歐盟2015 年《GNSS 市場報告》之精準農(nóng)業(yè)應用

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盟2015 年《GNSS 市場報告》之精準農(nóng)業(yè)應用

編者按

2015年3月，歐洲全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)管理局（GSA）發(fā)布了《全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）市場報告》（第四版）（簡稱《報告》）。《報告》在概要闡述全球GNSS市場新進展的同時，分別從位置服務、道路、航空、鐵路、航運、農(nóng)業(yè)、測繪和授時同步八大應用領域分析了GNSS市場發(fā)展現(xiàn)狀，并對2023年前的發(fā)展趨勢進行了預測。本文摘選了報告中有關精準農(nóng)業(yè)應用領域的主要內容，供讀者參考。

一、GNSS在農(nóng)業(yè)中的應用

精準農(nóng)業(yè)是利用不同的技術和解決方案，使農(nóng)業(yè)更高效，提高作物產(chǎn)量，減少對環(huán)境的影響。

GNSS設備在農(nóng)業(yè)方面的應用主要包括：

·農(nóng)業(yè)機械導引：使用GNSS定位輔助駕駛員沿最優(yōu)路徑前行，減少路線重疊或者路線疏漏的風險。

·自動駕駛系統(tǒng)：完全實現(xiàn)農(nóng)場設備的自動駕駛。

·可變速率技術：結合GNSS定位與來自其他傳感器和數(shù)字地圖的信息，用于分發(fā)精確量的農(nóng)藥。

·產(chǎn)量監(jiān)測：使用產(chǎn)量傳感器與GNSS定位的收割機輸出的信息，可以定點監(jiān)測產(chǎn)量。

·生物監(jiān)測：在農(nóng)業(yè)領域，提供作物生長的最新信息，使得生物定點監(jiān)測成為可能。

·土壤條件監(jiān)測：對土壤水分、肥力或疾病狀態(tài)進行更新，從而可以實現(xiàn)優(yōu)化管理。GNSS定位和應用軟件可以識別送到實驗室土壤樣本的準確位置。土壤采樣數(shù)據(jù)可以用于可變速率技術（VRT）應用地圖。

·家畜跟蹤和虛擬圍欄技術：采用GNSS跟蹤動物，設置虛擬圍欄。

GNSS設備在農(nóng)業(yè)物流領域的應用包括：

·農(nóng)機監(jiān)控和資產(chǎn)管理：使用實時GNSS信息監(jiān)控農(nóng)場設備的位置和機械狀態(tài)，實現(xiàn)有效地管理工作流程。

·地理溯源：通過使用安裝在動物和車輛的GNSS跟蹤器上的轉發(fā)器及地理參考位置和地塊尺寸信息，提高食品、動物和產(chǎn)品的有效性。

·地域邊界界定：可以利用GNSS技術精確測量農(nóng)田邊界和尺寸。在歐盟共同農(nóng)業(yè)政策（CAP）下，執(zhí)行按照區(qū)域進行補貼的制度。調查員進行實地檢查時，利用GNSS定位調查違規(guī)情況。

二、主要趨勢

精準農(nóng)業(yè)有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，有助于應對社會挑戰(zhàn)。

1.主要市場趨勢

·在歐洲和世界范圍內，由于精準農(nóng)業(yè)提高了生產(chǎn)率，使農(nóng)民獲益，因此其對精準農(nóng)業(yè)的認可度將繼續(xù)增長。

·當前北美擁有最大的GNSS市場，但是亞太地區(qū)將逐漸挑戰(zhàn)這一地位。

·由于用戶使用要求更高，這將帶動精準農(nóng)業(yè)向全面的農(nóng)場管理解決方案發(fā)展。

·GNSS支持區(qū)域和全球范圍內的農(nóng)業(yè)環(huán)境政策。

2.應用GNSS技術可獲得高投資回報

精準農(nóng)業(yè)能夠系統(tǒng)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動從土地準備到收獲所有階段的生產(chǎn)率：

·減少每個操作所需時間；

·減少因霧天或夜晚導致的停機時間；

·由于能在完全相同的軌跡上駕駛農(nóng)機，從而確保土壤壓實最小化；

·降低燃料消耗；

·節(jié)省投入成本（種子、肥料、農(nóng)藥）；

·監(jiān)測土壤和植物的理化參數(shù)，確保植物生長的最佳條件。

3. GNSS與其他技術結合的創(chuàng)新應用

·GNSS使拖拉機、農(nóng)具和其他資產(chǎn)定位精確可靠。

·衛(wèi)星對地觀測將越來越多地支持精準農(nóng)業(yè)的數(shù)字化應用。歐洲哥白尼計劃旨在提升綜合對地觀測能力。這一計劃是利用GNSS定位來提供土壤表面和有價值的信息，以支持精準農(nóng)業(yè)解決方案。

