无人机是指无人驾驶的小型航空机具,其应用范围很广,涉及农业、工商业等诸多领域.将无人机引入到农业生产中可以大幅提升农业现代化水平与生产效率,如利用无人机喷洒农药可以将农民从繁重的植保劳动中解放出来,而且效果更佳; 此外通过无人机进行航拍测绘作业,可以极其廉价的方式收集到大量有效数据,监控作物长势或预估产量,同时这些数据也可作为进一步调整农业生产管理措施的依据.据相关最大的世界贸易组织-国际无人驾驶机具系统联合会 ( 以下简称 AUVSI) 称,目前日本农用无人机的数量已经超过 10 000 台,承担了农作物空中授粉 90% 的工作量[1].巴西、乌拉圭、阿根廷、澳大利亚等国家目前也都在使用无人机定位牧群,监控农作物的生长、收获及旱涝病虫害的情况.
由于无人机巨大的潜在应用价值,近年来,无论在日常新闻中还是在权威论着里,无人机一直是美国社会关注的焦点.社会学者认为它是先驱科技,日常工作的广泛机械化必将进一步加速社会转型.然而,民众却对无人机的飞速发展忧心忡忡.在这种社会舆论下,美国无人机的发展一度陷入困境.本文拟对无人机在美国农业应用发展中的困境进行分析,并结合我国农用无人机的发展现状及遇到的问题,浅析其对我国农用无人机发展的启示.
1 无人机在美国农业应用发展的困境
虽然无人机在许多领域都表现出极大的发展潜力,但美国民众却一直对无人机的航空安全问题及其可能对个人隐私带来的侵犯而表现出许多担忧,他们担心无人机会侵犯个人隐私、侵害土地所有者的合法权益.这种强烈的不安导致无人机在美国航空业内的商业化运作发展迟滞,并且也限制了其在农业生产中的潜在表现.截至到 2013 年夏,美国国会已经颁布了多项重要法案,43 个州已经着手准备对无人机的使用进行立法,限制使用无人机的法案在美国各州迅速蔓延.截至 2013 年底,从美国联邦中央政府到各州政府,大约出台了超过 100部的相关法案[1].这些法案不同程度地成为无人机在农业中应用发展的障碍.如爱达荷州的法律规定,大小农牧场及农业企业未经土地所有者允许不得使用无人机进行监控作业.德克萨斯州的法律严格限制公共及私人使用无人机.伊利诺伊州通过了两部无人机法案,一部用来限制执法部门,另一部则规定任何个人或者机构不得利用无人机 "干涉他人合法利用野生动植物或者水生生物".
联邦航空局是目前唯一得到美国政府授权的民用航空机构.该机构规定民用航空无人机只能是无人模型飞行器,或者作为模型飞行器处于研发阶段并有一定限制的航空飞行器.这一规定在一定程度上限制了无人机在农业等行业上的商用步伐.目前美国农用无人机的研发主体都在美国国外.虽然针对美国市场的农用无人机研发飞速发展,但由于美国国内相关商业化应用的零售市场基本被封杀,大量的公司只能通过澳洲、南美、欧洲以及亚洲等市场给美国的精准农业提供无人机平台应用.但由于许多行业都对无人机的商业应用表现出持续的强烈兴趣与需求,2012 联邦航空局现代化法案又规定,在 2015 年 9 月前,联邦航空局将稳步地把商用无人机纳入美国航空业.
2 无人机在美国发展受阻的主要原因
美国无人机占有量超过全球的 70%.但是这些无人机基本上都用于军事用途,农用等商业无人机市场几乎被封杀.据 AUVSI 估计,美国每年因无人机产品滞销所导致的经济损失高达 100 亿美元[2].美国的商用无人机发展严重受阻.
容易成为致命性攻击武器.以美国为首的各国在军方装备无人机已经有 10 余年的历史了,而且其规模还在不断加大.2002 年,美国军方装备的无人机不足 200 台,但到 2012 年,这一数字已增长到 6 300 台.2012 年,美国军方有超过 8 000 台的无人机活跃在空中,空军训练的无人机操作手比战斗机和轰炸机飞行员的总和还要多[2].目前世界各国也都加快了军用无人机的研发与装备进程,已经装备武器化无人机的国家还有中国、英国、法国、德国、印度、伊朗、爱尔兰、以色列、意大利等.尽管军方越来越倚重无人机,但随着 4 名美国公民在海外被无人机暗杀事件的曝光,无人机开始越来越多地进入到公众视野,并引起了社会各界关于其使用界限的广泛讨论.虽然美国公众强烈支持使用军用无人机打击恐怖组织,但大多数人反对将其用在美国公民身上,即使是用来防止恐怖袭击.
