蝗災來襲
2020年初，鄂中大疫，非洲鬧蝗蟲。2月17日，數千億蝗蟲肆虐東非多個國家，聯合國發出警告，衣索比亞、肯亞、烏幹達、坦尚尼亞和索馬利亞將發生饑荒。此外，東非3600億蝗蟲越過阿拉伯海進入亞洲，重創印度16.8萬公頃農田。蝗蟲過處，寸草不生。繼東非蝗災之後，紅海兩岸蝗災規模繼續擴大，已影響葉門、沙烏地阿拉伯、阿曼。此外，受強季風影響，大量蝗群一周前抵達海灣兩側，「造訪」了科威特、巴林、卡達和伊朗西南海岸區域。我們的鄰國巴基斯坦因蝗災於今年2月早些時候宣布國家緊急狀態。聯合國糧食及農業組織發表警告，東非地區情況極度危急，沙漠蝗蟲數量已經達到3600億隻！非洲之角的糧食安全和生計，面臨前所未有的威脅！！！！這次「悄無聲息」的蝗災，實際上在2019年6月就已經開始。最開始，人們沒有意識到它的危險，也沒能及時控制。隨後，便是四處蔓延、愈演愈烈，甚至已經威脅到了無數人的生命。到了近日，它已經演變成了幾十年一遇的超級蝗災，甚至驚動了國際社會。
防治蝗災，各種手段
蝗災如果防治不及時，會使農作物絕產，讓農戶遭受嚴重經濟損失。1、農業防治。1) 減少蝗蟲食物源。很多種類的蝗蟲都吃玉米、小麥、高粱、水稻、穀子等，而不吃大豆、苜蓿、果樹等，因此在蝗蟲發生地可以儘量多種大豆、苜蓿、果樹。2)減少蝗蟲生存地。有些蝗蟲發生地的地勢較低，可以把這樣的地塊改造成池塘，養魚養蝦。3) 有效減少蝗蟲的產卵地。2、生物防治。保護和利用當地蝗蟲的天敵，它們可以消滅很大一部分蝗蟲。蝗蟲的天敵有很多，包括青蛙、蜥蜴、鳥、真菌、病毒、線蟲、捕食性的甲蟲、寄生類的蜂類、寄生蠅類等。螞蟻、步甲、芫青、雛蜂虻、食蟲虻等都是蝗蟲的重要捕食性天敵昆蟲。此外，也可牧雞、牧鴨治蝗，在蝗蟲發生時，把雞鴨放到田間捕食。聽說中國政府已派出10萬「鴨子軍隊」抵達巴基斯坦也將代表國家出徵滅蝗蟲。目前用於防治蝗蟲的生物農藥有蝗蟲微孢子蟲、綠僵菌和印楝素。蝗蟲取食了有微孢子蟲的食物後就會得病，接觸綠僵菌的蝗蟲會因為體內長滿菌絲而死亡，印楝素則是一種植物源殺蟲劑。3、化學防治。目前用於防治蝗蟲的主要有：1) 有機磷類農藥——馬拉硫磷、敵敵畏；2) 菊酯類農藥——溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯；3) 昆蟲生長調節劑——卡死克。還有很多混配的農藥，如快殺靈。銳勁特（又名氟蟲腈）也是殺蝗蟲的特效農藥。毋庸置疑，技術的進步給了我們更多迎戰蝗災的手段。1986年，中國從美國引進了蝗蟲微孢子Nosema（Paranosema）locustae，這種真核病原微生物不僅可以直接致死，還能極大地削減蝗蟲的繁殖力，由此產生的亞致死作用限制了蝗蟲的數量和集群能力。與之類似的蝗蟲病毒、病原線蟲，以及通過轉基因技術產生的毒性更強的真菌，亦可以起到類似的效果。本次起源於非洲和中東的沙漠蝗由於高原的阻隔，對中國境內的影響可能有限，但原本肆虐中原的亞洲飛蝗、東亞飛蝗蝗災依舊在東北和華北地區時有發生。而在中國西部的內蒙、新疆、西藏、四川和甘肅等地區，草地蝗災的發生規模和頻率在90年代至今不斷攀升——根據不完全統計，中國的草原蝗災年均成災面積達1000萬公頃，每公頃損失鮮草達600公斤。如此高強度地使用農藥和滅蝗微生物手段都無法徹底撲殺中國的蝗災，在技術手段更落後、人力投入更匱乏的非洲、中東和澳大利亞等地，蝗災的勢頭便更一發不可收拾。聯合國指出，在目前的蝗群規模下，快速消滅大量蝗蟲唯一有效手段方法就是空中控制。空中控制，讓飛機或無人機通過空中噴灑殺蟲藥的方式進行消滅，農業無人機將成為空中控制的有效力量。無人機將發揮滅蝗蟲的積極作用