·飛機和無人機航空攝影能以合適成本獲取數(shù)字應用圖的數(shù)據(jù)。

4. 復雜的用戶需求推動了新業(yè)務的產(chǎn)生

農(nóng)民可根據(jù)種植類型和其所擁有土地大小來選擇最優(yōu)的GNSS解決方案，以滿足其需求。高定位精度支持最苛刻的應用，如自動駕駛。

與任何其他技術相同，精準農(nóng)業(yè)解決方案也是基于可靠性和成本效益進行評估。

隨著時間的推移，最終用戶的決策權已逐步增加。農(nóng)民日益需要各類供應商提供不同簡單易用和互操作性的解決方案。這包括將精確農(nóng)業(yè)、數(shù)字制圖和資產(chǎn)管理解決方案集成到一個單一系統(tǒng)的可能性。

業(yè)界開始為農(nóng)場管理提供集成的平臺，這在未來的重點包含和取代僅能提供田間活動的產(chǎn)品和服務。除了解決農(nóng)民關切的可靠性和成本效益外，還要解決有限的土地供應和人口增長帶來的挑戰(zhàn)，精準農(nóng)業(yè)可確保農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，減少對環(huán)境的影響，提升食品安全性。

三、產(chǎn)業(yè)

1. 精準農(nóng)業(yè)價值鏈

精準農(nóng)業(yè)價值鏈中的主要參與者如圖1所示。

圖1 精準農(nóng)業(yè)價值鏈

2.歐盟GNSS產(chǎn)業(yè)在全球市場中的份額

對于元器件和接收機的制造商而言，歐洲企業(yè)擁有整體市場10%的份額，領先的參與者是Laird， Amazonen-Werke 和 Hexagon。對于系統(tǒng)集成商而言，歐洲企業(yè)擁有市場份額的28%，前三名是Hexagon及其子公司徠卡測量系統(tǒng)、Claas和CNH。Claas是一個應用解決方案提供商和拖拉機制造商。CNH也生產(chǎn)拖拉機（以前是New Holland和Case）。

總體而言，GNSS精準農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)主要集中在北美，擁有63%組件和接收機的市場，及46%系統(tǒng)集成商市場。

四、最新進展

北美帶動精準農(nóng)業(yè)解決方案快速增長。按區(qū)域劃分的精準農(nóng)業(yè)GNSS設備安裝量如圖2所示。按應用類別劃分的精準農(nóng)業(yè)GNSS設備出貨量如圖3所示。

圖2 精準農(nóng)業(yè)GNSS設備安裝量（按區(qū)域劃分）

圖3 精準農(nóng)業(yè)GNSS設備出貨量（按應用劃分）

由圖2可見，2006年和2012年之間，全球精準農(nóng)業(yè)GNSS設備的安裝量翻了3倍，從20萬臺增長到70萬臺。

北美是技術最先進的地區(qū)，2013年擁有的精準農(nóng)業(yè)GNSS設備占57%，分布在美國和加拿大的250萬家農(nóng)場。農(nóng)業(yè)集團具有大型、富有的特點，使用機器密集型技術進行耕種。此外，資本而言，高成本的勞動力使節(jié)省勞力的精準農(nóng)業(yè)技術特別有吸引力。精準農(nóng)業(yè)主要農(nóng)作物有玉米、大豆、小麥和苜蓿。

亞太地區(qū)的國家在農(nóng)業(yè)方面具有不同的特點，是在使用精準農(nóng)業(yè)GNSS設備方面增長最快的地區(qū)，從2006年總的安裝量為0.3%提高到2013年的17% 。歐洲也經(jīng)歷了精準農(nóng)業(yè)GNSS設備安裝的增長，從2006年5.1萬臺增長到2013年12.9萬臺。然而，這種增長已經(jīng)慢于世界其他地區(qū)的增長速度（每年14%）。

澳大利亞擁有最成熟的市場。由GNSS帶來的效率提升允許澳大利亞的農(nóng)民能夠應對影響許多澳大利亞大農(nóng)場缺水和土壤肥力的挑戰(zhàn)。

由圖3可見，從2006年到2013年，基于GNSS的精準農(nóng)業(yè)應用最廣泛的是拖拉機導引，2013年近12萬臺（編者注：按圖3概算），占設備總份額的54%。