对无人机安全性的担忧.无人机在美国空军中的事故率是最高的.这主要是因为无人机经常会应用最新的科技,而这些最新的科技大部分尚处于未成熟状态; 而且无人机相比其他飞机而言执行的任务种类也更加多样.据美国政府问责局称,目前还没有技术能让无人机识别或者避让其他航空器.该局还称,利用科技手段阻塞或者拦截未加密的 GPS信号也已成为无人机飞行的一个隐患.阻塞 GPS信号会干扰无人机的导航功能,而拦截则会导致无人机被未授权用户操控[3].
对于侵犯隐私可能性的担忧.虽然目前数码摄像头已然遍布各处,很多人在毫不知情的情况下就被手机照了相,谷歌的街景图像已经近到了不能再近的地步.商店、停车场、旅馆、自动取款机、交通控制系统等都在肆无忌惮地使用监控.在纽约市,光是曼哈顿区就有 2 400 处监控,不计其数的面部识别装置遍布各处.但是美国国内仍有相当一部分民众坚持认为,无人机应当被彻底禁止,或者严格限制.爱荷华市新近通过了禁止使用无人机的法令.在最近的民意调查中,超过 60% 的人认为,如果政府执法部门装备带有高科技摄像头的无人机,他们的隐私可能会受到侵犯[4].
总体来看,无人机第一次实现了廉价收集信息的功能.监控从此不再只是固定在某个地方,而是可能会主动找上你.载人飞机的飞行员可以有取舍的收集储存信息,而无人机则是持续地收集信息,并将其反馈回系统.而且无人机更加灵活,它可以比载人飞机在一个点徘徊更长的时间,更加靠近目标.无人机除了可以录制视频资料外,还可以充当即时的电子眼.此外,无人机还可以截获个人手机中的通讯信息,破解 WIFI 网络.简而言之,无人机可以轻松收集和监控既定目标的各种信息,再加上其无情的武装机器人的形象,导致了目前美国商用无人机发展的困境.
3 从立法和道德层面寻求解决方案
尽管目前存在众多反对无人机的舆论,但无人机带给农业生产的优势非常明显,美国与其他国家在农业生产上的竞争很可能会推动无人机的商业推广.在欧洲,政府巡察员将无人机用作一种巡察手段,以确保接受欧盟环保补贴的单位没有骗保行为.这种遥感技术比亲临土地巡查可节省超过 2/3的成本.此外,无人机的应用也节约了农民的时间,避免了农民与巡察员之间的矛盾,因此农民对无人机也表现出一定的好感[5].然而随着无人机应用的逐渐增多,一些涉及隐私的问题也随之暴露.因此,美国以及其他西方无人机应用大国都在积极寻求妥善的解决方法.
从法律的层面寻求解决途径.尽管使用无人机产生了很多的问题,但专家们还是认为可通过采取各种措施防止无人机对个人隐私的侵害.多数州都有相关法律用以防止非法入侵、侵犯隐私、潜行追踪以及骚扰等行为发生.虽然这些法律在无人机出现之前就已经颁布,但是只要经过一定的修改,依然可以适用于无人机的相关问题.比如,根据亚利桑那州的法律,如果将无人机飞至个人财产齐眼的高度就可定义为非法入侵行为[6].
从道德的层面入手,建立行业道德规范也是缓解隐私担忧的一剂良药.欧洲无人机制造工业联合会已经提出了 "行为准则".该准则规定了在无人机操作中,为确保安全性、专业性及礼节性所应采取的步骤方法,并且可以为执法部门提供参考.
4 无人机在我国农业中的应用现状及其发展前景
我国是一个农业大国,发展安全、节约、高效的精准农业是农业现代化的重要标志,也是我国农业发展的一个目标.无人机在精准农业发展中具有非常重要的应用价值,因此也成为当前我国现代化农业发展中的迫切需求[7].
然而,在当前我国农业生产过程中,农作物保护仍以人工加手动、电动喷雾机这样的半机械化装备为主,约占作业总量的 99%.机械化植保设备,如拖拉机悬挂式施药施肥机械仅占不到 1% 的份额[8].植保作业过程中,不仅需要大量的人力完成高强度作业,而且劳动者因此中毒的情况屡有发生.此外,目前我国植保作业中还普遍存在用药量大、成本高、浪费严重等问题,致使农作物产量与质量难以得到保证.而且由此还带来了一系列其他问题,如自然生态环境遭到破坏、水土资源污染严重、国民食品安全等级下降等,完全不能顺应我国现代化农业发展的要求[9].
