無人機在美國農業應用發展的困境、對策及我國啟示-藏刊網

無人機是指無人駕駛的小型航空機具,其應用范圍很廣,涉及農業、工商業等諸多領域.將無人機引入到農業生產中可以大幅提升農業現代化水平與生產效率,如利用無人機噴灑農藥可以將農民從繁重的植保勞動中解放出來,而且效果更佳; 此外通過無人機進行航拍測繪作業,可以極其廉價的方式收集到大量有效數據,監控作物長勢或預估產量,同時這些數據也可作為進一步調整農業生產管理措施的依據.據相關最大的世界貿易組織-國際無人駕駛機具系統聯合會 \\( 以下簡稱 AUVSI\\) 稱,目前日本農用無人機的數量已經超過 10 000 臺,承擔了農作物空中授粉 90% 的工作量[1].巴西、烏拉圭、阿根廷、澳大利亞等國家目前也都在使用無人機定位牧群,監控農作物的生長、收獲及旱澇病蟲害的情況.

由于無人機巨大的潛在應用價值,近年來,無論在日常新聞中還是在權威論著里,無人機一直是美國社會關注的焦點.社會學者認為它是先驅科技,日常工作的廣泛機械化必將進一步加速社會轉型.然而,民眾卻對無人機的飛速發展憂心忡忡.在這種社會輿論下,美國無人機的發展一度陷入困境.本文擬對無人機在美國農業應用發展中的困境進行分析,并結合我國農用無人機的發展現狀及遇到的問題,淺析其對我國農用無人機發展的啟示.

1 無人機在美國農業應用發展的困境

雖然無人機在許多領域都表現出極大的發展潛力,但美國民眾卻一直對無人機的航空安全問題及其可能對個人隱私帶來的侵犯而表現出許多擔憂,他們擔心無人機會侵犯個人隱私、侵害土地所有者的合法權益.這種強烈的不安導致無人機在美國航空業內的商業化運作發展遲滯,并且也限制了其在農業生產中的潛在表現.截至到 2013 年夏,美國國會已經頒布了多項重要法案,43 個州已經著手準備對無人機的使用進行立法,限制使用無人機的法案在美國各州迅速蔓延.截至 2013 年底,從美國聯邦中央政府到各州政府,大約出臺了超過 100部的相關法案[1].這些法案不同程度地成為無人機在農業中應用發展的障礙.如愛達荷州的法律規定,大小農牧場及農業企業未經土地所有者允許不得使用無人機進行監控作業.德克薩斯州的法律嚴格限制公共及私人使用無人機.伊利諾伊州通過了兩部無人機法案,一部用來限制執法部門,另一部則規定任何個人或者機構不得利用無人機 "干涉他人合法利用野生動植物或者水生生物".

聯邦航空局是目前唯一得到美國政府授權的民用航空機構.該機構規定民用航空無人機只能是無人模型飛行器,或者作為模型飛行器處于研發階段并有一定限制的航空飛行器.這一規定在一定程度上限制了無人機在農業等行業上的商用步伐.目前美國農用無人機的研發主體都在美國國外.雖然針對美國市場的農用無人機研發飛速發展,但由于美國國內相關商業化應用的零售市場基本被封殺,大量的公司只能通過澳洲、南美、歐洲以及亞洲等市場給美國的精準農業提供無人機平臺應用.但由于許多行業都對無人機的商業應用表現出持續的強烈興趣與需求,2012 聯邦航空局現代化法案又規定,在 2015 年 9 月前,聯邦航空局將穩步地把商用無人機納入美國航空業.

2 無人機在美國發展受阻的主要原因

美國無人機占有量超過全球的 70%.但是這些無人機基本上都用于軍事用途,農用等商業無人機市場幾乎被封殺.據 AUVSI 估計,美國每年因無人機產品滯銷所導致的經濟損失高達 100 億美元[2].美國的商用無人機發展嚴重受阻.

