基于可持續(xù)理念的防蝗產品設計與研究

裴愛真 蓋欣儀 李佳 胡雪江

摘要：基于可持續(xù)理念提出對防蝗產品的設計研究。對可持續(xù)理念展開概念討論，梳理深受蝗災影響的地區(qū)特征，對防蝗產品市場現(xiàn)狀進行分析，以可持續(xù)理念為基礎，探究產品如何兼顧糧食安全及防控蝗蟲等功能，從可持續(xù)設計的三維度出發(fā)，針對存在的問題提出設計策略。結合對東非農作模式的調研，從產品造型等四方面進行設計實踐。改善了防蝗與綠色農作之間的矛盾點，為今后基于可持續(xù)理念的防蝗產品設計研究奠定了一定基礎。

關鍵詞：可持續(xù)理念防蝗產品維度分析便利種植糧食安全

中圖分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（ 2021） 07-0014-04

Abstract： Based on the concept of sustainable design of locust control productsBased on the concept of sustainable concept discussion， combing characteristicsof locust plague regions， analyzed about the present situation of locust preventionproduct market， based on the concept of sustainable， to explore how the productboth food security and the prevention and control the locusts， and other functions，starting from the three dimensions of sustainable design， aimed at the problemsexisting ln the design strategy is put forward Combined with the investigation of EastAfrican farming model， the design practice is carried out from four aspects suchas product modeling. The contradiction between locust control and green farmingwas improved， which laida certain foundation for the design and research of locustcontrol products based on sustainable concept in the future

Keywords： Sustainable concept Anti-Iocust products Dimensional analysisConvenient planting Food security

引言

2020年初爆發(fā)的蝗災，比以往強度高達了20倍之多。大范圍的蝗災席卷了西非、東非和南亞20多個國家，甚至輻射到了中國等各鄰國邊界。特別像東非等受災嚴重地區(qū)，因蝗災而間接引發(fā)出一系列社會性問題，加劇了其整個社會的潛在動蕩。在這樣的社會背景下，基于可持續(xù)理念的防蝗產品將有力地填補市場空白，減少化學農藥對農作物的傷害，同時也將成為綠色防蝗的長久選擇。

一、可持續(xù)理念概述

可持續(xù)性涵義可解釋為：在當前迅速發(fā)展的社會下，不斷地去尋求人與自然、環(huán)境共存的契合點，同時在這個過程中也倡導人們提高自身對自然環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的意識。可持續(xù)設計提倡在消除對環(huán)境的負面影響同時，減少材料產品的消耗?？梢?其并不是簡單地強調環(huán)境保護，而是倡導用戶需求、環(huán)境效益和企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略相結合的雙贏觀。

例如一種可持續(xù)吸管，由回收的硼硅酸鹽玻璃制成，可回收、可重復使用、低過敏性、易于清潔和保養(yǎng)，如圖l所示;共享經濟也是一種新型可持續(xù)經濟概念，價值體現(xiàn)在兩方面：一方面，資源擁有方利用閑置資源獲得收益;另一方面，資源使用方以較低成本獲得資源，滿足自己的需求。從以上例子可以看出可持續(xù)設計理念的切入角度可以是材料，也可以是產品系統(tǒng)，更可以是一種昭示、一個概念[1]。因此需要設計師乃至公眾對可持續(xù)理念具有更加全面以及深刻的認識和思考。

（一）可持續(xù)設計的維度分析

可持續(xù)設計的維度分析包括三個方面：經濟效益維度、生態(tài)保護維度和社會保障維度，如圖2。

1.經濟效益維度：從經濟角度看，經濟可持續(xù)發(fā)展重在解決現(xiàn)代發(fā)展與后代發(fā)展的協(xié)調關系。在不損害后代利益的前提下，保證人類發(fā)展的長遠利益或后代的持續(xù)收入。基本這個立足點出發(fā)，優(yōu)化總量分配社會資源?？沙掷m(xù)的經濟增長不僅強調數(shù)量和質量的提高，且注重節(jié)約資源和提高效率，努力保持或最小化收入波動。

2.生態(tài)保護維度：可持續(xù)理念作為實現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要思想，力求在保障自然資源合理利用的前提下，提高產品的利用率和品質，努力探尋消耗與節(jié)能的平衡點。各國的首要任務應當是從地區(qū)到全球的范圍內更加重視生態(tài)系統(tǒng)服務，并規(guī)劃好如何通過可持續(xù)性生態(tài)系統(tǒng)治理體系[2]。2020年大規(guī)?；热喝肭謻|非地區(qū)并迅速擴散，大面積的化學農藥防治雖達到了一定的防治效果，但卻對當?shù)丨h(huán)境造成了傷害。以此為戒，應當充分關注全球生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