植保無人機在田間作業
事實上，英國的農業無人機，滲透率已達到18%，並正在改變農民種植作物和飼養牲畜的方式。在中國，隨著無人機技術的迅速提高，農業無人機也正在應用於作物健康、水分應用、土壤分析等土地實時信息的收集，幫助農戶更好地管理作物，實現「精準農業」。目前，農業無人機最廣泛的應用之一，就是農藥噴灑。以棉田為例，實現機械採棉需要噴灑落葉劑，採用人工方式的成本較高，拖拉機開進棉田則會碾壓棉花、導致減產。而使用無人機噴灑，不僅可以節省人力、降低成本，還可以做到實時、均勻、準確噴灑，最大限度減少滲入地下水的劑量。如今東非蝗災肆虐，使用農業無人機噴灑農藥必將起到奇效。無人機更深入地介入農業領域，還將影響到農業全行業鏈條，推動農業技術革命。據了解，農業植保無人機背後是至少萬億級的農機和農藥市場，無人機的出現或將促進相關行業提高服務水準。不僅如此，「無人機+感應器+大數據」在農業領域的應用，能夠勾勒出一個多層次、全方位的「農業地圖」：土壤信息、作物信息、氣候信息，乃至農戶信息，都將得到匯總，從而提高農業生產效率。資訊時代的農業，農民或許只要動動遙控器，就能指揮停在蔬菜大棚裡的無人機自行裝藥、起飛、撒藥、返回。但同時當農田裡蝗蟲較多時，影響無人機飛行怎麼辦？怎麼解決無人機的耐腐蝕問題，做到「皮實耐用」？如何教會年齡較大的農民使用無人機？這就要求企業從農業的實際出發、站在田埂上搞創新。今年的中央一號文件再次提到「智慧農業」，並強調強化創新驅動發展，實施農業關鍵核心技術攻關行動，培育一批農業戰略科技創新力量。相信隨著資訊時代的到來，新技術的應用將帶來更多改變時代的力量。下面我們將展開農業機器人的一些討論。農業植保無人機由飛行平臺（多軸飛行器）、地面遙控、噴灑支撐組件三部分組成，通過地面遙控或導航飛控，來實現噴灑作業。
世界代表性農業機器人創業公司
無人機是農民採用的首批機器人應用之一，它可以幫助農民節省大量時間和勞動力，而無需外出查看作物。這些無人機配備了多光譜和照相機，可監測作物的潛在威脅、植物的生長和預測產量，更先進的無人機能夠攜帶和運送有效載荷，如農藥、除草劑、肥料和水。大疆在農業領域的布局從農作物監測、農業諮詢、灌溉管理到噴灑設備都有涉及。其精靈系列無人機可分別完成苗圃、溫室農作物實時監測，獲取重要的農作物信息等任務。大疆農業植保機解決方案2.0 採用全新 A3-AG 2.0/N3-AG 2.0 飛控和雷達感知系統，結合MG 智能規劃作業系統，大疆農業管理平臺，以及全新水泵噴灑系統，可實現精準植保作業、高效作業規劃、飛行實時管理和工作統計，大幅提升農業植保效率。T20、T16 植保無人飛機性能強大且噴灑效果出色，可在大田、梯田、果園等多種作業場景下實現全自主作業，更配備了可靠的全向數字雷達，延續了DJI 大疆植保無人飛機一貫的卓越性能，帶來了 DJI 大疆植保無人飛機前所未有的高載重與寬噴幅。強大的硬體協同AI 智能引擎技術及三維作業規劃功能，將植保作業效率提升至新高度。MG-1S農業植保機集成大疆最新技術，全新的 A3 飛控和雷達感知系統為飛行可靠性保駕護航，水泵噴灑系統和流量傳感器讓植保作業更精準，配合全新MG智能規劃作業系統和大疆農業管理平臺，可實現作業規劃、飛行實時管理和工作統計。