欧盟2015 年《GNSS 市场报告》之精准农业应用

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盟2015 年《GNSS 市场报告》之精准农业应用

编者按

2015年3月，欧洲全球导航卫星系统管理局（GSA）发布了《全球导航卫星系统（GNSS）市场报告》（第四版）（简称《报告》）。《报告》在概要阐述全球GNSS市场新进展的同时，分别从位置服务、道路、航空、铁路、航运、农业、测绘和授时同步八大应用领域分析了GNSS市场发展现状，并对2023年前的发展趋势进行了预测。本文摘选了报告中有关精准农业应用领域的主要内容，供读者参考。

一、GNSS在农业中的应用

精准农业是利用不同的技术和解决方案，使农业更高效，提高作物产量，减少对环境的影响。

GNSS设备在农业方面的应用主要包括：

·农业机械导引：使用GNSS定位辅助驾驶员沿最优路径前行，减少路线重叠或者路线疏漏的风险。

·自动驾驶系统：完全实现农场设备的自动驾驶。

·可变速率技术：结合GNSS定位与来自其他传感器和数字地图的信息，用于分发精确量的农药。

·产量监测：使用产量传感器与GNSS定位的收割机输出的信息，可以定点监测产量。

·生物监测：在农业领域，提供作物生长的最新信息，使得生物定点监测成为可能。

·土壤条件监测：对土壤水分、肥力或疾病状态进行更新，从而可以实现优化管理。GNSS定位和应用软件可以识别送到实验室土壤样本的准确位置。土壤采样数据可以用于可变速率技术（VRT）应用地图。

·家畜跟踪和虚拟围栏技术：采用GNSS跟踪动物，设置虚拟围栏。

GNSS设备在农业物流领域的应用包括：

·农机监控和资产管理：使用实时GNSS信息监控农场设备的位置和机械状态，实现有效地管理工作流程。

·地理溯源：通过使用安装在动物和车辆的GNSS跟踪器上的转发器及地理参考位置和地块尺寸信息，提高食品、动物和产品的有效性。

·地域边界界定：可以利用GNSS技术精确测量农田边界和尺寸。在欧盟共同农业政策（CAP）下，执行按照区域进行补贴的制度。调查员进行实地检查时，利用GNSS定位调查违规情况。

二、主要趋势

精准农业有利于提高农业生产率，有助于应对社会挑战。

1.主要市场趋势

·在欧洲和世界范围内，由于精准农业提高了生产率，使农民获益，因此其对精准农业的认可度将继续增长。

·当前北美拥有最大的GNSS市场，但是亚太地区将逐渐挑战这一地位。

·由于用户使用要求更高，这将带动精准农业向全面的农场管理解决方案发展。

·GNSS支持区域和全球范围内的农业环境政策。

2.应用GNSS技术可获得高投资回报

精准农业能够系统提高农业生产活动从土地准备到收获所有阶段的生产率：

·减少每个操作所需时间；

·减少因雾天或夜晚导致的停机时间；

·由于能在完全相同的轨迹上驾驶农机，从而确保土壤压实最小化；

·降低燃料消耗；

·节省投入成本（种子、肥料、农药）；

·监测土壤和植物的理化参数，确保植物生长的最佳条件。

3. GNSS与其他技术结合的创新应用

·GNSS使拖拉机、农具和其他资产定位精确可靠。

·卫星对地观测将越来越多地支持精准农业的数字化应用。欧洲哥白尼计划旨在提升综合对地观测能力。这一计划是利用GNSS定位来提供土壤表面和有价值的信息，以支持精准农业解决方案。

·飞机和无人机航空摄影能以合适成本获取数字应用图的数据。

4. 复杂的用户需求推动了新业务的产生

农民可根据种植类型和其所拥有土地大小来选择最优的GNSS解决方案，以满足其需求。高定位精度支持最苛刻的应用，如自动驾驶。

与任何其他技术相同，精准农业解决方案也是基于可靠性和成本效益进行评估。

随着时间的推移，最终用户的决策权已逐步增加。农民日益需要各类供应商提供不同简单易用和互操作性的解决方案。这包括将精确农业、数字制图和资产管理解决方案集成到一个单一系统的可能性。

业界开始为农场管理提供集成的平台，这在未来的重点包含和取代仅能提供田间活动的产品和服务。除了解决农民关切的可靠性和成本效益外，还要解决有限的土地供应和人口增长带来的挑战，精准农业可确保农业的可持续发展，减少对环境的影响，提升食品安全性。

