技术大闯关，看植保无人机在农业革命中蜕变

在中国,乡村人口总数已经连续十年减少。

国家统计局数据显示,截至2018年,乡村人口约为5.64亿人,占全国总人口的40.4%。另外,2017底公布的第三次全国农业普查主要数据公报(第五号)显示,55岁及以上的农业生产经营人员占总人数的33.6%。

在新型城镇化和人口老龄化的叠加作用下,未来,上述趋势将持续加深,农业领域的人才和人力稀缺问题将越发显性。

从近几年国家对农业的政策和实践来看,以植保无人机为代表的现代农业信息技术和机械化,是一种必然的解决办法。

2015年以来,原本属于“高科技产品”的无人机,逐渐变成一种各行各业的“基础设施”,在农业植保、地理测绘、消防救援、交通执法等领域被大面积使用。其中,农业植保无人机是市场化程度最高的细分领域。

一系列顶层设计对此功不可没:从2014年中央一号文件提出“加快农用航空建设”,到2016年国务院印发《全国农业现代化规划(2016-2020年)》、提出“创新强农,着力推进农业转型升级”, 再到2017年至今各省市持续不断出台的植保无人机购置补贴政策,国内植保无人机保有量一路攀升,截至2018年已超过3.1万架。

但这个数据还有很大提升空间。作为农业航空的发达国家,美国农业植保无人机作业渗透率超过50%,日本则有60%的稻田采用无人机进行植保作业。相比之下,国内近18亿亩的耕地植保无人机作业面积只有0.77亿亩次,飞防植保占比不足5%。

究其原因,一方面是因为市场尚未百分百成熟,市场普及、服务体系和盈利模式,都不够清晰。另一方面则要归结于植保无人机本身——2016年至2017年期间,在市场和政策的双重驱动下,大量没有核心技术的无人机厂商冲入赛道,但在实际操作中,因为产品的稳定性和作业效率问题,这部分厂商往往会对植保公司和农户的使用体验带来负面影响。

在2018年的大竞争和大降价过程后,植保无人机迫切需要一个“重新整理、再出发”的过程。一个简单的逻辑是,当我们讨论植保无人机的市场规模和盈利模式时,我们应当首先讨论植保无人机的作业效率。

按动力来源,植保无人机可分为电池驱动无人机和燃油驱动无人机。过去十年,在消费级无人机市场上,电动无人机势不可挡:技术成熟,结构简单,上手容易,基本上是一种人见人爱的玩具。

但在2015年之后兴起的工业级无人机市场上,电动无人机的缺点变得十分明显。以植保为例,药物载重不超过25升、续航时间在半小时内的电动无人机,想要在中国广袤的田野上,特别是在新疆、黑龙江那些动辄以千亩计的农场上进行植保作业,可谓心有余而力不足。受制于电池技术,电动无人机的作业效率在短时间内也很难有大的提升。

相比之下,油动无人机可能是更好的选择——有效载荷能达到50至120升,单架次作业范围50-200亩,也不会有频繁充电、电池损耗的问题。

那么,为什么油动无人机还没有彻底取代电动无人机呢?这是因为,在实际应用中,油动无人机并不像电动无人机那样,结构简单,而需要解决发动机震动、飞控系统精确度和复杂的机械结构等诸多问题。

这实际上是一种倒逼而来的难题——为了给农户提供更高的效率和更好的体验,油动无人机的厂商给自己提出了更多的难题。

这也是一场技术的闯关——一旦解开难题,行业的变革就会自然会发生。假如说,大疆引领了消费级市场的革命,让无人机真正飞入寻常百姓家,那么谁又会是燃油植保无人机的执牛耳者,让田间地头都有植保无人机的身影?

从全球的角度来看,起步最早的当属日本。2016年,日本雅马哈发动机公司推出农业无人机Fazar R 。配备燃油喷射发动机的Fazar R每次最多可携带32升药剂,一天作业面积近400亩。

一种商品的成功与否,除了取决于技术之外,还要看其与市场需求的匹配程度。一台Fazar R的售价约合人民币87.11万元,这个价格显然“很不符合国情”。如果算上后期的保养维护费用,成本将更加“感人”。

在采用先进技术的同时降低价格,成为燃油植保无人机成功的关键——在这点上,中国人率先做到了。更具体而言,依托国家级导航信息技术研究平台的深圳常锋无人机,在软硬件两方面都完成得不错。

发动机是油动无人机的心脏,使用寿命却一直是国产发动机的短板。国产发动机的寿命是200到300小时,难以满足大规模长时作业的要求。

为解决这个问题,常锋先是和国外的发动机厂家进行技术合作,随后又经历两年多的自主技术攻关,对国产发动机进行一系列的改良。其中一项最重要的改造,是以电控燃油喷射系统取代传统的机械系统,对发动机的供油过程进行精确控制和计算,确保发动机和催化转化器时刻处在最佳的工作状态。目前,常锋无人机所用的国产无人机,寿命已接近1000小时。

此外,对照“油动直驱”的需要,团队还结合发动机的具体情况和空气动力学原理,特别优化一款全碳纤维螺旋桨,在更轻便的同时,让无人机更加“抗造”。

软件方面,常锋团队设计研发了一套燃油发动机专用的控制系统,包括发动机电启动单元和发动机电子调速单元,以实现发动机的自主启动和调速。

植保无人机的应用,为的是提升作业效果以及降低生产成本,要做到不重喷、漏喷,节省农药降低成本。这对精准飞行以及精准喷洒有更高要求,而常规的GPS系统的精度都是米级,根本无法胜任。常锋采用RTK系统,将作业精度控制在5厘米以内。

常锋植保无人机在新疆进行作业

在历时18个月的研发之后,常锋团队在2015年正式推出全球第一台燃油直驱多旋翼无人机——“常锋天马-1”。

最大载荷70KG、最长续航3小时的“常锋天马-1”,能做到一键起飞、全自主作业功能,单天作业面积最高达到1500亩。过往数年,它在全国范围内共计完成数百万亩农田植保作业,工作效率和稳定性获得市场的认可。更重要的是,可以说,常锋已在技术与商业上取得平衡——“天马“的价格不到雅马哈Fazar R的三分之一。

如今,在产品迭代后,常锋“天马-2A”植保无人机正在凭借搭载的智能喷洒系统、RTK厘米级定位系统,以及业内独创的按垄测绘精准施药技术,进入另一个刚需市场——果树植保。

18.05亿亩农田和11136千公顷果园的植保市场上,不同技术方案的优点和缺点都非常明确,市场不会只有一名玩家。目前看来,常锋在细分赛道上处于领跑位置。在2018年的行业低迷之后,常锋能否凭借技术优势,重塑植保无人机的市场形态,值得期待。