自動駕駛技術隨著發(fā)達國家的逐步采納而得到顯著增長，該技術要求更高精度的導航方案。這種潮流決定了高精度的導航解決方案對農(nóng)民來說會“上癮”，因此這種高端方案一旦實施就不大可能會被放棄。

可變速率技術（VRT）也開始被農(nóng)民逐漸地采納。在可變速率技術方面，GNSS精準農(nóng)業(yè)設備出貨量從2006年近乎為零增長到2013年的3.8萬臺。

資產(chǎn)管理解決方案是當前現(xiàn)場解決方案的補充。其出貨量從2006年近乎為零增加到2013年的2萬臺（編者注：按圖3概算）。

五、未來市場趨勢

盡管存在價格方面的壓力，但是先進精準農(nóng)業(yè)應用的增長將推動農(nóng)戶收入增加。按照應用類別劃分GNSS精準農(nóng)業(yè)設備出貨量預測如圖4所示，按照區(qū)域劃分的精準農(nóng)業(yè)安裝量預測如圖5所示，按照應用類別的安裝量預測如圖6所示。

圖4 GNSS精準農(nóng)業(yè)設備出貨量預測（按應用類別劃分）

圖5 GNSS精準農(nóng)業(yè)設備安裝量預測（按區(qū)域劃分）

圖6 GNSS精準農(nóng)業(yè)設備安裝量預測（按應用類別劃分）

如圖4所示，從2013年到2023年，每年GNSS精準農(nóng)業(yè)設備出貨量預計將增加5倍以上，全球總出貨量多達120萬臺設備?？傮w而言，GNSS滲透率在下一個十年的穩(wěn)步增長是可預見的，到2023年將達到50%。

伴隨日益激烈的競爭，最終用戶的議價能力和規(guī)模經(jīng)濟都將有助于設備的平均價格的逐步下降，技術進步的影響只是部分補償價格侵蝕。

然而，由于GNSS精準農(nóng)業(yè)設備的出貨量的持續(xù)增長，特別是在先進精準農(nóng)業(yè)應用方面，在所有GNSS驅動的農(nóng)業(yè)應用方面，全球收入預計將得到增長。按照區(qū)域的收入預測如圖7所示，按照應用類別的收入預測如圖8所示。

圖7 GNSS精準農(nóng)業(yè)設備收入預測（按區(qū)域劃分）

圖8 GNSS精準農(nóng)業(yè)設備收入預測（按應用類別劃分）

可變速率技術應用設備收入從2013年13500萬歐元增加到2023年72300萬歐元，逐漸獲得上漲。同樣，資產(chǎn)管理收入將從2013年1100萬歐元增長到2023年10200萬歐元。

自動駕駛精準農(nóng)業(yè)設備將產(chǎn)生最大份額的收入，依據(jù)每臺設備平均價格，保持最貴的應用。然而，它也將經(jīng)歷最快的價格下降，高精度在世界范圍的應用將變得越來越商業(yè)化?？偟膩碚f，拖拉機導引精準農(nóng)業(yè)設備相關的收入預計將在2018年達到峰值，因為農(nóng)民轉為應用更先進的解決方案，在那時拖拉機導引將下降。GNSS可以提高生產(chǎn)率和幫助亞太地區(qū)應對挑戰(zhàn)。

亞太地區(qū)預計將采用GNSS精準農(nóng)業(yè)設備取代駕駛員座椅，從2013年15.6萬臺增長至2023年230萬臺。特別是，中國和印度在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟方面具有高潛力（占據(jù)總就業(yè)率的35%和47%），從而在生產(chǎn)效率方面的改進具有顯著的空間。GNSS應用精準農(nóng)業(yè)對象是中國和印度生產(chǎn)的主要作物，包括小麥、甘蔗和棉花。在這些國家持續(xù)增長的生產(chǎn)率需要解決一系列的社會挑戰(zhàn)：

·城市化：隨著農(nóng)村人口不斷遷往城市，農(nóng)業(yè)勞動力越來越短缺。

·人口增加：隨著人口的增長（尤其是印度），食品需求也增長。

·土地和水資源的短缺：可用于種植的土地是有限的，它不會在未來幾年增加。水資源短缺問題也越來越影響農(nóng)業(yè)。

通過提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，精準農(nóng)業(yè)將大大有助于應對這些挑戰(zhàn)，特別是對機械化的趨勢仍在繼續(xù)。農(nóng)戶平均持有土地的增長也會促進采用GNSS設備。