三、产业

1. 精准农业价值链

精准农业价值链中的主要参与者如图1所示。

图1 精准农业价值链

2.欧盟GNSS产业在全球市场中的份额

对于元器件和接收机的制造商而言，欧洲企业拥有整体市场10%的份额，领先的参与者是Laird， Amazonen-Werke 和 Hexagon。对于系统集成商而言，欧洲企业拥有市场份额的28%，前三名是Hexagon及其子公司徕卡测量系统、Claas和CNH。Claas是一个应用解决方案提供商和拖拉机制造商。CNH也生产拖拉机（以前是New Holland和Case）。

总体而言，GNSS精准农业产业主要集中在北美，拥有63%组件和接收机的市场，及46%系统集成商市场。

四、最新进展

北美带动精准农业解决方案快速增长。按区域划分的精准农业GNSS设备安装量如图2所示。按应用类别划分的精准农业GNSS设备出货量如图3所示。

图2 精准农业GNSS设备安装量（按区域划分）

图3 精准农业GNSS设备出货量（按应用划分）

由图2可见，2006年和2012年之间，全球精准农业GNSS设备的安装量翻了3倍，从20万台增长到70万台。

北美是技术最先进的地区，2013年拥有的精准农业GNSS设备占57%，分布在美国和加拿大的250万家农场。农业集团具有大型、富有的特点，使用机器密集型技术进行耕种。此外，资本而言，高成本的劳动力使节省劳力的精准农业技术特别有吸引力。精准农业主要农作物有玉米、大豆、小麦和苜蓿。

亚太地区的国家在农业方面具有不同的特点，是在使用精准农业GNSS设备方面增长最快的地区，从2006年总的安装量为0.3%提高到2013年的17% 。欧洲也经历了精准农业GNSS设备安装的增长，从2006年5.1万台增长到2013年12.9万台。然而，这种增长已经慢于世界其他地区的增长速度（每年14%）。

澳大利亚拥有最成熟的市场。由GNSS带来的效率提升允许澳大利亚的农民能够应对影响许多澳大利亚大农场缺水和土壤肥力的挑战。

由图3可见，从2006年到2013年，基于GNSS的精准农业应用最广泛的是拖拉机导引，2013年近12万台（编者注：按图3概算），占设备总份额的54%。

自动驾驶技术随着发达国家的逐步采纳而得到显著增长，该技术要求更高精度的导航方案。这种潮流决定了高精度的导航解决方案对农民来说会“上瘾”，因此这种高端方案一旦实施就不大可能会被放弃。

可变速率技术（VRT）也开始被农民逐渐地采纳。在可变速率技术方面，GNSS精准农业设备出货量从2006年近乎为零增长到2013年的3.8万台。

资产管理解决方案是当前现场解决方案的补充。其出货量从2006年近乎为零增加到2013年的2万台（编者注：按图3概算）。

五、未来市场趋势

尽管存在价格方面的压力，但是先进精准农业应用的增长将推动农户收入增加。按照应用类别划分GNSS精准农业设备出货量预测如图4所示，按照区域划分的精准农业安装量预测如图5所示，按照应用类别的安装量预测如图6所示。

图4 GNSS精准农业设备出货量预测（按应用类别划分）

图5 GNSS精准农业设备安装量预测（按区域划分）

图6 GNSS精准农业设备安装量预测（按应用类别划分）

如图4所示，从2013年到2023年，每年GNSS精准农业设备出货量预计将增加5倍以上，全球总出货量多达120万台设备。总体而言，GNSS渗透率在下一个十年的稳步增长是可预见的，到2023年将达到50%。

伴随日益激烈的竞争，最终用户的议价能力和规模经济都将有助于设备的平均价格的逐步下降，技术进步的影响只是部分补偿价格侵蚀。

然而，由于GNSS精准农业设备的出货量的持续增长，特别是在先进精准农业应用方面，在所有GNSS驱动的农业应用方面，全球收入预计将得到增长。按照区域的收入预测如图7所示，按照应用类别的收入预测如图8所示。

图7 GNSS精准农业设备收入预测（按区域划分）

图8 GNSS精准农业设备收入预测（按应用类别划分）

可变速率技术应用设备收入从2013年13500万欧元增加到2023年72300万欧元，逐渐获得上涨。同样，资产管理收入将从2013年1100万欧元增长到2023年10200万欧元。