容易成為致命性攻擊武器.以美國為首的各國在軍方裝備無人機已經有 10 余年的歷史了,而且其規模還在不斷加大.2002 年,美國軍方裝備的無人機不足 200 臺,但到 2012 年,這一數字已增長到 6 300 臺.2012 年,美國軍方有超過 8 000 臺的無人機活躍在空中,空軍訓練的無人機操作手比戰斗機和轟炸機飛行員的總和還要多[2].目前世界各國也都加快了軍用無人機的研發與裝備進程,已經裝備武器化無人機的國家還有中國、英國、法國、德國、印度、伊朗、愛爾蘭、以色列、意大利等.盡管軍方越來越倚重無人機,但隨著 4 名美國公民在海外被無人機暗殺事件的曝光,無人機開始越來越多地進入到公眾視野,并引起了社會各界關于其使用界限的廣泛討論.雖然美國公眾強烈支持使用軍用無人機打擊恐怖組織,但大多數人反對將其用在美國公民身上,即使是用來防止恐怖襲擊.

對無人機安全性的擔憂.無人機在美國空軍中的事故率是最高的.這主要是因為無人機經常會應用最新的科技,而這些最新的科技大部分尚處于未成熟狀態; 而且無人機相比其他飛機而言執行的任務種類也更加多樣.據美國政府問責局稱,目前還沒有技術能讓無人機識別或者避讓其他航空器.該局還稱,利用科技手段阻塞或者攔截未加密的 GPS信號也已成為無人機飛行的一個隱患.阻塞 GPS信號會干擾無人機的導航功能,而攔截則會導致無人機被未授權用戶操控[3].

對于侵犯隱私可能性的擔憂.雖然目前數碼攝像頭已然遍布各處,很多人在毫不知情的情況下就被手機照了相,谷歌的街景圖像已經近到了不能再近的地步.商店、停車場、旅館、自動取款機、交通控制系統等都在肆無忌憚地使用監控.在紐約市,光是曼哈頓區就有 2 400 處監控,不計其數的面部識別裝置遍布各處.但是美國國內仍有相當一部分民眾堅持認為,無人機應當被徹底禁止,或者嚴格限制.愛荷華市新近通過了禁止使用無人機的法令.在最近的民意調查中,超過 60% 的人認為,如果政府執法部門裝備帶有高科技攝像頭的無人機,他們的隱私可能會受到侵犯[4].

總體來看,無人機第一次實現了廉價收集信息的功能.監控從此不再只是固定在某個地方,而是可能會主動找上你.載人飛機的飛行員可以有取舍的收集儲存信息,而無人機則是持續地收集信息,并將其反饋回系統.而且無人機更加靈活,它可以比載人飛機在一個點徘徊更長的時間,更加靠近目標.無人機除了可以錄制視頻資料外,還可以充當即時的電子眼.此外,無人機還可以截獲個人手機中的通訊信息,破解 WIFI 網絡.簡而言之,無人機可以輕松收集和監控既定目標的各種信息,再加上其無情的武裝機器人的形象,導致了目前美國商用無人機發展的困境.

3 從立法和道德層面尋求解決方案

盡管目前存在眾多反對無人機的輿論,但無人機帶給農業生產的優勢非常明顯,美國與其他國家在農業生產上的競爭很可能會推動無人機的商業推廣.在歐洲,政府巡察員將無人機用作一種巡察手段,以確保接受歐盟環保補貼的單位沒有騙保行為.這種遙感技術比親臨土地巡查可節省超過 2/3的成本.此外,無人機的應用也節約了農民的時間,避免了農民與巡察員之間的矛盾,因此農民對無人機也表現出一定的好感[5].然而隨著無人機應用的逐漸增多,一些涉及隱私的問題也隨之暴露.因此,美國以及其他西方無人機應用大國都在積極尋求妥善的解決方法.

