陳武強 ， 田 波 ，滕召友 ，伍 艷 ，范清瑤 ，夏衛(wèi)生

（1.長沙巨鼎工程技術(shù)有限公司，湖南 長沙 410081；2.湖南師范大學地理科學學院，湖南 長沙 410081）

習近平總書記多次強調(diào)全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家，大頭、重頭在“三農(nóng)”，基礎(chǔ)和潛力也在“三農(nóng)”[1]。但現(xiàn)階段我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件并不樂觀，山地丘陵地區(qū)達到國土面積的60%左右，山區(qū)農(nóng)作物播種面積占到總耕地面積的30%左右，生產(chǎn)條件優(yōu)越的耕地數(shù)量不斷減少，可見山區(qū)農(nóng)業(yè)是未來農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要潛力所在[2]。智慧農(nóng)業(yè)尤其是植保無人機等小型機械技術(shù)的不斷成熟，能夠有效改善山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效率。因此，近年來我國愈發(fā)重視智慧農(nóng)業(yè)[1]。當前，相關(guān)學者圍繞智慧農(nóng)業(yè)問題展開了大量研究，研究內(nèi)容主要集中在智慧農(nóng)業(yè)的作用[3-5]、挑戰(zhàn)與對策[6-7]、與“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”的關(guān)系[8]等方面。而對于植保無人機，學者們主要關(guān)注其技術(shù)改良[9-11]、實踐應用[12-13]、現(xiàn)狀與建議[14-16]、管理機制[17-18]等方面。不難發(fā)現(xiàn)，關(guān)于兩者結(jié)合的研究較少，但目前我國智慧農(nóng)業(yè)市場規(guī)模逐年擴大，無人機植保市場占據(jù)了主要地位。因此，本文從植保無人機在山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)中發(fā)揮的作用出發(fā)，試分析其發(fā)展路徑。

1 山區(qū)植保無人機發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 市場現(xiàn)狀

隨著國家對糧食安全的重視程度不斷提高，植保無人機市場規(guī)模不斷擴大。首先從丘陵山區(qū)的自然條件出發(fā)，丘陵山區(qū)承載著生產(chǎn)我國大部分糧食以及特色農(nóng)產(chǎn)品的重擔，但山區(qū)地勢起伏、耕地破碎，缺少足夠數(shù)量的平整機耕路，大型機械難以到達。受此限制，丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化水平遠低于全國機械化平均水平[19]。其次從丘陵山區(qū)的資源條件來看，相關(guān)研究（農(nóng)機化司丘陵山區(qū)摸底調(diào)查）的數(shù)據(jù)表明，中國丘陵山區(qū)耕地面積近4 700萬hm2，占全國耕地面積的37%左右[20]。從農(nóng)業(yè)需求來看，雖然我國是農(nóng)業(yè)大國但農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出比并不高，根據(jù)全國農(nóng)技中心有關(guān)2023年農(nóng)作物主要病蟲害趨勢的數(shù)據(jù)來看，主要糧食作物重大病蟲害呈重發(fā)態(tài)勢，預計發(fā)生面積20.20億畝次，如不采取有效防控措施，潛在產(chǎn)量損失將達3 500億斤以上。目前，國內(nèi)病蟲草害防治仍然依靠人工農(nóng)藥噴灑，農(nóng)藥噴灑平均一年兩季，一季至少需要4次。而且我國種植大量高稈作物，大型機械無法作業(yè)，只能依靠人工噴灑農(nóng)藥。但是隨著空心村、農(nóng)村勞動力減少等問題的出現(xiàn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸無法負擔農(nóng)藥噴灑帶來的大量勞動力消耗。綜上可知，植保無人機憑借著其高效安全、節(jié)水節(jié)藥等優(yōu)勢，對國內(nèi)山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展有著重大推動作用，具有較大的市場發(fā)展?jié)摿?。植保無人機成為時下熱點業(yè)務，出現(xiàn)了發(fā)展植保和飛防智慧農(nóng)業(yè)管理平臺的大疆、專注農(nóng)業(yè)無人化的極飛、形成農(nóng)業(yè)飛防完整產(chǎn)業(yè)鏈的全豐、打造共享智慧農(nóng)業(yè)服務生態(tài)系統(tǒng)的漢和航空、走向植保無人機人才培育的飛鷹兄弟等多家頭部植保無人機企業(yè)[20]。

