解决方案

智慧农业之植保无人机

 

我国是农业大国,用占世界不到10%的土地解决了世界上22%人口的粮食问题。由于近年来我国人口老龄化程度加快,同时城市化导致农村的劳动力不断减少,传统的人工植保方式已不能适应逐渐集约化的大规模农业生产。大规模的农业生产对高效、先进的生产方式需求更加紧迫。本项目为无人机技术服务范畴,主要为农业生产大户和其他相关的农业产业用户提供高效的无人机技术服务。项目涉及无人机植保飞防作业服务,无人机产品研发、销售以及其他无人机技术服务。

 

  1、市场背景

植物保护涉及我国粮食生产与安全、食品安全、生态安全等,在我国农业生产中起着举足轻重的作用。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(其中棉花165万吨,油料336万吨),可见植物保护为国家粮食安全和农业生产做出巨大贡献。

近年来我国高效机械化防治技术得到了较快发展,但对于占全国粮食种植面积60%以上的水稻、玉米等高秆作物来说,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,现有植保机械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,农作物病虫害防治不当已成为制约我国粮食生产的主要因素。

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%以上的为小规模种植模式,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和服务具有十分重要的意义。

2、市场发展现状

  1)国外市场

从世界范围来看,农业航空较发达的国家主要有美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西、日本、韩国等国家。

美国是农业航空应用技术最成熟的国家之一,现已形成较完善的农业航空产业体系。据统计,美国农业航空对农业的直接贡献率为15%以上。目前美国有农用航空相关企业2000多家,已成立国家农业航空协会(National Agricultural Aviation AssociationNAAA)和近40个州级农业航空协会,NAAA有来自于46个州的会员1800个。全国目前在用农用飞机4000多架,共有机型20多种,以有人驾驶固定翼飞机为主,约占88%;已注册的农用飞机驾驶员3200多名,年处理40%以上的耕地面积。全美国65%的化学农药采用飞机作业完成喷洒,其中水稻施药作业全部采用航空作业方式。此前,美国因农业劳动人工成本太高,一度放弃国内的水稻种植,大米全部进口。后来使用了航空作业,到20世纪70年代末期,一跃而成为世界上主要的稻米出口国之一。国家大力扶持农业航空产业的发展是美国农业航空发达的重要原因之一。美国从上世纪70年代就开始研究航空喷施作业技术参数的优化模型,用户输入喷嘴、药液、飞机类型、天气因素等,通过对内部数据库调用,即可预测可能产生的飘移、雾滴的运动和地面沉积模式等。美国国会通过了豁免农用飞机每次起降100美元的机场使用费的议案,2014年白宫的预算中预计继续投入73亿美元支持该议案,以降低农业航空作业的成本。在NAAA的推动下,美国自2002年以来已投入约700万美元用于农业航空技术研发,参议院已通过议案将继续大力支持开发更高效、使用成本更低的农业航空相关技术。

澳大利亚、加拿大、巴西农业航空的发展模式与美国类似,目前主要机型为有人驾驶的固定翼飞机和旋翼直升机。加拿大农业航空协会(Canada Agricultural Aviation AssociationCAAA)目前共有会员169个;巴西作为发展中国家,在国家政策的扶持下,包括农业航空在内的通用航空发展迅速,农业航空协会(Brazilian National Agricultural Aviation AssociationSINDAG)目前共有单位会员143个,截至20083月,巴西注册农用飞机约1050架。

