基于可持续理念的防蝗产品设计与研究

裴爱真 盖欣仪 李佳 胡雪江

摘要：基于可持续理念提出对防蝗产品的设计研究。对可持续理念展开概念讨论，梳理深受蝗灾影响的地区特征，对防蝗产品市场现状进行分析，以可持续理念为基础，探究产品如何兼顾粮食安全及防控蝗虫等功能，从可持续设计的三维度出发，针对存在的问题提出设计策略。结合对东非农作模式的调研，从产品造型等四方面进行设计实践。改善了防蝗与绿色农作之间的矛盾点，为今后基于可持续理念的防蝗产品设计研究奠定了一定基础。

关键词：可持续理念防蝗产品维度分析便利种植粮食安全

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：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年初爆发的蝗灾，比以往强度高达了20倍之多。大范围的蝗灾席卷了西非、东非和南亚20多个国家，甚至辐射到了中国等各邻国边界。特别像东非等受灾严重地区，因蝗灾而间接引发出一系列社会性问题，加剧了其整个社会的潜在动荡。在这样的社会背景下，基于可持续理念的防蝗产品将有力地填补市场空白，减少化学农药对农作物的伤害，同时也将成为绿色防蝗的长久选择。

一、可持续理念概述

可持续性涵义可解释为：在当前迅速发展的社会下，不断地去寻求人与自然、环境共存的契合点，同时在这个过程中也倡导人们提高自身對自然环境、社会可持续发展的意识。可持续设计提倡在消除对环境的负面影响同时，减少材料产品的消耗。可见.其并不是简单地强调环境保护，而是倡导用户需求、环境效益和企业发展战略相结合的双赢观。

例如一种可持续吸管，由回收的硼硅酸盐玻璃制成，可回收、可重复使用、低过敏性、易于清洁和保养，如图l所示;共享经济也是一种新型可持续经济概念，价值体现在两方面：一方面，资源拥有方利用闲置资源获得收益;另一方面，资源使用方以较低成本获得资源，满足自己的需求。从以上例子可以看出可持续设计理念的切入角度可以是材料，也可以是产品系统，更可以是一种昭示、一个概念[1]。因此需要设计师乃至公众对可持续理念具有更加全面以及深刻的认识和思考。

（一）可持续设计的维度分析

可持续设计的维度分析包括三个方面：经济效益维度、生态保护维度和社会保障维度，如图2。

1.经济效益维度：从经济角度看，经济可持续发展重在解决现代发展与后代发展的协调关系。在不损害后代利益的前提下，保证人类发展的长远利益或后代的持续收入。基本这个立足点出发，优化总量分配社会资源。可持续的经济增长不仅强调数量和质量的提高，且注重节约资源和提高效率，努力保持或最小化收入波动。

2.生态保护维度：可持续理念作为实现生态可持续发展的重要思想，力求在保障自然资源合理利用的前提下，提高产品的利用率和品质，努力探寻消耗与节能的平衡点。各国的首要任务应当是从地区到全球的范围内更加重视生态系统服务，并规划好如何通过可持续性生态系统治理体系[2]。2020年大规模蝗群入侵东非地区并迅速扩散，大面积的化学农药防治虽达到了一定的防治效果，但却对当地环境造成了伤害。以此为戒，应当充分关注全球生态环境的可持续发展。

3.社会保障维度：从社会保障的维度分析，可持续发展不止是作为当代人的基本生活需求的保障，还需更加顾及到后代的社会保障基础，绝不能为当代的资源利益或安全保障来牺牲掉后代的资源。纵向来看，保障当代人们的基本生活条件和预留足够的各类资源给后代，这是我们必须同时担任的职责。横向来看，有必要在考虑经济和社会持久性并造福经济的同时发展社会保障业务，可持续发展与社会共同进步。

二、国内外防蝗方法及产品现状分析

（一）现有方法

目前，化学防治、物理防治、生物防治和生态防治是应对蝗灾的现有的主要方法。如表l所示，能迅速及高效地控制蝗灾状况的方法是化学防治，但此方法的缺陷是极其容易使生态环境陷入严重破坏的困境局面。最为倡导的方法是生物防治，大致是利用微生物等生物农药来控制蝗虫的繁衍，此方法对生态环境的影响较小。而更为治本的则是生态防治，其方案一般是通过改变生态环境来防治蝗虫，例如将低洼地区（如湿地、沼泽等）变为鱼塘，或种植农作物、植物等，从源头上入手，直接减少蝗虫的食物源或栖身地[3]。

