植保无人机助推山区智慧农业发展的路径分析*

陈武强 ， 田 波 ，滕召友 ，伍 艳 ，范清瑶 ，夏卫生

（1.长沙巨鼎工程技术有限公司，湖南 长沙 410081；2.湖南师范大学地理科学学院，湖南 长沙 410081）

习近平总书记多次强调全面建设社会主义现代化国家，大头、重头在“三农”，基础和潜力也在“三农”[1]。但现阶段我国农业生产条件并不乐观，山地丘陵地区达到国土面积的60%左右，山区农作物播种面积占到总耕地面积的30%左右，生产条件优越的耕地数量不断减少，可见山区农业是未来农业产业发展的重要潜力所在[2]。智慧农业尤其是植保无人机等小型机械技术的不断成熟，能够有效改善山区农业生态环境，显著提高农业生产经营效率。因此，近年来我国愈发重视智慧农业[1]。当前，相关学者围绕智慧农业问题展开了大量研究，研究内容主要集中在智慧农业的作用[3-5]、挑战与对策[6-7]、与“互联网+农业”的关系[8]等方面。而对于植保无人机，学者们主要关注其技术改良[9-11]、实践应用[12-13]、现状与建议[14-16]、管理机制[17-18]等方面。不难发现，关于两者结合的研究较少，但目前我国智慧农业市场规模逐年扩大，无人机植保市场占据了主要地位。因此，本文从植保无人机在山区智慧农业中发挥的作用出发，试分析其发展路径。

1 山区植保无人机发展现状

1.1 市场现状

随着国家对粮食安全的重视程度不断提高，植保无人机市场规模不断扩大。首先从丘陵山区的自然条件出发，丘陵山区承载着生产我国大部分粮食以及特色农产品的重担，但山区地势起伏、耕地破碎，缺少足够数量的平整机耕路，大型机械难以到达。受此限制，丘陵山区农业机械化水平远低于全国机械化平均水平[19]。其次从丘陵山区的资源条件来看，相关研究（农机化司丘陵山区摸底调查）的数据表明，中国丘陵山区耕地面积近4 700万hm2，占全国耕地面积的37%左右[20]。从农业需求来看，虽然我国是农业大国但农业投入产出比并不高，根据全国农技中心有关2023年农作物主要病虫害趋势的数据来看，主要粮食作物重大病虫害呈重发态势，预计发生面积20.20亿亩次，如不采取有效防控措施，潜在产量损失将达3 500亿斤以上。目前，国内病虫草害防治仍然依靠人工农药喷洒，农药喷洒平均一年两季，一季至少需要4次。而且我国种植大量高秆作物，大型机械无法作业，只能依靠人工喷洒农药。但是随着空心村、农村劳动力减少等问题的出现，农业生产逐渐无法负担农药喷洒带来的大量劳动力消耗。综上可知，植保无人机凭借着其高效安全、节水节药等优势，对国内山区智慧农业生产发展有着重大推动作用，具有较大的市场发展潜力。植保无人机成为时下热点业务，出现了发展植保和飞防智慧农业管理平台的大疆、专注农业无人化的极飞、形成农业飞防完整产业链的全丰、打造共享智慧农业服务生态系统的汉和航空、走向植保无人机人才培育的飞鹰兄弟等多家头部植保无人机企业[20]。

1.2 政策现状

改革开放以来，“三农”问题一直是中央工作的重点，其中，历年中央一号文件多次提及智慧农业、“互联网+农业”等关键词[1]。2012年中央一号文件明确要求加强农业各方面科技创新；2015年，首次将“农业现代化”作为中央一号文件的首要议题，提出支持农机、化肥、农药企业技术创新；2018年，在乡村振兴战略意见中首次提出数字农业，到2023年相关政策也一直强调农村数字化推进智慧农业发展。随着“十四五”时期的到来，我国物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术发展飞速，成为推动我国迈向智慧农业时代的有力支持。中央网信办等十部门印发《数字乡村发展行动计划（2022—2025年）》，强调加快智慧农业的创新发展。从政策的发展过程中不难发现，中央对于智慧农业的发展极为重视，政策上的支持带给了智慧农业更多的发展潜力和机会。

2014年起，中央多条重要文件明确指出要加强农业方面的航空农机建设，地方政府随后也出台了多项相关政策推动植保无人机发展。首先是购机补贴政策，2017年正式发布《农业部办公厅财政部办公厅中国民用航空局综合司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》，植保无人机补贴指导意见文件随之发行。其次是支持飞防组织和服务发展，政府不仅鼓励植保无人机企业拓展产业链，支持不同发展方向的企业互相合作建立飞防服务体系，还利用农作物病虫疫情统防统治补助、相关项目资金，支持各地大规模开展植保无人机病虫防控。政府同时展开了植保无人机人才培训工作，2015年起，开展“百县万名农民骨干科学用药培训行动”；2016年成立“国家航空植保科技创新联盟”，同年启动农用航机相关的国家重点研发项目；2017年开展新型植保机械使用与安全用药培训，开启农村实用人才培训工程。