六、用戶技術

GNSS信息將被集成到基于云的系統(tǒng)中，以此來提升農(nóng)場管理。

使用各種傳感器的附加信息，同時在農(nóng)場管理信息系統(tǒng)（FMIS）中集成GNSS定位信息，已經(jīng)徹底改變了精準農(nóng)業(yè)。農(nóng)場管理信息系統(tǒng)是一個以管理農(nóng)場所需的形式收集、處理、存儲和提供數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。GNSS將這些數(shù)據(jù)鏈接到具體的地理坐標。附加的傳感器可以使對地觀測系統(tǒng)和氣象站提供附加信息的遙感應用成為可能。

所有這些數(shù)據(jù)集成到一個基于云的農(nóng)場管理平臺中，該平臺為農(nóng)民提供了一種有效的決策工具，該工具能夠提高整體生產(chǎn)率和支持農(nóng)民的行動和選擇。特別是，該數(shù)據(jù)用于監(jiān)控成本，人力資源和機械管理，提供強大的報告，對未來進行規(guī)劃，監(jiān)測農(nóng)作物產(chǎn)量。

更實惠的、雙頻和多星座接收機的上市，以及PPP（精密單點定位）解決方案的出現(xiàn)，將進一步支持精準農(nóng)業(yè)。例如，基于GNSS的自動駕駛系統(tǒng)將受益。

圖9、圖10顯示了精準農(nóng)業(yè)領域利用先進的GNSS，有近80%的設備集成了天基增強系統(tǒng)（SBAS）和幾乎40%的應用模式能夠跟蹤所有4個GNSS星座。

七、歐洲的GNSS精準農(nóng)業(yè)

1.EGNOS與伽利略系統(tǒng)提高精準農(nóng)業(yè)的效益和效率

EGNOS為精準農(nóng)業(yè)提供一種經(jīng)濟實惠的解決方案，以最小的投資使得農(nóng)民優(yōu)化產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低駕駛員的疲勞。EGNOS支持亞米級精度的機械導航解決方案，適用于基本價值作物種植（如谷類）。這也使這樣的農(nóng)業(yè)活動管理更加有效率，如播種、噴涂和收獲。因此，優(yōu)化使用種子、化肥和除草劑，以及減少燃料和駕駛員疲勞，提高生產(chǎn)率。換句話說，EGNOS既讓農(nóng)民受益（更高的邊際利潤），又有益于社會（食品供應增加，農(nóng)業(yè)更環(huán)保）。

圖9 精準農(nóng)業(yè)領域GNSS接收機中四大全球系統(tǒng)占比

圖10 精準農(nóng)業(yè)領域接收機支持的星座數(shù)目

伽利略將進一步提高GNSS輔助精準農(nóng)業(yè)的性能。它將在一個多星座環(huán)境提供增強的可用性和連續(xù)性，以及基于雙頻能力，提高實時定位精度。伽利略的商業(yè)服務將提供兩個額外的強大信號，提供更高的數(shù)據(jù)吞吐率和厘米級高精度。它也提供獨立于地面增強系統(tǒng)的增強能力。

2.歐洲EGNSS研發(fā)計劃為歐盟產(chǎn)業(yè)帶來競爭力

（1）GeoPal項目支持農(nóng)場物流業(yè)務

GeoPal是在農(nóng)業(yè)領域基于GNSS用于規(guī)劃物流的系統(tǒng)。該系統(tǒng)幫助農(nóng)民提高在農(nóng)場與農(nóng)場間的物流活動的效率。GeoPal包括以下活動：

·車隊管理和物流（運營管理工具和所需的ICT系統(tǒng)）；

·現(xiàn)場機械的協(xié)調、派遣和路徑規(guī)劃功能；

·集成優(yōu)化規(guī)劃閉環(huán)，實現(xiàn)自動化現(xiàn)場運行和監(jiān)控。

（2）MISTRALE項目在洪水和土壤濕度測繪中的創(chuàng)新

在農(nóng)業(yè)領域，進行有效的水資源管理和對風險進行準確評價的需求日益增加，這與競爭力和生產(chǎn)率的要求同步。MISTRALE項目（農(nóng)業(yè)和環(huán)境領域土壤水分和洪水區(qū)域監(jiān)測）的目的是用一臺配備了專用GNSS信號接收機的小型遙控飛機系統(tǒng)，為農(nóng)民提供可靠的洪水和土壤濕度圖。

這種創(chuàng)新的技術可提供連續(xù)的數(shù)據(jù)（克服黑暗和植被問題），具有改進的地圖和導航功能。EGNOS和伽利略將用于提高遙控飛行系統(tǒng)的導航能力。

●贠敏 張曼倩 譯

●曉春 校