俄罗斯地广人稀,拥有数目庞大的农用飞机作业队伍,数量高达1.1万架,作业机型以有人驾驶固定翼飞机为主,年处理耕地面积约占总耕地面积35%以上。日本农民户均耕地面积较小、地形多山、耕地面积较小,不适合有人驾驶固定翼飞机作业,因此日本农业航空以直升机为主。日本是最早将微小型农用无人机用于农业生产的国家之一,1990年,日本山叶老虎机奔驰宝马推出世界第一架主要用于喷洒农药的无人机,无人机在农林业方面的应用发展迅速,日本农用无人机航空协会(Japan Unmanned Aerial Vehicle AssociationJUAV)目前共有单位会员11个。据日本农林水产省统计,截止到201010月底,登记在册的微小型农用无人机保有量为2346架,无人飞机操控手14163人,防治面积96.3hm2,占航空作业38%,从2004年开始,水稻生产中微小型农用无人直升机的用量已超过有人驾驶直升机。日本目前用于农林业方面的无人直升机以YAMAHARMAX系列为主,该机被誉为空中机器人,植保作业效率为710 hm2/h,主要用于播种、耕作、施肥、喷洒农药、病虫害防治等。目前,采用微小型农用无人机进行农业生产已成为日本农业发展的重要趋势之一。

韩国于2003年首次引进直升机用于农业航空作业,农业航空作业面积逐年增加。截至2010年,全国共有农用直升机121架,其中农用无人机101架,年植保作业面积达43460 hm2,有人驾驶直升机20架,年植保作业面积55200 hm2。韩国农林水产食品部和农协中央会计划2013年飞机数量增至500架。

综上所述,农业航空技术是上述国家农业生产的重要组成部分,在农业生产中的应用比重不断加大。根据农田飞行作业环境的适宜程度,国外农业航空大致分为有人驾驶和无人驾驶2种作业形式。在美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西等户均耕地面积较大的国家,普遍采用有人驾驶固定翼飞机作业,而在日本、韩国等户均耕地面积较小的国家,微小型无人机用于航空植保作业的形式正越来越被广大农户采纳。

  2)国内市场

多年来,我国农业及植保专家展开了大量对无人机植保技术的深入研究。2007年我国开始植保无人机的产业化探索,2010年第一架商用的植保无人机交付市场,正式掀启了中国植保无人机产业化的序幕。2013年,全国性的无人机植保展示、表演更是方兴未艾,但营利性的飞防组织还比较少。农用无人机的生产和加工大都从航模生产加工企业发展而来,具备一定的自主研发能力,但技术保障有待提高。目前进入微小型农用无人机领域的企业约10余家,常见机型10余种,有总参60所的 Z-5型、Z-3型,潍坊天翔的V-750型,无锡汉和的CD-15型,中航工业自控所的AR-100/AF811型,珠海羽人的YR-H-15型;珠海银通的YT-A5 型以及山东卫士的多旋翼机。实际上,真正能大规模用于农业农林植保的只有3~5家。据不完全统计,截至2014年底,我国投入使用的农用无人机已超过750台,飞控手人数达1100多人,大部分集中在种植大户及小型农场中。虽然我国农用无人机的总量依然很低,实际应用面积依然很少,但由于其在施肥、施药、授粉等方面的巨大优势,发展前景广阔。我国耕地面积超18亿亩,但山地丘陵面积较大,以每年喷洒5次, 每亩作业价格10~20元为例,农用无人机一年的理论作业收入接近千亿元。

与我国相比,日本是无人机植保应用最成熟的国家,目前在田间作业的无人机有3500多架,飞手1.4万多人,而中国的农作物耕地面积是日本的24倍,基于谨慎原则,根据我国土地经营规模化面积对无人机需求量进行了测算,预测我国植保无人机市场需求约2.75万架。从土地经营规模化角度看,预计2015年土地承包经营权试点覆盖面积达到5亿亩,农垦系统还有约9180万亩耕地。土地经营的规模化为植保无人机作业创造了前提条件。随着近年来我国土地流转速度加快,未来植保无人机需求将会更加强劲。

预计我国农林植保无人机将进入快速增长,市场空间超千亿。我国耕地森林幅员辽阔,仅以土地流转的5.9亿亩来计算,单凭一项农药喷洒业务,如果每年喷洒5次,每亩作业20元钱,每年将贡献超过600亿元的作业收入,而按照我国18亿亩耕地红线测算,我国农林植保无人机作业市场空间超过千亿。