3.社會保障維度：從社會保障的維度分析，可持續(xù)發(fā)展不止是作為當代人的基本生活需求的保障，還需更加顧及到后代的社會保障基礎，絕不能為當代的資源利益或安全保障來犧牲掉后代的資源?？v向來看，保障當代人們的基本生活條件和預留足夠的各類資源給后代，這是我們必須同時擔任的職責。橫向來看，有必要在考慮經濟和社會持久性并造福經濟的同時發(fā)展社會保障業(yè)務，可持續(xù)發(fā)展與社會共同進步。

二、國內外防蝗方法及產品現(xiàn)狀分析

（一）現(xiàn)有方法

目前，化學防治、物理防治、生物防治和生態(tài)防治是應對蝗災的現(xiàn)有的主要方法。如表l所示，能迅速及高效地控制蝗災狀況的方法是化學防治，但此方法的缺陷是極其容易使生態(tài)環(huán)境陷入嚴重破壞的困境局面。最為倡導的方法是生物防治，大致是利用微生物等生物農藥來控制蝗蟲的繁衍，此方法對生態(tài)環(huán)境的影響較小。而更為治本的則是生態(tài)防治，其方案一般是通過改變生態(tài)環(huán)境來防治蝗蟲，例如將低洼地區(qū)（如濕地、沼澤等）變?yōu)轸~塘，或種植農作物、植物等，從源頭上入手，直接減少蝗蟲的食物源或棲身地[3]。

縱觀各國在蝗災治理層面上，發(fā)達國家蝗災防控意識極其強烈，且防蝗技術也相對完善，蝗災高發(fā)地區(qū)主要為發(fā)展中國家及落后地區(qū)，而眾多發(fā)展中國家中的中國在近十余年里未暴發(fā)大規(guī)模的蝗蟲災害，主要是在防治方法上，從原本的化學防治措施轉向成更加可持續(xù)性的治理措施，即以應用生物防治和生態(tài)防治為主。同時，我國構建了完善的蝗蟲防治體系，澳大利亞、美國及加拿大等國家不僅建設了健全的預警技術和防控體系，還會開展一定的化學防治，但也因此會在防控蝗災的同時，產生不可避免的農藥污染[4]。而例如中亞、東非等這些常發(fā)生戰(zhàn)亂或不發(fā)達的國家或地區(qū)，由于它們當?shù)卣疀]有技術和資金去建立健全完善的預警技術和防控體系，技術和體系的缺失致使他們只有在蝗災大規(guī)模暴發(fā)時，才不得不大范圍地采取噴灑農藥的方式進行應急防治，這樣的延遲性舉措無法妥善防控，反而會造成農作物損失慘重和生態(tài)污染的后果。

（二）市場產品分析

目前國內外防蝗市場上廣泛使用的產品以化學農藥為主。近年來，中國科研人員在化學農藥的直接替代物和間接替代物兩種方式之間不斷探索，找到并逐漸普及更科學生態(tài)的方式，即殺蝗微生物制劑（蝗蟲微孢子蟲和綠僵菌）。作為受災嚴重的國家及地區(qū)，他們都實行了不同的防蝗措施。比如，印度當?shù)卣畷度胭Y金去購買大批的無人機及其他功能設備，在觀測蝗群的運動軌跡的同時，會及時噴灑大量的殺蟲劑，但顯然，雖然能有效殺死蝗群，但這無法在殺死蝗群的時候，有效地防止農作物被損害，反而會遭受到殺蟲劑的第二波傷害;而在2020年發(fā)生的前所未有之龐大的東非蝗災中，由于無法及時得到鄰國援助，同時該地區(qū)文化教育程度及經濟水平低下，導致相關的設備技術和專業(yè)的防治人才都處于極其短缺的狀況，而農藥噴灑措施的實行也因不及時性和殺蟲劑供應不足而導致蝗群不斷擴大、農作物受損極其嚴重，甚至引發(fā)了“糧食危機”，蝗災范圍之廣也危及到了中國等各鄰國的邊界。東非地區(qū)的經濟水平限制了測報技術和防控組織體系的建立、相關產品的發(fā)明制造，同時其農作經濟及模式也在很大程度上限制了防蝗設備的適用種類。