MG-1S Advanced 擁有出色的藥液噴灑動態控制技術，藥液噴灑精準有效。全新噴灑系統採用新型航天材料，提高了噴灑系統的抗腐蝕能力，壽命翻倍。新一代噴頭杜絕漏滴，僅需0.5 秒即可完成噴灑啟停。水泵配置了防護罩，防止藥液腐蝕線路與水泵表面，延長使用壽命。American Robotics公司是美國一家專注於農業自動化的無人機開發公司。一旦安裝即可按照預先設定的時間按需飛行，自動處理和上傳搜集到的數據到雲端，使用團隊專利算法，智能和有效地監測農田和識別作物各項指數。提供多種植被指數、數據類型和作物分析，及早發現和糾正植物脅迫。位於南非的Aerobotics使用常規衛星圖像和無人機飛行來監測作物，並警告用戶果園中潛在的風險，可準確的統計包括樹木健康狀況，樹木數量，樹木尺寸和樹冠面積等數據。Aerobotics公司的旗艦產品是數據分析平臺 Aeroview，主要利用無人機、衛星和人工智慧技術幫助農民優化種植，降低投入成本。農民用戶可以購買與該公司合作的無人機產品，然後投放到自己的農田飛行，之後Aeroview 平臺就會自動收集所有相關數據分析農作物健康，以及生長所需要的水分和其他條件，並且預估莊稼產量。Hummingbird Technologies（英國）Hummingbird Technologies是一家人工智慧公司，利用衛星、無人機、飛機和機器人技術的圖像和數據分析，以及專有算法，為農民提供農作物在關鍵決策節點的高解析度地圖。蜂鳥採用最先進的機器學習和計算機視覺技術，直接向農戶提供田間作物健康方面的可操作建議。2018年底，Indigo Agriculture收購了TellusLabs，稱該公司為「世界糧食供應狀態的活地圖」。TellusLabs建立了自己的衛星圖像分析平臺，最初的目的是向大宗商品交易商、政府和保險公司等非農業客戶銷售數據。公司依靠各種中解析度和粗解析度衛星，使用機器學習算法，通過實時跟蹤農場管理決策和農藝參數(包括農田邊界、作物類型、種植和收穫日期以及作物的總體表現)來預測全球作物產量。還有農業無人車、噴灑和除草機器人
除了無人機之外，還有一些公司利用雜草圖像資料庫訓練他們的機器人探測和清除雜草，或者直接在雜草本身而不是植物上施用殺蟲劑。隨著越來越多的雜草對殺蟲劑產生抗藥性，使用除草機器人將為農民節約大量的成本，也對環境產生巨大的促進作用。在2020智慧農業技術大會（SAC）上，極飛科技發布了全新的農機自動駕駛系統與農業無人車R80。R80農業無人車採用可變參數的轉向系統，而非一個方向的轉向系統，簡單來說像坦克，最大爬坡角度達到30度，最大速度1.5米每秒，在農業領域裡，大部分的拖拉機行駛速度是1米每秒。它還可以原地轉向，走長半徑只有車長的1/2，即0.7米，整車長度在1.4米左右，空車重80千克，最大作業重量是160千克，即有80千克的載重能力。它兼容極飛P系列電池，任務續航30分鐘，15分鐘快充，作業效率是普通植保無人機的4倍。可承載各種各樣的衝擊，各種各樣的地貌，是一個非常堅固的設備。適用於多種複雜農田裡作業，作業完成，一輛三輪車就可以把它拉走。極飛農業無人車具備植保無人機除飛行以外的所有技術優勢，包括全地形自主作業，釐米級精準導航，微米級變量噴灑等，還擁有數倍於植保無人機的超大負載、超長續航，運作成本更低，行車更安全，而且操作簡單易學，無需培訓即可上手，作業更靈活。