纵观各国在蝗灾治理层面上，发达国家蝗灾防控意识极其强烈，且防蝗技术也相对完善，蝗灾高发地区主要为发展中国家及落后地区，而众多发展中国家中的中国在近十余年里未暴发大规模的蝗虫灾害，主要是在防治方法上，从原本的化学防治措施转向成更加可持续性的治理措施，即以应用生物防治和生态防治为主。同时，我国构建了完善的蝗虫防治体系，澳大利亚、美国及加拿大等国家不仅建设了健全的预警技术和防控体系，还会开展一定的化学防治，但也因此会在防控蝗灾的同时，产生不可避免的农药污染[4]。而例如中亚、东非等这些常发生战乱或不发达的国家或地区，由于它们当地政府没有技术和资金去建立健全完善的预警技术和防控体系，技术和体系的缺失致使他们只有在蝗灾大规模暴发时，才不得不大范围地采取喷洒农药的方式进行应急防治，这样的延迟性举措无法妥善防控，反而会造成农作物损失惨重和生态污染的后果。

（二）市场产品分析

目前国内外防蝗市场上广泛使用的产品以化学农药为主。近年来，中国科研人员在化学农药的直接替代物和间接替代物两种方式之间不断探索，找到并逐渐普及更科学生态的方式，即杀蝗微生物制剂（蝗虫微孢子虫和绿僵菌）。作为受灾严重的国家及地区，他们都实行了不同的防蝗措施。比如，印度当地政府会投入资金去购买大批的无人机及其他功能设备，在观测蝗群的运动轨迹的同时，会及时喷洒大量的杀虫剂，但显然，虽然能有效杀死蝗群，但这无法在杀死蝗群的时候，有效地防止农作物被损害，反而会遭受到杀虫剂的第二波伤害;而在2020年发生的前所未有之庞大的东非蝗灾中，由于无法及时得到邻国援助，同时该地区文化教育程度及经济水平低下，导致相关的设备技术和专业的防治人才都处于极其短缺的状况，而农药喷洒措施的实行也因不及时性和杀虫剂供应不足而导致蝗群不断扩大、农作物受损极其严重，甚至引发了“粮食危机”，蝗灾范围之广也危及到了中国等各邻国的边界。东非地区的经济水平限制了测报技术和防控组织体系的建立、相关产品的发明制造，同时其农作经济及模式也在很大程度上限制了防蝗设备的适用种类。

随着互联网的迅速发展，各国及各地企业都开发了各式各样的蝗虫监测预警系统，但仅仅只能起到监控的作用，并不能兼顾防护农作物、驱赶蝗虫的功能。由此可见，同时兼顾到农作物的安全及监控驱赶蝗虫的产品仍处于市场空白状态，也意味着庞大的发展前景。

三、基于可持续理念的防蝗产品设计策略

以可持续设计的3R原则（Reduce、Reuse、Recycle）为基础，防蝗产品可以从原材料的选择，结构的优化，功能的叠加，以及产品生命周期的每一环节都能进行有效优化，以减少对环境的污染。

（一）产品生命周期的可持续闭环

农田空间性质特点近似于未经改造的自然环境，对产品材料要求相对较高。从生产加工来看，首先应考虑使用无毒无害、成本较低的材料，尽量避免或减少产品的加工处理，通过优化产品结构造型，最大程度利用现有材料，减少边角料的浪费。最后考虑回收利用废旧材料和可再生材料。其次，考虑到使用过程人与产品与环境的交互，该防蝗产品造型、色彩应尽量与自然环境协调，在生命周期中通过合理设计减少有害、不可逆结果的产生[5]。

（二）产品功能泛用性与操作简洁性

在设计过程中，考虑到实际环境中用户的能力有限而各不相同，设计师应在不干扰主体功能的同时，加入各种特点来尽可能满足大多数需求，从而使得产品能在最大程度上被每个人使用[6]。我们的目标用户大多处于教育落后的贫困地区，所具有的知识水平和设计素质理念相对贫乏，所以产品语意要简洁直观，同时搭配配套APP，易于操作。另外，在保证能够满足产品基本功能的情况下，应尽量减少消耗，更高效地利用资源，减少对环境的污染。

（三）产品语意功能的良好交互

产品语义学起源于设计符号学，从本质上讲是将产品看做类似传达信息的符号介质，从而进一步建立设计者一产品一用户三者之间联系的一门新兴学科[7]。随着工业、化学等技术的不断发展和成熟，产品功能元器件的電子化和芯片化极大程度解放了产品的造型，几乎所有的电子产品都能以相似的几何造型出现，但是也扼杀了产品的个性，增加了产品的学习和操作成本，降低了用户使用体验。所以本产品通过总结产品语意学在设计应用上的理论思路以及优秀设计的共同特点确定设计思路。