從法律的層面尋求解決途徑.盡管使用無人機產生了很多的問題,但專家們還是認為可通過采取各種措施防止無人機對個人隱私的侵害.多數州都有相關法律用以防止非法入侵、侵犯隱私、潛行追蹤以及騷擾等行為發生.雖然這些法律在無人機出現之前就已經頒布,但是只要經過一定的修改,依然可以適用于無人機的相關問題.比如,根據亞利桑那州的法律,如果將無人機飛至個人財產齊眼的高度就可定義為非法入侵行為[6].

從道德的層面入手,建立行業道德規范也是緩解隱私擔憂的一劑良藥.歐洲無人機制造工業聯合會已經提出了 "行為準則".該準則規定了在無人機操作中,為確保安全性、專業性及禮節性所應采取的步驟方法,并且可以為執法部門提供參考.

4 無人機在我國農業中的應用現狀及其發展前景

我國是一個農業大國,發展安全、節約、高效的精準農業是農業現代化的重要標志,也是我國農業發展的一個目標.無人機在精準農業發展中具有非常重要的應用價值,因此也成為當前我國現代化農業發展中的迫切需求[7].

然而,在當前我國農業生產過程中,農作物保護仍以人工加手動、電動噴霧機這樣的半機械化裝備為主,約占作業總量的 99%.機械化植保設備,如拖拉機懸掛式施藥施肥機械僅占不到 1% 的份額[8].植保作業過程中,不僅需要大量的人力完成高強度作業,而且勞動者因此中毒的情況屢有發生.此外,目前我國植保作業中還普遍存在用藥量大、成本高、浪費嚴重等問題,致使農作物產量與質量難以得到保證.而且由此還帶來了一系列其他問題,如自然生態環境遭到破壞、水土資源污染嚴重、國民食品安全等級下降等,完全不能順應我國現代化農業發展的要求[9].

相比之下,農用航空無人機具有作業效益高、速度快、防治范圍廣、操作安全、性能穩定等優點,能大幅降低植保作業對人力在數量和勞動強度上的要求; 而且無人機不受農作物長勢及地理環境的限制,可有效應對農作物生長過程中人力以及施藥 \\( 肥\\) 等作業機械無法或者難以下地工作等情況,如在我國南方丘陵山地地區,耕作區域地形崎嶇,土壤濕重且黏性大,普通植保機械很難下地作業,而無人機則可以在不損壞農作物及土壤物理結構的條件下省時省力地完成作業,很好地解決這一難題.因此,大力發展并不斷提高無人機在我國精準農業中的應用水平有利于促進我國農業升級,走向資源利用 "多、快、好、省"的道路; 同時也可大幅提高我國農作物保護機械化技術水平,有效防控和治理大面積病蟲害的發生,減少不可控因素,切實提高農業生產者的收益,降低風險[10].

目前,我國農用無人機的應用水平較國外而言尚處于起步階段,但是發展勢頭迅猛.珠海、西安、南京、臨沂等地的相關研究機構及企業已經推出了多種小型農用無人機.從市場上現有的產品種類來看,大致可分為電動和油動 2 種,多為單旋翼、多旋翼或者固定翼,基本涵蓋了農情信息收集、綜合分析和反饋,作物長勢監測,種植面積與產量估計,災害評估等功能[11].但受市場價格、推廣等多重因素的制約,據不完全統計,截至2012 年底,全國的農用無人機使用量僅 100 臺左右,且大部分集中在種植大戶及小型農場中.盡管如此,農用無人機仍以其不足 10% 的植保機械市場份額為 30%的播種面積提供植保服務[12].

雖然無人機作為一種新興的農情遙感監測手段在我國的起步時間較晚,我國農用無人機的總量依然很低,實際應用面積依然很少,應用于精準農業領域的時間不長[13].但由于其在施肥、施藥、授粉等方面的巨大優勢,發展前景廣闊[14].國耕地面積超1. 2 億 hm2,但山地丘陵面積較大,以每年噴灑5 次,每 1 hm2作業價格 150 元為例,農用無人機一年的理論作業收入接近千億元.專家預計,到2015 年,農用航空器國內總需求量將超過 2 000 臺,至2020 年不低于5 000 臺,市場潛力巨大[15].