1.2 政策現(xiàn)狀

改革開放以來，“三農(nóng)”問題一直是中央工作的重點，其中，歷年中央一號文件多次提及智慧農(nóng)業(yè)、“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”等關(guān)鍵詞[1]。2012年中央一號文件明確要求加強農(nóng)業(yè)各方面科技創(chuàng)新；2015年，首次將“農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化”作為中央一號文件的首要議題，提出支持農(nóng)機、化肥、農(nóng)藥企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新；2018年，在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略意見中首次提出數(shù)字農(nóng)業(yè)，到2023年相關(guān)政策也一直強調(diào)農(nóng)村數(shù)字化推進智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。隨著“十四五”時期的到來，我國物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)發(fā)展飛速，成為推動我國邁向智慧農(nóng)業(yè)時代的有力支持。中央網(wǎng)信辦等十部門印發(fā)《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展行動計劃（2022—2025年）》，強調(diào)加快智慧農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。從政策的發(fā)展過程中不難發(fā)現(xiàn)，中央對于智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展極為重視，政策上的支持帶給了智慧農(nóng)業(yè)更多的發(fā)展?jié)摿蜋C會。

2014年起，中央多條重要文件明確指出要加強農(nóng)業(yè)方面的航空農(nóng)機建設(shè)，地方政府隨后也出臺了多項相關(guān)政策推動植保無人機發(fā)展。首先是購機補貼政策，2017年正式發(fā)布《農(nóng)業(yè)部辦公廳財政部辦公廳中國民用航空局綜合司關(guān)于開展農(nóng)機購置補貼引導植保無人飛機規(guī)范應用試點工作的通知》，植保無人機補貼指導意見文件隨之發(fā)行。其次是支持飛防組織和服務發(fā)展，政府不僅鼓勵植保無人機企業(yè)拓展產(chǎn)業(yè)鏈，支持不同發(fā)展方向的企業(yè)互相合作建立飛防服務體系，還利用農(nóng)作物病蟲疫情統(tǒng)防統(tǒng)治補助、相關(guān)項目資金，支持各地大規(guī)模開展植保無人機病蟲防控。政府同時展開了植保無人機人才培訓工作，2015年起，開展“百縣萬名農(nóng)民骨干科學用藥培訓行動”；2016年成立“國家航空植保科技創(chuàng)新聯(lián)盟”，同年啟動農(nóng)用航機相關(guān)的國家重點研發(fā)項目；2017年開展新型植保機械使用與安全用藥培訓，開啟農(nóng)村實用人才培訓工程。

2 山區(qū)植保無人機發(fā)展問題

2.1 推廣難度大

一是經(jīng)濟要素阻礙了植保無人機在山區(qū)的推廣。雖然國家發(fā)行了植保無人機購置補貼的相關(guān)政策，但植保無人機對于山區(qū)單戶農(nóng)民來說投入產(chǎn)出比仍然較低，山區(qū)耕地面積小，無人機單位面積使用成本高，后期維護保養(yǎng)技術(shù)成本也高。二是丘陵山區(qū)相比平原農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展更加滯后，這導致了山區(qū)農(nóng)民平均收入低，購買無人機的意愿和能力都不強。三是山區(qū)地塊高低不平、坡度大，耕地破碎，植保無人機在小面積耕地作業(yè)成本高，且政策推廣力度不足，山區(qū)農(nóng)民對植保無人機的認知較少。目前，我國農(nóng)機推廣較為滯后[21]，依然停留在大型常規(guī)機械，植保無人機尚未成為我國農(nóng)機推廣的主力方向，植保無人機甚至還未列入國家級農(nóng)機補貼目錄。這使得山區(qū)農(nóng)民對植保無人機知之甚少，再加上其經(jīng)濟能力不足，很難產(chǎn)生購買植保無人機的意愿[22]。

2.2 缺少系統(tǒng)監(jiān)管

無人機市場熱度不斷攀升，國內(nèi)外眾多資本以及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)紛紛介入，加快了植保無人機的技術(shù)創(chuàng)新，價格趨低，在其推廣方面發(fā)揮著不可或缺的作用。但同時，植保無人機仍然屬于新興行業(yè)，政府對于企業(yè)和行業(yè)的監(jiān)管嚴重滯后，相關(guān)法規(guī)尚未出臺，植保無人機生產(chǎn)標準尚在制定，提供植保無人機運營服務的企業(yè)還未形成地理上的集聚效應，大大制約了植保無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一方面，植保無人機屬于高新技術(shù)產(chǎn)物，市場上不同企業(yè)生產(chǎn)的植保無人機類別多樣，但植保無人機生產(chǎn)標準不一，不利于山區(qū)植保無人機的推廣教學以及后續(xù)的維修保養(yǎng)，且易產(chǎn)生農(nóng)藥噴灑精度、越障能力、電池續(xù)航不足等問題。另一方面是安全問題，雖然植保無人機飛行高度低但其載物重量大，由于山區(qū)作業(yè)環(huán)境險峻、載物大多含有毒性，所以若缺少對植保無人機的使用管理可能存在較大的安全風險。