2 山区植保无人机发展问题

2.1 推广难度大

一是经济要素阻碍了植保无人机在山区的推广。虽然国家发行了植保无人机购置补贴的相关政策，但植保无人机对于山区单户农民来说投入产出比仍然较低，山区耕地面积小，无人机单位面积使用成本高，后期维护保养技术成本也高。二是丘陵山区相比平原农村经济发展更加滞后，这导致了山区农民平均收入低，购买无人机的意愿和能力都不强。三是山区地块高低不平、坡度大，耕地破碎，植保无人机在小面积耕地作业成本高，且政策推广力度不足，山区农民对植保无人机的认知较少。目前，我国农机推广较为滞后[21]，依然停留在大型常规机械，植保无人机尚未成为我国农机推广的主力方向，植保无人机甚至还未列入国家级农机补贴目录。这使得山区农民对植保无人机知之甚少，再加上其经济能力不足，很难产生购买植保无人机的意愿[22]。

2.2 缺少系统监管

无人机市场热度不断攀升，国内外众多资本以及互联网企业纷纷介入，加快了植保无人机的技术创新，价格趋低，在其推广方面发挥着不可或缺的作用。但同时，植保无人机仍然属于新兴行业，政府对于企业和行业的监管严重滞后，相关法规尚未出台，植保无人机生产标准尚在制定，提供植保无人机运营服务的企业还未形成地理上的集聚效应，大大制约了植保无人机产业发展。一方面，植保无人机属于高新技术产物，市场上不同企业生产的植保无人机类别多样，但植保无人机生产标准不一，不利于山区植保无人机的推广教学以及后续的维修保养，且易产生农药喷洒精度、越障能力、电池续航不足等问题。另一方面是安全问题，虽然植保无人机飞行高度低但其载物重量大，由于山区作业环境险峻、载物大多含有毒性，所以若缺少对植保无人机的使用管理可能存在较大的安全风险。

2.3 设备技术有待完善

一是现有植保无人机在农业生产上的应用效果存在如农药飘移[20]、农药腐蚀等问题，山区植保无人机作业环境更加复杂恶劣。虽然已有专家和企业进行相关改进研究，但是从理论到落实仍然需要时间，且未来性能如何难以确定。二是植保无人机在设备方面存在缺陷，如电池续航能力不强[23]、操作便利性不足等，而这些难题恰恰是植保无人机在山区发展的关键。目前市场上的植保无人机主要分为燃油、电动两种机型。燃油机型存在噪声大、维护保养困难的缺陷；电动机型在电池续航、重量负荷上存在缺陷，无法长时间作业。植保无人机在性能、发动机、电池、驾驶仪[12]等多方面都有待进一步完善，再加上在山区实现植保无人机前期学习、后期维修保养相当困难，使得植保无人机很难对山区智慧农业发展起到推动作用。

3 发展路径分析

“三农”工作长期以来都是国家发展的重中之重，近年来更是不断强调“现代农业科技和物质装备支撑智慧农业发展”以及“丘陵山区农机装备研发制造”，足以表明国家对丘陵山地机械化发展的重视程度。而植保无人机作为高端智能农机装备，如何更好转向山区作业，助力智慧农业发展，也成为重要的课题。因此，根据前文分析，探究山区植保无人机相关发展路径，如图1所示。