相比之下,农用航空无人机具有作业效益高、速度快、防治范围广、操作安全、性能稳定等优点,能大幅降低植保作业对人力在数量和劳动强度上的要求; 而且无人机不受农作物长势及地理环境的限制,可有效应对农作物生长过程中人力以及施药 ( 肥) 等作业机械无法或者难以下地工作等情况,如在我国南方丘陵山地地区,耕作区域地形崎岖,土壤湿重且黏性大,普通植保机械很难下地作业,而无人机则可以在不损坏农作物及土壤物理结构的条件下省时省力地完成作业,很好地解决这一难题.因此,大力发展并不断提高无人机在我国精准农业中的应用水平有利于促进我国农业升级,走向资源利用 "多、快、好、省"的道路; 同时也可大幅提高我国农作物保护机械化技术水平,有效防控和治理大面积病虫害的发生,减少不可控因素,切实提高农业生产者的收益,降低风险[10].
目前,我国农用无人机的应用水平较国外而言尚处于起步阶段,但是发展势头迅猛.珠海、西安、南京、临沂等地的相关研究机构及企业已经推出了多种小型农用无人机.从市场上现有的产品种类来看,大致可分为电动和油动 2 种,多为单旋翼、多旋翼或者固定翼,基本涵盖了农情信息收集、综合分析和反馈,作物长势监测,种植面积与产量估计,灾害评估等功能[11].但受市场价格、推广等多重因素的制约,据不完全统计,截至2012 年底,全国的农用无人机使用量仅 100 台左右,且大部分集中在种植大户及小型农场中.尽管如此,农用无人机仍以其不足 10% 的植保机械市场份额为 30%的播种面积提供植保服务[12].
虽然无人机作为一种新兴的农情遥感监测手段在我国的起步时间较晚,我国农用无人机的总量依然很低,实际应用面积依然很少,应用于精准农业领域的时间不长[13].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[14].国耕地面积超1. 2 亿 hm2,但山地丘陵面积较大,以每年喷洒5 次,每 1 hm2作业价格 150 元为例,农用无人机一年的理论作业收入接近千亿元.专家预计,到2015 年,农用航空器国内总需求量将超过 2 000 台,至2020 年不低于5 000 台,市场潜力巨大[15].
5 无人机在我国农业应用中遇到的问题
5. 1 相应的政策法规缺乏
近年来,随着我国现代化农业进程的加快,相关部门也出台了一系列政策,旨在逐步放开 1 000m 以下的低空空域,以鼓励和支持我国农业航空的发展[16].然而,其管理体制参照目前的民用航空管理办法,存在契合性不强、关联不紧密、标准不适用、缺少完备的规范体系和作业流程等问题,将无人机航空作业的管理置于真空地带,从而导致一系列相关社会、法律问题的出现.到目前为止,在国家层面尚未有促进农业无人机航空产业发展的行业政策,也没有对无人机进行采购或者能耗补贴的扶持政策[17].
5. 2 农用无人机专业操作人员相对紧缺
虽然无人机的操作相对大型航空机具来说要简单得多,但是要想稳定控制作业中的无人机并圆满完成作业任务、达到预期作业目标也不是件容易的事情[18].目前我国农用无人机主要由制造商为用户提供专业培训服务,但受到经费、时间、场地等的限制,培训效果平平; 同时接受培训的群体文化水平相对落后,对专业知识的接受和消化能力相对较弱,导致培训效果打折.受上述多方面因素的制约,目前具备农用无人机操作专业技能的人员相对匮乏,导致在生产过程中影响到实际效果的现象时有发生,甚至因此出现安全事故[19].
5. 3 农用无人机社会化配套服务体系不健全
农用无人机在农业生产,尤其是在农业植保方面起着非常重要的作用[20].虽然目前我国的农用无人机市场正在飞速增长,但是与其配套的形式多样的社会化服务体系尚不健全,中介、培训、维修、保险、租赁等还未实现规模化经营,少数从事相关服务的企业也因承受不了巨大的成本支出,而无法实现规模化、市场化.
5. 4 农用无人机市场推广难度较大
虽说农用无人机在我国方兴未艾,极具发展前景.但对于普通农民群体来说,还是个较为陌生的新生事物[21].由于目前我国农业生产规模化程度不高,多是小散经营,加上近年来外出务工农民增多,在一线从事生产的多是留守老人,他们对新事物的接受程度不高,并且习惯于自家的一亩三分地,对大规模的机械化作业缺乏认知,这些都加大了农用无人机的市场推广难度.而且农用无人机作业技术性强、成本高、作业范围广,少部分对农用无人机有一定了解的农户或大农场也寄希望于政府的统一作业,即便看到市场推广,也多处于观望状态.
6 美国农用无人机发展困境对我国的启示
美国无人机的发展历史比我国长,美国各行各业的工作人员在感受到无人机所带来的便利的同时,也在一定程度上遭受到无人机带来的麻烦和困扰[22].反思美国农用无人机当前出现的发展困境,对于规范我国农用无人机发展具有诸多启示.