與之配套的智能農業管理系統，通過採集大量農田信息與生產數據，並將這些信息數據與所見所感的物理農業世界，加上用戶和農業專家的智慧、歷史經驗、知識，進行分析，做出規律預測。雲端每天都接收、學習、評估著 8000萬條的海量數據，深度學習並持續優化結論所帶來的結果，就是智慧農業。Blue River Technology（美國）Blue River總部設在矽谷，生產安裝在拖拉機上的噴藥機器人，使用計算機視覺來識別需要肥料的植物，噴灑農藥或除草劑等。這種機器人主要被用於棉花、生菜，以及其它特色蔬菜。公司曾榮獲美國農業與生物工程師學會最具創新的50家農業公司，並被Inc.Magazine評為2017年25家最具顛覆性的公司。2017年，Blue River被全球最大農業機械製造商約翰迪爾公司以3.05億美元收購。瑞士 ecoRobotix 除草機器人搭載的太陽能面板，可提供12小時太陽能動力而無需充電。可實現自動工作，無需人工操作，能逐一檢視作物生長情況，辨識雜草、再噴灑農藥，或減少20 倍的農藥使用量！EcoRobotix也因此獲得2018年環境經濟獎。FarmWise為蔬菜農場開發了一種除草機器人，它利用計算機視覺識別雜草，並利用機器人在不使用除草劑的情況下清除雜草。Ibex自動化有限公司為農民開發了自主農業機器人系統，包括用於草原的自主精確雜草檢測和噴灑系統。Augmenta是由希臘創業公司研發的一款可配備於拖拉機的即插即用設備，允許農民基於攝像機進行作物分析和自動施肥控制。提供配備自動導航和駕駛系統的高精度車輛。可應用於噴灑農藥、精確灌溉，排水和土地平整，為農戶增加收成和進行產量監測。Autonomous Solutions, Inc.（美國）Autonomous Solutions, Inc.研發的一款無人駕駛拖拉機可應用於果園、葡萄園，每一輛無人駕駛農用車都配備了一系列硬體和軟體組件，允許用戶在手動控制和機器人控制之間進行切換。這些部件與現有的有線、機械或液壓控制系統一起工作，並將車輛連接到中央指揮站，從而允許單個操作員管理多輛無人駕駛卡車。目前，大多數該領域的機器人仍處於研究或半商業化的試驗階段。據預計，2026年以後，配備制導技術的拖拉機將以每年66萬輛的速度增長。這些拖拉機使用RTK GPS技術自動跟蹤預定的路徑，具有釐米級的精度。農業機器人技術升級，中國迎來良好發展期農業，作為國民經濟的支柱產業，被譽為「母親產業」。在信息技術高速發展的背景下，農業也正處於轉型期。這種轉變因國而異，因地區而異，也因耕作方式而異。世界各地的農業技術都在經歷變革，但總的趨勢是採用精準農業以及機器人等先進技術。在自動化發展的浪潮中，農業的自動化、智能化趨勢無法阻擋。農業機器人市場的發展趨勢表明，相關企業目前還是專注於通過合作或引入新技術，進行產品的研發和升級，以提高公眾對現有產品和技術的認識，同時填補供應缺口，實現生產的可持續性。此外，為了促進農業機器人的發展，各國政府、私營企業、研究機構正在作出大量努力，以尋求增加全球糧食生產的解決方案。20世紀以來，全世界範圍內農業勞動生產率提升了150%，但卻呈現出國家、地區的不平衡。據相關數據表明，中國農業勞動生產率約為世界平均值的47%，約為高收入國家平均值的2%，約為美國和日本的1%。專家預測，中國下一次產業革命將在農業領域進行，也就是說從2020年起未來30年將是大農業的天下。而這次產業革命的顯著特點之一就是以高科技為支撐。