在结构上，产品应保留体现功能特征的结构符号，尽量完整地向使用者传达外延使用层次的语意，充分阐明、发挥符号的能指与所指作用;在材料上，应尽量使用适合当地气候、地理环境的材料，并减少处理步骤，保留原材料的基本特征;在色彩上，应考虑到产品与周围环境的协调关系，使用环保、易降解的涂料等;在肌理处理上，要在不影响产品功能的前提条件下进行设计性加工，重视产品与用户的五感互动，形成良好的情感体验[8]。

结合可持续防蝗产品概念，严格遵循可持续防蝗产品设计原则，能够有方法性地进行基于可持续理念的防蝗产品设计[9]。

四、基于可持续理念的防蝗产品设计实践

结合前文所述的背景调研及可持续设计策略的探索，我们发现东非地区经济及农作模式无法进行有效的生态防治，常用的农药防治对环境造成伤害，且在邻国援助人员无法迅速到达的情况下，蝗灾严重程度将会大幅上升，威胁到邻国乃至全世界。

结合东非地区的特殊性，我们以其农田状况为实践设计基础，在此基础下的可持续防蝗产品设计需满足以下创新功能点：1.智能管理农田2.监测蝗虫动态3.高效防治蝗虫。

产品的创新点在于实现了农田日常的自动化管理和对蝗群的检测，设备主体和防蝗网分别起到针对性高效防蝗和避免庄稼遭蝗虫大量啃食的作用，因此该产品同时实现了多方面的可持续。现从产品造型、材质、功能与产品的软件端四个方面进行方案评价。

（一）产品造型

如图3所示，防蝗设备造型简洁，采用伸缩式设计，整体大小比例适中，可针对作物高度自行调节，而玉米作为东非地区主要作物中高度相对较高的作物，所以我们设备采用的常规高度为1.8米。设备采用白色外形，颜色更为统一突出，有利于在农田中快速观察作业，同时农户也可根据农作物高度来调整设备的高度。整体外观轮廓采用圆柱体结构，方便运输装配，曲线与直线轮廓相结合，使用户具有更调和的感官体验，整体体量适中，上部监测部分较大，下部网轴部分小且长，形成大小、粗细的对比，使用户的视觉体验更为舒适。摄像头位于上部中间，周围由条形散热孔，围绕摄像头，长度与之适应，使之更为自然，同时摄像头与周围工程塑料有材质对比，使之观察更为明显。整体设备与农田环境相适应，体现出科技与自然的结合。

（二）產品材质

防蝗设备主要由设备机身、网轴、滑杆、滑轨、防蝗网、脚轮、蓄水仓、药液盒等八部分，如图4。

其中，ABS工程塑料作为了设备的主体骨架材质，其抗腐蚀性较好，且能在较高温度下保持良好材料特性，表面硬度较好，机械强度较好，成本较低，适应当地的经济与环境情况;网轴主体采用304不锈钢，在大气中容易被腐蚀，机械性能较好，有利于延长产品生命周期;防蝗网采用高密度聚乙烯材质，无毒，符合可持续设计原则，抗磨损且绝缘，有良好机械强度;脚轮采用聚氨酯材质，该材质的优势是耐老化、耐臭氧、耐辐射、耐油，很符合东非地区光照较强的环境特点。蓄水仓主要由再生聚丙烯PP材质，环保无危害，符合可持续设计原则。超强的耐强酸、强碱性。药液盒主要由PA或EVOH/胶粘剂/HDPE三层材质组成，减少农药挥发逃散，如表2所示。

（三）产品功能

多个产品“popcreen”串联及其对应的后台运作是针对2020年东非蝗灾的一套可持续防治蝗群且有效管理农场的系统。一方面，日常帮助监测护理农作物;另一方面，在发生蝗灾时，通过防虫网来阻挡蝗群啃食农场植物，并通过光电诱导来对蝗群进行诱捕从而消灭多数的蝗虫。产品可有效防治蝗虫进攻农场，阻止庄稼被啃食从而避免粮食短缺涨价而引起的社会问题。而产品本身的实用性和可持续性将更好地实现自动化监测和护理农作物。