2.3 設(shè)備技術(shù)有待完善

一是現(xiàn)有植保無人機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用效果存在如農(nóng)藥飄移[20]、農(nóng)藥腐蝕等問題，山區(qū)植保無人機作業(yè)環(huán)境更加復雜惡劣。雖然已有專家和企業(yè)進行相關(guān)改進研究，但是從理論到落實仍然需要時間，且未來性能如何難以確定。二是植保無人機在設(shè)備方面存在缺陷，如電池續(xù)航能力不強[23]、操作便利性不足等，而這些難題恰恰是植保無人機在山區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵。目前市場上的植保無人機主要分為燃油、電動兩種機型。燃油機型存在噪聲大、維護保養(yǎng)困難的缺陷；電動機型在電池續(xù)航、重量負荷上存在缺陷，無法長時間作業(yè)。植保無人機在性能、發(fā)動機、電池、駕駛儀[12]等多方面都有待進一步完善，再加上在山區(qū)實現(xiàn)植保無人機前期學習、后期維修保養(yǎng)相當困難，使得植保無人機很難對山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展起到推動作用。

3 發(fā)展路徑分析

“三農(nóng)”工作長期以來都是國家發(fā)展的重中之重，近年來更是不斷強調(diào)“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技和物質(zhì)裝備支撐智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展”以及“丘陵山區(qū)農(nóng)機裝備研發(fā)制造”，足以表明國家對丘陵山地機械化發(fā)展的重視程度。而植保無人機作為高端智能農(nóng)機裝備，如何更好轉(zhuǎn)向山區(qū)作業(yè)，助力智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，也成為重要的課題。因此，根據(jù)前文分析，探究山區(qū)植保無人機相關(guān)發(fā)展路徑，如圖1所示。

圖1 發(fā)展路徑

3.1 構(gòu)建符合山區(qū)實際情況的特色植保無人機監(jiān)管模式

根據(jù)山區(qū)植保無人機發(fā)展的現(xiàn)有困境和目標，政府相關(guān)部門應出臺相關(guān)法規(guī)構(gòu)建符合山區(qū)實際情況的特色植保無人機監(jiān)管模式。一是要確定山區(qū)植保無人機區(qū)別于其他作業(yè)環(huán)境下的生產(chǎn)、操作標準。山區(qū)植保無人機是面向山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特殊民用航空器，在山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，對其信號、電池續(xù)航、航線規(guī)劃、越障靈敏度等方面都有特殊的性能要求，應從這些要求出發(fā)，對山區(qū)植保無人機性能進行標準上的優(yōu)化，明確規(guī)范山區(qū)植保無人機的企業(yè)生產(chǎn)許可、飛手的飛行許可。二是實行山區(qū)植保無人機實名購買、發(fā)證歸檔制度，確保相關(guān)部門確切掌握山區(qū)植保無人機的使用者身份信息以及操作水平。雖然山區(qū)植保無人機是作為農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)，但因其機型特殊性、荷載物存在毒性、操作環(huán)境復雜、接觸人員混雜等特點，存在較大的安全風險。實行用戶實名購買、政府發(fā)證歸檔，確保植保無人機責任主體明確，飛行安全有保證。再鼓勵由農(nóng)村集體牽頭，建立“農(nóng)戶+企業(yè)+集體”的合作模式。一方面是山區(qū)經(jīng)濟落后，耕地破碎、單位面積小，單戶購買無人機的難度與成本巨大。由集體牽頭與提供專業(yè)化、高性價比服務的無人機植保服務公司合作，能夠大大降低植保無人機集中監(jiān)管難度。從另一方面來看，農(nóng)業(yè)植保無人機具有安全風險和操作難度，購買人群過于分散易導致管理和教學難度增加。三是要加快制定植保無人機管理政策，植保無人機作為新興科技產(chǎn)業(yè)，科研投入大且回報周期長，山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)具有經(jīng)濟基礎(chǔ)差、自然條件以及基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)條件差的特點。為了讓植保無人機成為山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)的重要助力，需要政府政策的大力支持。除去原有的植保無人機購機補貼，政府相關(guān)部門可以考慮鼓勵企業(yè)面向山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)應用場景進行性能創(chuàng)新，牽頭社會資本加大對山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的支持力度，成立專項資金項目開展山區(qū)農(nóng)業(yè)購機補貼。

3.2 發(fā)展山區(qū)植保無人機信息化管理系統(tǒng)