图1 发展路径

3.1 构建符合山区实际情况的特色植保无人机监管模式

根据山区植保无人机发展的现有困境和目标，政府相关部门应出台相关法规构建符合山区实际情况的特色植保无人机监管模式。一是要确定山区植保无人机区别于其他作业环境下的生产、操作标准。山区植保无人机是面向山区农业生产的特殊民用航空器，在山区农业生产上，对其信号、电池续航、航线规划、越障灵敏度等方面都有特殊的性能要求，应从这些要求出发，对山区植保无人机性能进行标准上的优化，明确规范山区植保无人机的企业生产许可、飞手的飞行许可。二是实行山区植保无人机实名购买、发证归档制度，确保相关部门确切掌握山区植保无人机的使用者身份信息以及操作水平。虽然山区植保无人机是作为农业机械生产，但因其机型特殊性、荷载物存在毒性、操作环境复杂、接触人员混杂等特点，存在较大的安全风险。实行用户实名购买、政府发证归档，确保植保无人机责任主体明确，飞行安全有保证。再鼓励由农村集体牵头，建立“农户+企业+集体”的合作模式。一方面是山区经济落后，耕地破碎、单位面积小，单户购买无人机的难度与成本巨大。由集体牵头与提供专业化、高性价比服务的无人机植保服务公司合作，能够大大降低植保无人机集中监管难度。从另一方面来看，农业植保无人机具有安全风险和操作难度，购买人群过于分散易导致管理和教学难度增加。三是要加快制定植保无人机管理政策，植保无人机作为新兴科技产业，科研投入大且回报周期长，山区智慧农业具有经济基础差、自然条件以及基础农业条件差的特点。为了让植保无人机成为山区智慧农业的重要助力，需要政府政策的大力支持。除去原有的植保无人机购机补贴，政府相关部门可以考虑鼓励企业面向山区智慧农业应用场景进行性能创新，牵头社会资本加大对山区智慧农业发展的支持力度，成立专项资金项目开展山区农业购机补贴。

3.2 发展山区植保无人机信息化管理系统

近年来，国内物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术飞速发展，中央也多次指明智慧农业将是我国农业发展的未来方向，山区智慧农业发展需求更是庞大。因此，植保无人机并不能停留在孤立的、单一功能的飞行器这一定位，要进一步推动植保无人机的智能化发展[24]，加快融入智慧系统的进程。这就需要构建起完善的植保无人机信息化管理系统[25]，充分发挥山区植保无人机高效、适应山区地形等性能特点，结合北斗系统的精准定位功能以及物联网、人工智能、大数据等现代信息技术，在智慧农业的生产全过程通过传感器和云计算实现山区作业信息感知精准管理和智能控制。例如农业用地变化勘测，利用植保无人机采集山区农业用地图斑形状、面积等数据，及时掌握农地用途流转变化，大大提高耕地红线控制、土地规模流转、山区林地保护、土地用途管制等的便利程度。还可以发展农田生化信息获取技术，获取土壤肥力、农作物生长情况、农作物病虫害等信息，以便监控农田生产情况，做出及时反应，从而精准施肥施药，在节约肥药资源的同时保护农作物和土壤健康。还可以进行山区环境生态风险监控，通过对土壤理化性质、植被覆盖、地块形状等多种信息的掌握，形成初步的环境生态评估，及时预警并进行精准防护。此外，还可以实现农业生产布局智能规划，通过植保无人机传感器收集农田信息，结合智慧系统科学地进行农业生产布局，由此形成不同田块的农业生产布局方案，有效解决丘陵地区农户科学知识水平不足导致的过度用田和布局不当问题，在节省农户时间的同时提高产量。

3.3 确定山区植保无人机科技创新方向

植保无人机创新能够加快积累山区智慧农业技术优势，但首先要更加精准化，山区耕地破碎、地形起伏大、农业范围广，农业生产具有规模小、品种多的特点。因此，在植保无人机的技术创新上理应有所侧重。应当重点攻克植保无人机山区应用场景下的高精度、低功耗、易越障等特定要求。其次要更加智能化，提高用户体验。当前植保无人机的操作仍然较为复杂，技术门槛较高。但我国城镇化、人口老龄化速度加快，决定了当下很大一部分农民仍然是学识水平较低的中老年人。为提升用户的体验感和推动山区植保无人机的推广，植保无人机应该朝着更加智能化的方向发展，大力研发智能规划路线、一键起飞、自动作业、自动充电等功能[26]。最后是要更加集中化，要针对当前突出问题如电池续航、药物飘移、载药量等，集中力量进行攻克，目前各头部植保无人机企业各自为政，政府需要科学指导和统筹安排各企业技术创新的方向和力量分配，积蓄山区植保无人机科技创新力量。

4 结论

随着科学技术的快速发展，植保工作的作业范围、智能化程度都得到了进一步扩大和提高，尤其是在传统大型机械难以到达的丘陵山区实现了一定程度的农业机械化。因此，各地政府也不断发布补贴、鼓励政策，对植保无人机进行推广，植保无人机市场规模不断扩大。可以预见，未来植保无人机市场会发展得更加繁荣。本文通过对目前植保无人机以及智慧农业发展的市场、政策现状进行分析和梳理，充分认识到了植保无人机在山区农业市场的巨大潜力以及其对智慧农业发展的推动作用，对植保无人机现阶段无法在山区农业发挥其应有作用的阻碍进行了深入探究，最后对现阶段植保无人机助推山区智慧农业发展的路径进行了分析和探讨，对于增强山区智慧农业发展内生动力、奠定山区智慧农业及乡村振兴发展基础具有一定参考价值。