隨著互聯(lián)網的迅速發(fā)展，各國及各地企業(yè)都開發(fā)了各式各樣的蝗蟲監(jiān)測預警系統(tǒng)，但僅僅只能起到監(jiān)控的作用，并不能兼顧防護農作物、驅趕蝗蟲的功能。由此可見，同時兼顧到農作物的安全及監(jiān)控驅趕蝗蟲的產品仍處于市場空白狀態(tài)，也意味著龐大的發(fā)展前景。

三、基于可持續(xù)理念的防蝗產品設計策略

以可持續(xù)設計的3R原則（Reduce、Reuse、Recycle）為基礎，防蝗產品可以從原材料的選擇，結構的優(yōu)化，功能的疊加，以及產品生命周期的每一環(huán)節(jié)都能進行有效優(yōu)化，以減少對環(huán)境的污染。

（一）產品生命周期的可持續(xù)閉環(huán)

農田空間性質特點近似于未經改造的自然環(huán)境，對產品材料要求相對較高。從生產加工來看，首先應考慮使用無毒無害、成本較低的材料，盡量避免或減少產品的加工處理，通過優(yōu)化產品結構造型，最大程度利用現(xiàn)有材料，減少邊角料的浪費。最后考慮回收利用廢舊材料和可再生材料。其次，考慮到使用過程人與產品與環(huán)境的交互，該防蝗產品造型、色彩應盡量與自然環(huán)境協(xié)調，在生命周期中通過合理設計減少有害、不可逆結果的產生[5]。

（二）產品功能泛用性與操作簡潔性

在設計過程中，考慮到實際環(huán)境中用戶的能力有限而各不相同，設計師應在不干擾主體功能的同時，加入各種特點來盡可能滿足大多數(shù)需求，從而使得產品能在最大程度上被每個人使用[6]。我們的目標用戶大多處于教育落后的貧困地區(qū)，所具有的知識水平和設計素質理念相對貧乏，所以產品語意要簡潔直觀，同時搭配配套APP，易于操作。另外，在保證能夠滿足產品基本功能的情況下，應盡量減少消耗，更高效地利用資源，減少對環(huán)境的污染。

（三）產品語意功能的良好交互

產品語義學起源于設計符號學，從本質上講是將產品看做類似傳達信息的符號介質，從而進一步建立設計者一產品一用戶三者之間聯(lián)系的一門新興學科[7]。隨著工業(yè)、化學等技術的不斷發(fā)展和成熟，產品功能元器件的電子化和芯片化極大程度解放了產品的造型，幾乎所有的電子產品都能以相似的幾何造型出現(xiàn)，但是也扼殺了產品的個性，增加了產品的學習和操作成本，降低了用戶使用體驗。所以本產品通過總結產品語意學在設計應用上的理論思路以及優(yōu)秀設計的共同特點確定設計思路。

在結構上，產品應保留體現(xiàn)功能特征的結構符號，盡量完整地向使用者傳達外延使用層次的語意，充分闡明、發(fā)揮符號的能指與所指作用;在材料上，應盡量使用適合當?shù)貧夂颉⒌乩憝h(huán)境的材料，并減少處理步驟，保留原材料的基本特征;在色彩上，應考慮到產品與周圍環(huán)境的協(xié)調關系，使用環(huán)保、易降解的涂料等;在肌理處理上，要在不影響產品功能的前提條件下進行設計性加工，重視產品與用戶的五感互動，形成良好的情感體驗[8]。

結合可持續(xù)防蝗產品概念，嚴格遵循可持續(xù)防蝗產品設計原則，能夠有方法性地進行基于可持續(xù)理念的防蝗產品設計[9]。

四、基于可持續(xù)理念的防蝗產品設計實踐

結合前文所述的背景調研及可持續(xù)設計策略的探索，我們發(fā)現(xiàn)東非地區(qū)經濟及農作模式無法進行有效的生態(tài)防治，常用的農藥防治對環(huán)境造成傷害，且在鄰國援助人員無法迅速到達的情況下，蝗災嚴重程度將會大幅上升，威脅到鄰國乃至全世界。

結合東非地區(qū)的特殊性，我們以其農田狀況為實踐設計基礎，在此基礎下的可持續(xù)防蝗產品設計需滿足以下創(chuàng)新功能點：1.智能管理農田2.監(jiān)測蝗蟲動態(tài)3.高效防治蝗蟲。