自动驾驶精准农业设备将产生最大份额的收入，依据每台设备平均价格，保持最贵的应用。然而，它也将经历最快的价格下降，高精度在世界范围的应用将变得越来越商业化。总的来说，拖拉机导引精准农业设备相关的收入预计将在2018年达到峰值，因为农民转为应用更先进的解决方案，在那时拖拉机导引将下降。GNSS可以提高生产率和帮助亚太地区应对挑战。

亚太地区预计将采用GNSS精准农业设备取代驾驶员座椅，从2013年15.6万台增长至2023年230万台。特别是，中国和印度在农业经济方面具有高潜力（占据总就业率的35%和47%），从而在生产效率方面的改进具有显著的空间。GNSS应用精准农业对象是中国和印度生产的主要作物，包括小麦、甘蔗和棉花。在这些国家持续增长的生产率需要解决一系列的社会挑战：

·城市化：随着农村人口不断迁往城市，农业劳动力越来越短缺。

·人口增加：随着人口的增长（尤其是印度），食品需求也增长。

·土地和水资源的短缺：可用于种植的土地是有限的，它不会在未来几年增加。水资源短缺问题也越来越影响农业。

通过提高农业生产率，精准农业将大大有助于应对这些挑战，特别是对机械化的趋势仍在继续。农户平均持有土地的增长也会促进采用GNSS设备。

六、用户技术

GNSS信息将被集成到基于云的系统中，以此来提升农场管理。

使用各种传感器的附加信息，同时在农场管理信息系统（FMIS）中集成GNSS定位信息，已经彻底改变了精准农业。农场管理信息系统是一个以管理农场所需的形式收集、处理、存储和提供数据的系统。GNSS将这些数据链接到具体的地理坐标。附加的传感器可以使对地观测系统和气象站提供附加信息的遥感应用成为可能。

所有这些数据集成到一个基于云的农场管理平台中，该平台为农民提供了一种有效的决策工具，该工具能够提高整体生产率和支持农民的行动和选择。特别是，该数据用于监控成本，人力资源和机械管理，提供强大的报告，对未来进行规划，监测农作物产量。

更实惠的、双频和多星座接收机的上市，以及PPP（精密单点定位）解决方案的出现，将进一步支持精准农业。例如，基于GNSS的自动驾驶系统将受益。

图9、图10显示了精准农业领域利用先进的GNSS，有近80%的设备集成了天基增强系统（SBAS）和几乎40%的应用模式能够跟踪所有4个GNSS星座。

七、欧洲的GNSS精准农业

1.EGNOS与伽利略系统提高精准农业的效益和效率

EGNOS为精准农业提供一种经济实惠的解决方案，以最小的投资使得农民优化产量，提高劳动生产率，降低驾驶员的疲劳。EGNOS支持亚米级精度的机械导航解决方案，适用于基本价值作物种植（如谷类）。这也使这样的农业活动管理更加有效率，如播种、喷涂和收获。因此，优化使用种子、化肥和除草剂，以及减少燃料和驾驶员疲劳，提高生产率。换句话说，EGNOS既让农民受益（更高的边际利润），又有益于社会（食品供应增加，农业更环保）。

图9 精准农业领域GNSS接收机中四大全球系统占比

图10 精准农业领域接收机支持的星座数目

伽利略将进一步提高GNSS辅助精准农业的性能。它将在一个多星座环境提供增强的可用性和连续性，以及基于双频能力，提高实时定位精度。伽利略的商业服务将提供两个额外的强大信号，提供更高的数据吞吐率和厘米级高精度。它也提供独立于地面增强系统的增强能力。

2.欧洲EGNSS研发计划为欧盟产业带来竞争力

（1）GeoPal项目支持农场物流业务

GeoPal是在农业领域基于GNSS用于规划物流的系统。该系统帮助农民提高在农场与农场间的物流活动的效率。GeoPal包括以下活动：

·车队管理和物流（运营管理工具和所需的ICT系统）；

·现场机械的协调、派遣和路径规划功能；

·集成优化规划闭环，实现自动化现场运行和监控。

（2）MISTRALE项目在洪水和土壤湿度测绘中的创新

在农业领域，进行有效的水资源管理和对风险进行准确评价的需求日益增加，这与竞争力和生产率的要求同步。MISTRALE项目（农业和环境领域土壤水分和洪水区域监测）的目的是用一台配备了专用GNSS信号接收机的小型遥控飞机系统，为农民提供可靠的洪水和土壤湿度图。

这种创新的技术可提供连续的数据（克服黑暗和植被问题），具有改进的地图和导航功能。EGNOS和伽利略将用于提高遥控飞行系统的导航能力。

●贠敏 张曼倩 译

●晓春 校