近年來，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展，中央也多次指明智慧農(nóng)業(yè)將是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的未來方向，山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展需求更是龐大。因此，植保無人機并不能停留在孤立的、單一功能的飛行器這一定位，要進一步推動植保無人機的智能化發(fā)展[24]，加快融入智慧系統(tǒng)的進程。這就需要構(gòu)建起完善的植保無人機信息化管理系統(tǒng)[25]，充分發(fā)揮山區(qū)植保無人機高效、適應山區(qū)地形等性能特點，結(jié)合北斗系統(tǒng)的精準定位功能以及物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，在智慧農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)全過程通過傳感器和云計算實現(xiàn)山區(qū)作業(yè)信息感知精準管理和智能控制。例如農(nóng)業(yè)用地變化勘測，利用植保無人機采集山區(qū)農(nóng)業(yè)用地圖斑形狀、面積等數(shù)據(jù)，及時掌握農(nóng)地用途流轉(zhuǎn)變化，大大提高耕地紅線控制、土地規(guī)模流轉(zhuǎn)、山區(qū)林地保護、土地用途管制等的便利程度。還可以發(fā)展農(nóng)田生化信息獲取技術(shù)，獲取土壤肥力、農(nóng)作物生長情況、農(nóng)作物病蟲害等信息，以便監(jiān)控農(nóng)田生產(chǎn)情況，做出及時反應，從而精準施肥施藥，在節(jié)約肥藥資源的同時保護農(nóng)作物和土壤健康。還可以進行山區(qū)環(huán)境生態(tài)風險監(jiān)控，通過對土壤理化性質(zhì)、植被覆蓋、地塊形狀等多種信息的掌握，形成初步的環(huán)境生態(tài)評估，及時預警并進行精準防護。此外，還可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局智能規(guī)劃，通過植保無人機傳感器收集農(nóng)田信息，結(jié)合智慧系統(tǒng)科學地進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局，由此形成不同田塊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局方案，有效解決丘陵地區(qū)農(nóng)戶科學知識水平不足導致的過度用田和布局不當問題，在節(jié)省農(nóng)戶時間的同時提高產(chǎn)量。

3.3 確定山區(qū)植保無人機科技創(chuàng)新方向

植保無人機創(chuàng)新能夠加快積累山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，但首先要更加精準化，山區(qū)耕地破碎、地形起伏大、農(nóng)業(yè)范圍廣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有規(guī)模小、品種多的特點。因此，在植保無人機的技術(shù)創(chuàng)新上理應有所側(cè)重。應當重點攻克植保無人機山區(qū)應用場景下的高精度、低功耗、易越障等特定要求。其次要更加智能化，提高用戶體驗。當前植保無人機的操作仍然較為復雜，技術(shù)門檻較高。但我國城鎮(zhèn)化、人口老齡化速度加快，決定了當下很大一部分農(nóng)民仍然是學識水平較低的中老年人。為提升用戶的體驗感和推動山區(qū)植保無人機的推廣，植保無人機應該朝著更加智能化的方向發(fā)展，大力研發(fā)智能規(guī)劃路線、一鍵起飛、自動作業(yè)、自動充電等功能[26]。最后是要更加集中化，要針對當前突出問題如電池續(xù)航、藥物飄移、載藥量等，集中力量進行攻克，目前各頭部植保無人機企業(yè)各自為政，政府需要科學指導和統(tǒng)籌安排各企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的方向和力量分配，積蓄山區(qū)植保無人機科技創(chuàng)新力量。

4 結(jié)論

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，植保工作的作業(yè)范圍、智能化程度都得到了進一步擴大和提高，尤其是在傳統(tǒng)大型機械難以到達的丘陵山區(qū)實現(xiàn)了一定程度的農(nóng)業(yè)機械化。因此，各地政府也不斷發(fā)布補貼、鼓勵政策，對植保無人機進行推廣，植保無人機市場規(guī)模不斷擴大?？梢灶A見，未來植保無人機市場會發(fā)展得更加繁榮。本文通過對目前植保無人機以及智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的市場、政策現(xiàn)狀進行分析和梳理，充分認識到了植保無人機在山區(qū)農(nóng)業(yè)市場的巨大潛力以及其對智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的推動作用，對植保無人機現(xiàn)階段無法在山區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)揮其應有作用的阻礙進行了深入探究，最后對現(xiàn)階段植保無人機助推山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的路徑進行了分析和探討，對于增強山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展內(nèi)生動力、奠定山區(qū)智慧農(nóng)業(yè)及鄉(xiāng)村振興發(fā)展基礎(chǔ)具有一定參考價值。