產品的創(chuàng)新點在于實現(xiàn)了農田日常的自動化管理和對蝗群的檢測，設備主體和防蝗網分別起到針對性高效防蝗和避免莊稼遭蝗蟲大量啃食的作用，因此該產品同時實現(xiàn)了多方面的可持續(xù)?，F(xiàn)從產品造型、材質、功能與產品的軟件端四個方面進行方案評價。

（一）產品造型

如圖3所示，防蝗設備造型簡潔，采用伸縮式設計，整體大小比例適中，可針對作物高度自行調節(jié)，而玉米作為東非地區(qū)主要作物中高度相對較高的作物，所以我們設備采用的常規(guī)高度為1.8米。設備采用白色外形，顏色更為統(tǒng)一突出，有利于在農田中快速觀察作業(yè)，同時農戶也可根據農作物高度來調整設備的高度。整體外觀輪廓采用圓柱體結構，方便運輸裝配，曲線與直線輪廓相結合，使用戶具有更調和的感官體驗，整體體量適中，上部監(jiān)測部分較大，下部網軸部分小且長，形成大小、粗細的對比，使用戶的視覺體驗更為舒適。攝像頭位于上部中間，周圍由條形散熱孔，圍繞攝像頭，長度與之適應，使之更為自然，同時攝像頭與周圍工程塑料有材質對比，使之觀察更為明顯。整體設備與農田環(huán)境相適應，體現(xiàn)出科技與自然的結合。

（二）產品材質

防蝗設備主要由設備機身、網軸、滑桿、滑軌、防蝗網、腳輪、蓄水倉、藥液盒等八部分，如圖4。

其中，ABS工程塑料作為了設備的主體骨架材質，其抗腐蝕性較好，且能在較高溫度下保持良好材料特性，表面硬度較好，機械強度較好，成本較低，適應當?shù)氐慕洕c環(huán)境情況;網軸主體采用304不銹鋼，在大氣中容易被腐蝕，機械性能較好，有利于延長產品生命周期;防蝗網采用高密度聚乙烯材質，無毒，符合可持續(xù)設計原則，抗磨損且絕緣，有良好機械強度;腳輪采用聚氨酯材質，該材質的優(yōu)勢是耐老化、耐臭氧、耐輻射、耐油，很符合東非地區(qū)光照較強的環(huán)境特點。蓄水倉主要由再生聚丙烯PP材質，環(huán)保無危害，符合可持續(xù)設計原則。超強的耐強酸、強堿性。藥液盒主要由PA或EVOH/膠粘劑/HDPE三層材質組成，減少農藥揮發(fā)逃散，如表2所示。

（三）產品功能

多個產品“popcreen”串聯(lián)及其對應的后臺運作是針對2020年東非蝗災的一套可持續(xù)防治蝗群且有效管理農場的系統(tǒng)。一方面，日常幫助監(jiān)測護理農作物;另一方面，在發(fā)生蝗災時，通過防蟲網來阻擋蝗群啃食農場植物，并通過光電誘導來對蝗群進行誘捕從而消滅多數(shù)的蝗蟲。產品可有效防治蝗蟲進攻農場，阻止莊稼被啃食從而避免糧食短缺漲價而引起的社會問題。而產品本身的實用性和可持續(xù)性將更好地實現(xiàn)自動化監(jiān)測和護理農作物。

產品的創(chuàng)新性具體體現(xiàn)在以下三個功能的結合與可持續(xù)性：

（1）智能管理農田

①監(jiān)測功能：通過上部分作用器的攝像頭觀察農田周邊情況，方便農戶在后臺遠程操縱產品進行農田管理;②噴灑功能：農戶通過后臺控制按鈕來遠程選擇對農田進行灌溉或者噴灑農藥。此操作節(jié)省了大量人力，實現(xiàn)了一人即可管理農場的愿望;

（2）監(jiān)測蝗蟲動態(tài)

建立“端一管一云”的系統(tǒng)架構，結合GPS定位、圖像識別技術及氣象數(shù)據等對蝗蟲運動軌跡和密度進行預測及觀察，保證在蝗群大規(guī)模侵襲之前，及時地獲取蝗群入侵的跡象，并運用大數(shù)據人工智能等信息技術進行分析，產生相應的數(shù)據傳輸給后臺;