5 無人機在我國農業應用中遇到的問題

5. 1 相應的政策法規缺乏

近年來,隨著我國現代化農業進程的加快,相關部門也出臺了一系列政策,旨在逐步放開 1 000m 以下的低空空域,以鼓勵和支持我國農業航空的發展[16].然而,其管理體制參照目前的民用航空管理辦法,存在契合性不強、關聯不緊密、標準不適用、缺少完備的規范體系和作業流程等問題,將無人機航空作業的管理置于真空地帶,從而導致一系列相關社會、法律問題的出現.到目前為止,在國家層面尚未有促進農業無人機航空產業發展的行業政策,也沒有對無人機進行采購或者能耗補貼的扶持政策[17].

5. 2 農用無人機專業操作人員相對緊缺

雖然無人機的操作相對大型航空機具來說要簡單得多,但是要想穩定控制作業中的無人機并圓滿完成作業任務、達到預期作業目標也不是件容易的事情[18].目前我國農用無人機主要由制造商為用戶提供專業培訓服務,但受到經費、時間、場地等的限制,培訓效果平平; 同時接受培訓的群體文化水平相對落后,對專業知識的接受和消化能力相對較弱,導致培訓效果打折.受上述多方面因素的制約,目前具備農用無人機操作專業技能的人員相對匱乏,導致在生產過程中影響到實際效果的現象時有發生,甚至因此出現安全事故[19].

5. 3 農用無人機社會化配套服務體系不健全

農用無人機在農業生產,尤其是在農業植保方面起著非常重要的作用[20].雖然目前我國的農用無人機市場正在飛速增長,但是與其配套的形式多樣的社會化服務體系尚不健全,中介、培訓、維修、保險、租賃等還未實現規?；洜I,少數從事相關服務的企業也因承受不了巨大的成本支出,而無法實現規?；?、市場化.

5. 4 農用無人機市場推廣難度較大

雖說農用無人機在我國方興未艾,極具發展前景.但對于普通農民群體來說,還是個較為陌生的新生事物[21].由于目前我國農業生產規?；潭炔桓?多是小散經營,加上近年來外出務工農民增多,在一線從事生產的多是留守老人,他們對新事物的接受程度不高,并且習慣于自家的一畝三分地,對大規模的機械化作業缺乏認知,這些都加大了農用無人機的市場推廣難度.而且農用無人機作業技術性強、成本高、作業范圍廣,少部分對農用無人機有一定了解的農戶或大農場也寄希望于政府的統一作業,即便看到市場推廣,也多處于觀望狀態.

6 美國農用無人機發展困境對我國的啟示

美國無人機的發展歷史比我國長,美國各行各業的工作人員在感受到無人機所帶來的便利的同時,也在一定程度上遭受到無人機帶來的麻煩和困擾[22].反思美國農用無人機當前出現的發展困境,對于規范我國農用無人機發展具有諸多啟示.

6. 1 在國家層面給予政策支持,為農用無人機行業發展創造良好環境.美國的政治體制決定了其政策制定的途徑及利益走向,這與我國的政治體制環境有所不同.這種不可復制性要求我們的政策制定者應當根據我國國情走有中國特色的農用無人機應用發展道路,進一步加大政策導向和扶持力度,從宏觀層面制定出農用無人機產業未來發展的戰略部署,整合社會優質研發資源逐步完善和推進農用無人機應用技術的發展規劃,給予農用無人機研發企業一定的優惠政策,將家用無人機飛行器及其配套機具,尤其是國內自主品牌專利產品編入農機購置補貼目錄,并出臺一系列相關的補貼優惠政策,鼓勵農業生產者購買無人機進行農業生產,鼓勵建立社會化的專業服務組織等.與此同時,應當著力構建我國農用無人機技術培訓、推廣示范等社會化服務體系,逐步完善與農用無人機作業配套的租賃、中介、培訓、維修、保險、推廣及融資等社會化服務體系[23].用好用活政策,不斷釋放政策紅利,以服務 "三農"為本,不斷發掘無人機在我國農業現代化方面的應用潛力,同時要著力保證所制定出的各項政策能夠真正落到實處,為我國農用無人機行業的發展打好樁、輔好路[24].