产品的创新性具体体现在以下三个功能的结合与可持续性：

（1）智能管理农田

①监测功能：通过上部分作用器的摄像头观察农田周边情况，方便农户在后台远程操纵产品进行农田管理;②喷洒功能：农户通过后台控制按钮来远程选择对农田进行灌溉或者喷洒农药。此操作节省了大量人力，实现了一人即可管理农场的愿望;

（2）监测蝗虫动态

建立“端一管一云”的系统架构，结合GPS定位、图像识别技术及气象数据等对蝗虫运动轨迹和密度进行预测及观察，保证在蝗群大规模侵袭之前，及时地获取蝗群入侵的迹象，并运用大数据人工智能等信息技术进行分析，产生相应的数据传输给后台;

（3）高效防治蝗虫

后台接收并分析蝗群入侵的监测数据后，会立刻以自动跳转的应急防蝗页面反馈给农户。在装置启动后，通过多个独立设备的防蝗网展开串联，全方位覆盖农田以阻挡蝗虫侵食，同时每个设备的上部分作用器顶端采用光电诱导技术，诱集蝗虫至附近以形成蝗虫高密集区，并于该区域进行小面积地喷洒农药，尽可能保证农药在蝗虫致死的效率最大化，而小面积的农药喷洒也规避了以往大规模的化学防治而导致的农作物严重损害的风险。

如表3所示，产品结构主要分为两大部分，上部分作用器以及滑竿部分。上部分作用器主要包括检测摄像头，洒水喷头，农药喷头和光照监测等，主要用于农田日常管理以及蝗虫的灭杀;下半部分主要由防蝗网和滑竿组成，用于隔离蝗灾来临时的蝗虫和庄稼，起到防治蝗虫和保护庄稼的作用。

多功能结合的应用给产品更强的操作性，远程操控的特点便于更好的管理农场和防治蝗虫，如图5所示，产品使用模式分为以下两种：

（1）日常模式：农户根据农作物高度来自由调整popcreen的高度，摄像头用于监测农田周围情况，方便农户足不出户就可在总控制室看到农田的情况。配有喷头用于日常喷洒水和农药，农户只需按下按键即可自动进行工作，大大减少了农户的工作量并提升了工作效率，如图6。

（2）应急模式（发生蝗灾时）：农户可以通过机器顶部摄像头来观察蝗群的动向，一旦发现有蝗群，即可开启防蝗网，并铺上轨道，防蝗网会按照固定轨道来进行滑动，直到将整块农田封闭起来，把蝗虫隔离在防蝗网外，避免粮食被啃食。同时，光诱导等也会开启，用于吸引蝗群聚集，等到蝗群靠近时，即喷洒农药来杀灭蝗虫，如图7、8所示。

蝗灾过去后，农户在APP上进行操作，防蝗网便可自动收回，设备恢复日常状态。

（四）软件端

如图9所示，产品“popcreen”在软件端的界面设计上采用了扁平化设计，界面主色彩采用了代表可持续、农田的绿色，图标和作用模块在合理的范围内尽可能地放大，减少文字的说明，这样的处理是考虑到了教育落后的使用环境，便于东非当地农户理解并快速上手，更高效地为其实现便利的后台远程操作。

农田数据界面可以在后台直观具体的监测到农田的实际情况，例如水分、营养物、肥料等信息;如果检测到蝗灾，会转到应急防蝗页面，便于农户及时收到消息，按动按钮，将防蝗网启动包裹农田并进行相应的蝗虫防治操作;蝗灾结束并恢复日常状态后，在实时监控界面中，农户可以启动机器对农田进行灌溉管理，解决了农户管理农田的地点限制问题。

结语

2020年是动荡的一年，自年初以来，社会多方的秩序及运转都发生了一定的错乱停滞，此次东非特大蝗灾的发生，是与人力物力短缺和不及时性等因素有着必然联系的。若是这些成为蝗灾重灾区的国家或地区不投入使用针对当地农作经济及模式的防蝗产品，必将会让蝗灾情形愈演愈烈，威胁到邻国乃至全世界。因此，本文从东非地区的防蝗产品设计出发，以可持续理念为基础，希望以小见大，能将“便利种植，绿色防蝗”的设计理念辐射到各个国家及地区的防蝗产品设计中。从化学和物理技术入手，区别于有害的杀虫剂，在防护农田的时候不造成农田污染。致力于让蝗灾重灾区人民在便利种植的同时应急防蝗，过上更幸福的生活。

基金项目：本文系湖南省2020年大学生创新创业训练计划资助项目《基于东非地区的防蝗设备产品设计研究——以“POPCREEN”为例》（项目编号：X202010555358）研究成果。

参考文献

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