（3）高效防治蝗蟲

后臺接收并分析蝗群入侵的監(jiān)測數(shù)據后，會立刻以自動跳轉的應急防蝗頁面反饋給農戶。在裝置啟動后，通過多個獨立設備的防蝗網展開串聯(lián)，全方位覆蓋農田以阻擋蝗蟲侵食，同時每個設備的上部分作用器頂端采用光電誘導技術，誘集蝗蟲至附近以形成蝗蟲高密集區(qū)，并于該區(qū)域進行小面積地噴灑農藥，盡可能保證農藥在蝗蟲致死的效率最大化，而小面積的農藥噴灑也規(guī)避了以往大規(guī)模的化學防治而導致的農作物嚴重損害的風險。

如表3所示，產品結構主要分為兩大部分，上部分作用器以及滑竿部分。上部分作用器主要包括檢測攝像頭，灑水噴頭，農藥噴頭和光照監(jiān)測等，主要用于農田日常管理以及蝗蟲的滅殺;下半部分主要由防蝗網和滑竿組成，用于隔離蝗災來臨時的蝗蟲和莊稼，起到防治蝗蟲和保護莊稼的作用。

多功能結合的應用給產品更強的操作性，遠程操控的特點便于更好的管理農場和防治蝗蟲，如圖5所示，產品使用模式分為以下兩種：

（1）日常模式：農戶根據農作物高度來自由調整popcreen的高度，攝像頭用于監(jiān)測農田周圍情況，方便農戶足不出戶就可在總控制室看到農田的情況。配有噴頭用于日常噴灑水和農藥，農戶只需按下按鍵即可自動進行工作，大大減少了農戶的工作量并提升了工作效率，如圖6。

（2）應急模式（發(fā)生蝗災時）：農戶可以通過機器頂部攝像頭來觀察蝗群的動向，一旦發(fā)現(xiàn)有蝗群，即可開啟防蝗網，并鋪上軌道，防蝗網會按照固定軌道來進行滑動，直到將整塊農田封閉起來，把蝗蟲隔離在防蝗網外，避免糧食被啃食。同時，光誘導等也會開啟，用于吸引蝗群聚集，等到蝗群靠近時，即噴灑農藥來殺滅蝗蟲，如圖7、8所示。

蝗災過去后，農戶在APP上進行操作，防蝗網便可自動收回，設備恢復日常狀態(tài)。

（四）軟件端

如圖9所示，產品“popcreen”在軟件端的界面設計上采用了扁平化設計，界面主色彩采用了代表可持續(xù)、農田的綠色，圖標和作用模塊在合理的范圍內盡可能地放大，減少文字的說明，這樣的處理是考慮到了教育落后的使用環(huán)境，便于東非當?shù)剞r戶理解并快速上手，更高效地為其實現(xiàn)便利的后臺遠程操作。

農田數(shù)據界面可以在后臺直觀具體的監(jiān)測到農田的實際情況，例如水分、營養(yǎng)物、肥料等信息;如果檢測到蝗災，會轉到應急防蝗頁面，便于農戶及時收到消息，按動按鈕，將防蝗網啟動包裹農田并進行相應的蝗蟲防治操作;蝗災結束并恢復日常狀態(tài)后，在實時監(jiān)控界面中，農戶可以啟動機器對農田進行灌溉管理，解決了農戶管理農田的地點限制問題。

結語

2020年是動蕩的一年，自年初以來，社會多方的秩序及運轉都發(fā)生了一定的錯亂停滯，此次東非特大蝗災的發(fā)生，是與人力物力短缺和不及時性等因素有著必然聯(lián)系的。若是這些成為蝗災重災區(qū)的國家或地區(qū)不投入使用針對當?shù)剞r作經濟及模式的防蝗產品，必將會讓蝗災情形愈演愈烈，威脅到鄰國乃至全世界。因此，本文從東非地區(qū)的防蝗產品設計出發(fā)，以可持續(xù)理念為基礎，希望以小見大，能將“便利種植，綠色防蝗”的設計理念輻射到各個國家及地區(qū)的防蝗產品設計中。從化學和物理技術入手，區(qū)別于有害的殺蟲劑，在防護農田的時候不造成農田污染。致力于讓蝗災重災區(qū)人民在便利種植的同時應急防蝗，過上更幸福的生活。

基金項目：本文系湖南省2020年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃資助項目《基于東非地區(qū)的防蝗設備產品設計研究——以“POPCREEN”為例》（項目編號：X202010555358）研究成果。

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