师们正在调试高光谱无人机。雷达与自动绕障非常重要。大疆农业的工程师李兴龙解释,从雷达系统的发展来看,趋势是数量上变得越来越少,但功能上却是越来越多。“比如说,之前可能只是定高,但现在又能避障又能定高,然后再到避障的方向不断的拓展,到现在的360度。”定高,是指无人机在飞行时必须实时检测自身飞行高度,知道自己的三维坐标,并反馈给地面设备,这对无人机的安全和作业的准确性都十分重要。避障,顾名思义,就是避开障碍物。植保无人机一般在农作物的1-2米上空喷洒,不会自动避障的话,就很容易撞到树。优化这两个问题,成为无人机技术迭代的关注点之一。此外还有载重和续航的问题。李兴龙介绍,农业无人机载重从10公斤到现在的30公斤,其实是一个缓慢叠加的过程,一点点迭代是更安全的选择。从喷药到施肥,也是根据用户的新需求不断调整。而续航是一个能源技术问题,李兴龙认为,可以从两个方面来降低用户成本,延迟电池寿命和提升充电速度。已有不少分析指出,2015年推出的植保无人机产品与目前市场上最新的产品已经产生了几代代差。而以现在的眼光看2012-2014年的产品,就像看“试验品”一般。而有趣的是,如此“飞速”的产品的迭代和更新,很多是基于对使用者反馈的及时回应。就像是乒乓球场上的高手过招,在“提出要求”和“回应要求”的推拉之下,某种意义上,庞大的无人机服务队和农民本身,已成为无人机技术发展过程中真正的“产品经理”塑造了中国农业无人机过去五年的快速发展路径。从“植保无人机”到“农业无人机”现如今,一个可以观察到的变化是:对于为农户提供飞防服务的企业而言,植保作业的单价正持续下降。在江门台山,2016年植保无人机的服务价格还是15元/亩,而到了现在,大部分已下降至10元/亩甚至8元/亩的水平。而大疆发布的《2020年度植保无人机行业发展报告发布》显示,以全国作业量最大的黑龙江东部地区为例,在2016-2020的5年间植保无人机的作业单价已经从8元/亩降低到2.5元/亩的低价。背后体现的发展趋势值得玩味:随着农业无人机获取成本降低,操作难度下降,农业无人机也已逐渐从早期的“实验性产品”发展成为一种“常见农业生产机械”。覃禹君回忆,2016年他所购置的4台无人机、车辆、电池等等投入达到了40万元,而受到工作效率的限制,那一年服务的面积仅在4万亩左右。2017年,公司为了提升效率,又更新了设备,用一套12万元左右的价格,换了更易用的极飞无人机。而到了现在,不少品牌的农业无人机价格都有所下降,而作业效率却飞速提升,“便宜的3-4万元便可以购置”“以前一天打药300亩都很难了,现在一天都可以打600亩。”徐芋芋也向记者证实了这一现象,“企业角度其实也想尽量降低农户的购机成本,近两年机器价格是有下降的。”2017年3月,农业农村部就在全国“农机化工作会”上,首次提及将植保无人机纳入试点进行农机补贴。2017年9月农业部、财政部、民航局联合印发《关于开展农机购置补贴引导植保无人飞机规范应用试点工作的通知》。当前,全国不少农业省份都已将植保无人机纳入补贴范围。更多大农场和种植户则选择自行购置无人机装备。算这笔账很简单:若植保无人机的服务费用以15元/亩进行计算,这意味着3000亩的大户,一次服务费用就要花去4.5万元,相比之下当然是自行购机更“划算”。统计数据显示,2019年全年累计销售植保无人机3万台,而2020年全年累计销售量已经达到6万台,与此相应的,植保无人机保有量预计已达11万台,作业面积10亿亩次。而无人机的操纵技术也在变得更为简单。高攀龙分析,“就当前农业无人机头部企业生产的机型而言,大疆是用遥控器操作的,极飞使用手机操作,但是原理都是一样的,操作人员提前规划好路线,然后无人机便会按照路线自动进行喷施。”高攀龙提到,对于农业这块的飞手来说,最重要的是植保知识,无人机操纵是比较容易的。中商产业研究院在报告中分析指出,市场需求带动产业升级换代,无人机市场也从最初的“专人操作”逐渐向“傻瓜机”方向发展。当“飞行技术”逐渐成为次要影响因素,规划路线、更换药箱、电池这一套操作甚至只需要一名人员就可以完成,覃禹君形容,就像全自动洗衣机一样,打开门把衣服放进去,结束了再把衣服拿出来,其余的都不需要管了。而无人机的功能也从此前的农药喷施为主,逐渐变得多元,播撒应用成为植保无人机使用的主要组成部分,包括水稻撒肥与撒种、油菜籽播撒、草原种子播撒、鱼虾塘饲料播撒等等。在“药箱飞起来”之后,种子、肥料、饲料接连“飞了起来”。以目前正逐步走向成熟的水稻飞播为例,飞播省去了传统水稻种植需要人工播种、育秧等繁琐而耗费人力的诸多环节。当前,不少企业着重研究解决的是飞播过程中的落种均匀度,以及提升种子的成活率等问题。“种子上是有小芽的,飞播的过程中种子被高速甩出,如果小芽被打断,那成活率就降低了。”飞防、飞播之外,遥感无人机观察作物生长的精度也在不断提升,通过农业遥感无人机对农业数据釆集分析,可以帮助人们了解农田实时信息及农作物的生长状况,并建立科学、精准的作业体系,减少日常作业中对于农资产品的浪费和对于环境的污染。在一些现代化高标准农田中,这些技术将率先得到应用。整体而言,当前“植保无人机”的应用范畴已发生了较大转变,应当重新定义为“农业无人机”。而“未来的农田”则更像是“无人化的农田”,通过智慧农业系统将统一操控无人机、无人车、水肥一体化和各种农机装备,记录农机的行动轨迹,并通过收集的数据科学操控作物的生长。极飞科技创始人彭斌曾经提及,要实现农田管理的无人化,从技术层面来说,至少需要自动驾驶、大数据、环境感知、人工智能和机器人等技术的成熟。彼时,再回头看2021年的农业技术,或许也会颇有“试验”之感。

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