6. 1 在国家层面给予政策支持,为农用无人机行业发展创造良好环境.美国的政治体制决定了其政策制定的途径及利益走向,这与我国的政治体制环境有所不同.这种不可复制性要求我们的政策制定者应当根据我国国情走有中国特色的农用无人机应用发展道路,进一步加大政策导向和扶持力度,从宏观层面制定出农用无人机产业未来发展的战略部署,整合社会优质研发资源逐步完善和推进农用无人机应用技术的发展规划,给予农用无人机研发企业一定的优惠政策,将家用无人机飞行器及其配套机具,尤其是国内自主品牌专利产品编入农机购置补贴目录,并出台一系列相关的补贴优惠政策,鼓励农业生产者购买无人机进行农业生产,鼓励建立社会化的专业服务组织等.与此同时,应当着力构建我国农用无人机技术培训、推广示范等社会化服务体系,逐步完善与农用无人机作业配套的租赁、中介、培训、维修、保险、推广及融资等社会化服务体系[23].用好用活政策,不断释放政策红利,以服务 "三农"为本,不断发掘无人机在我国农业现代化方面的应用潜力,同时要着力保证所制定出的各项政策能够真正落到实处,为我国农用无人机行业的发展打好桩、辅好路[24].
6. 2 鼓励科技创新,加大技术研发力度,加快应用发展企业是美国科技创新的主体.我国新一轮科技体制改革的重点之一就是将科技创新主体逐步转变到以企业为主的轨道上来.在此背景之下,吸引更多有实力有基础的大型农机企业进入农用无人机的研发制造业应为题中之义[25].应当鼓励那些资金实力较强、市场规模较大的大中型企业与相关高校、科研单位进行产学研合作,以企业为龙头,通过项目申请的方式将多方优势资源整合在一起,将高校、科研单位的最新理论成果及时转化成为产品,发挥企业灵活的市场机制将产品通过销售网络推向市场,打通农机到农户的 "最后一公里",进而产生经济效益和社会效益.
6. 3 进一步完善相关法律法规,建立健全相应的管理体制.随着我国精准农业发展步伐的加快,农业生产、植保等领域对无人机的需求日益旺盛.为保证我国农用无人机行业的健康快速发展,应当尽快针对我国农用无人机作业机具工业制造、检测、作业、质量以及环境保护认证等建立制定行业标准,构建农用无人机的市场准入制度,对于没有达到市场准入标准的无人机严禁其进入市场销售环节,杜绝后续因无人机质量问题所带来的各种安全事故、道德伦理以及违反法律的问题[26].此外,各地政府在开展农田基建和改造时,应将农用无人机的作业环境纳入到统筹考虑范围之内,以最大限度地优化电力通讯等公共基础设施规划布局,减少其对农用无人机作业的影响.
由于农用无人机的管理运行涉及多行业多部门,因此应尽早成立一个由多部门联合组成的农业航空服务管理机构,对我国农用无人机航空产业加强监管.尽快健全和完善相关的法律法规,做到出了问题有法可依,违法必究; 同时创新管理机制,避免管得太死,促进行业健康发展.此外,应充分调动我国农用无人机应用技术及产业相关联合会的积极性,进一步加强其行业引导与服务作用,促进农用无人机制造企业与研发机构间的交流合作,在生产企业、研发机构、检验机构、推广部门以及实际用户之间架起沟通交流的桥梁,提升无人机产业发展的整合度.
7 小结
美国的发展经验告诉我们,农用无人机行业的应用与推广是一个庞大的系统工程.农用无人机行业的发展壮大离不开其自身行业的健康发展,更重要的是相关政策法规的配套完善.近些年来,我国的农用无人机市场经过不断地发展壮大,市场销售量和保有量逐年增加,但与其他农用机械应用相比发展水平还很落后.总体来看,目前我国农用无人机的核心技术体系不完善,关键技术研究不足,专业从事相关科研的人才队伍匮乏; 适用于我国现有体制下的针对农用无人机行业的航空政策法规体系相对缺乏; 缺少专业从事社会化服务的机构,相关社会化服务体系不健全; 缺乏农用无人机的作业基础条件和基础环境建设.针对上述问题,为确保我国农用无人机航空产业的快速、健康发展,应加大资金投入力度,加强关键技术的攻关研究; 进一步加强农用无人机作业的软硬件环境建设,切实提高农用无人机作业的适应性; 针对无人机行业加强立法,出台有针对性的政策法规,以强化管理和规范.农用无人机产业的发展水平可以反映出我国现代化精准农业的发展现状,它在某种程度上决定了我国现代化精准农业的发展走向与成败.在各方的共同努力下,随着我国无人机产业内外部环境的优化,我国农业的现代化进程必将步入一个崭新的时代.
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