根據十二五規劃和政府提出的目標，2020年，農業機械化水平將提高70%，2030年將提高82%。如果這種情況發生，農業將成為中國機械行業增長速度第二的行業，僅次於工業機器人。世界各地的農民都在老齡化，願意在農場工作的人越來越少。僅在日本，農民數量就從2004年的220萬下降到2014年的170萬。到2016年，日本農民的平均年齡為67歲。同時，對於新一代的年輕人而言，務農並不是一種有吸引力的職業，這加劇了農民的短缺。在美國，美國勞工統計局(Bureau of Labor Statistics)報告稱，2012年有74.94萬名農業工人，比2011年下降了3%(2.5萬人)。美國總統川普修建邊境圍牆的計劃，正在影響來自墨西哥的季節性農場工人。勞動力短缺每年使農作物產量減少約31億美元。在所謂的「脫歐」之後，隨著東歐移民工人離開或避開英國，機器人正代替人來進行農業勞作。農業是我們最重要的產業之一。它提供我們生存所必需的食物、飼料和燃料。到2050年，全球人口預計將達到90億，農業生產必須翻一番才能滿足需求。由於耕地有限，生產力必須提高25%才能幫助實現這一目標。生產力的提高必須依賴於高科技應用。專門的傳感器，包括機器視覺、全球定位系統(GPS)實時動態測量技術(RTK)、基於雷射的設備和慣性設備、致動器(液壓缸、直線電機和旋轉電機)和電子設備(嵌入式計算機、工業PC和PLC)使農業機器人能夠集成，這些自動/半自動系統為機器人提供了精確的定位和導航，如果配備適當的工具(農業工具或器具)，它們能夠精準的執行農業任務。技術方面，預計在未來10年，無人機的應用範圍最廣。中國是無人機的主要生產國之一，但北美和歐洲仍處於市場領先地位。與發達國家相比，中國農業機器人起步較晚，但隨著國家經濟和科技的快速發展，以及農業自動化和城鎮化進程的不斷加快，國家加大了對農業機械化發展的扶持力度，比如政府方面發布了《農機裝備發展行動方案（2016-2025）》等系列文件，要求利用農業機器人等農業機械的有效供給能力，提升現代農業生產水平，促進我國從農機製造大國向農機製造強國轉變。雖然中國農業機器人已經迎來了良好發展期，但還面臨著技術上的難題。因為中國地形複雜，大面積成片的土地較少，這對機器人的適應性提出了更高的要求，相應地，在成本和技術落地上就更為困難。所以，中國的農業機器人研發主要從兩個方面進行突破：一方面是研發類似於機械手的農業機器人，這種機器人不需要移動，受地形限制較小，但需要考慮作業對象的力學特徵、生理特徵等因素；另一方面是研發更加智能的農業機器人，這種機器人能夠自動行走和工作，具備獨立路徑規劃、智能避障、精準探測定位等功能。儘管農業機器人和機電一體化正在快速發展，但其廣泛應用於農業仍需解決很多的問題。我們仍處於農業機器人發展的起步期，大部分產品也只處於早期研發和試驗階段。但隨著技術的不斷進步，以及高清攝像機和障礙物檢測傳感器的應用，農業機器人的性能有望得到提升。農業機器人市場預計將從2016年的27.5億美元增長到2022年的128億美元。對農業效率和生產力的日益關注預計將推動農業機器人市場的增長。儘管農業機器人具有諸多優勢和強大的功能，但目前仍處於起步階段，還存在較多的不足之處。一旦這些問題得以解決，農業機器人將更多地出現在我們的視野中。
本文圖片來自：各公司（大疆、極飛等）官網或公開資料
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