6. 2 鼓勵科技創新,加大技術研發力度,加快應用發展企業是美國科技創新的主體.我國新一輪科技體制改革的重點之一就是將科技創新主體逐步轉變到以企業為主的軌道上來.在此背景之下,吸引更多有實力有基礎的大型農機企業進入農用無人機的研發制造業應為題中之義[25].應當鼓勵那些資金實力較強、市場規模較大的大中型企業與相關高校、科研單位進行產學研合作,以企業為龍頭,通過項目申請的方式將多方優勢資源整合在一起,將高校、科研單位的最新理論成果及時轉化成為產品,發揮企業靈活的市場機制將產品通過銷售網絡推向市場,打通農機到農戶的 "最后一公里",進而產生經濟效益和社會效益.

6. 3 進一步完善相關法律法規,建立健全相應的管理體制.隨著我國精準農業發展步伐的加快,農業生產、植保等領域對無人機的需求日益旺盛.為保證我國農用無人機行業的健康快速發展,應當盡快針對我國農用無人機作業機具工業制造、檢測、作業、質量以及環境保護認證等建立制定行業標準,構建農用無人機的市場準入制度,對于沒有達到市場準入標準的無人機嚴禁其進入市場銷售環節,杜絕后續因無人機質量問題所帶來的各種安全事故、道德倫理以及違反法律的問題[26].此外,各地政府在開展農田基建和改造時,應將農用無人機的作業環境納入到統籌考慮范圍之內,以最大限度地優化電力通訊等公共基礎設施規劃布局,減少其對農用無人機作業的影響.

由于農用無人機的管理運行涉及多行業多部門,因此應盡早成立一個由多部門聯合組成的農業航空服務管理機構,對我國農用無人機航空產業加強監管.盡快健全和完善相關的法律法規,做到出了問題有法可依,違法必究; 同時創新管理機制,避免管得太死,促進行業健康發展.此外,應充分調動我國農用無人機應用技術及產業相關聯合會的積極性,進一步加強其行業引導與服務作用,促進農用無人機制造企業與研發機構間的交流合作,在生產企業、研發機構、檢驗機構、推廣部門以及實際用戶之間架起溝通交流的橋梁,提升無人機產業發展的整合度.

7 小結

美國的發展經驗告訴我們,農用無人機行業的應用與推廣是一個龐大的系統工程.農用無人機行業的發展壯大離不開其自身行業的健康發展,更重要的是相關政策法規的配套完善.近些年來,我國的農用無人機市場經過不斷地發展壯大,市場銷售量和保有量逐年增加,但與其他農用機械應用相比發展水平還很落后.總體來看,目前我國農用無人機的核心技術體系不完善,關鍵技術研究不足,專業從事相關科研的人才隊伍匱乏; 適用于我國現有體制下的針對農用無人機行業的航空政策法規體系相對缺乏; 缺少專業從事社會化服務的機構,相關社會化服務體系不健全; 缺乏農用無人機的作業基礎條件和基礎環境建設.針對上述問題,為確保我國農用無人機航空產業的快速、健康發展,應加大資金投入力度,加強關鍵技術的攻關研究; 進一步加強農用無人機作業的軟硬件環境建設,切實提高農用無人機作業的適應性; 針對無人機行業加強立法,出臺有針對性的政策法規,以強化管理和規范.農用無人機產業的發展水平可以反映出我國現代化精準農業的發展現狀,它在某種程度上決定了我國現代化精準農業的發展走向與成敗.在各方的共同努力下,隨著我國無人機產業內外部環境的優化,我國農業的現代化進程必將步入一個嶄新的時代.

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