作業環境有利推動農業無人機服務市場 經營模式將從農地代測服務逐步推展至雲端農業
2018/12/27-可攜式CE-20181227-289-陳彥志
DIGITIMES Research觀察農業應用於無人機各類商用服務市場中，不論產值佔比、設備性能、作業環境等評比都較為理想，適合作為無人機擴大應用價值的理想市場。
無人機在現階段共有飛航安全、飛行距離、載重大小等議題，使得投入商用服務上並未如預期順利。農業應用情境則因土地面積空闊、飛航高度適宜、量測設備重量負荷在可行範圍內，使得發展條件優於其他商用領域。
農業專用無人機機種中，有定翼式與多旋翼兩大類別，多旋翼機種價位相對便宜，單趟航程涵蓋的農地面積也足以滿足多數農戶需求，其外掛配件可解決農作巡查與照護的例行工作，而提升農務效率。
在農業無人機應用市場推廣時，商業模式共會歷經三個階段，從代測服務、硬體銷售最後到軟體更新，其中，代測服務是接觸客戶的主要手段，供需雙方會因此了解實際農務需求並調整服務內容。在最後的軟體更新階段則需設法降低資料傳輸的門檻，以求經濟模式轉進雲端農業，讓數據價值發揮到最大。
無人機商用服務市場崛起 農業應用受限最低
無人機投入商業市場，可提升產業營運效率，從產值預估佔比來看，商用無人機的重點應用領域包含基礎設施、農業、包裹運輸與安防。無人機現階段有多種使用限制，但農業受到的影響較小，較適合無人機商用服務發展。
無人機在商用服務上能夠帶來許多好處，以基礎設施為例，可用於運輸道路高架設施的巡檢，優點表現在作業準確性與安全性的提升；以農業為例，投入農耕作業可節省人力、提高生產力；以包裹運輸為例，無人機透過網路連結，可實現規模化物流體系。
據PWC對2020年無人機商業服務的產值來推算產值佔比，可較清楚了解各應用領域的發展潛力。商用無人機在基礎設施的應用達36%為最大項目，農業26%居次，其他依序為包裹運輸、安防、娛樂、保險、通訊、採礦等應用。
前四大無人機商業服務預估產值合計佔比高達79%，市場重要性較高。但實務上，無人機性能現況存在一些限制，這些限制會使其在市場開發中面臨不同程度的挑戰。
各種無人機商業應用別服務產值佔比
註：係依2020年各類服務產值預估來計算佔比。
資料來源：PWC，DIGITIMES Research整理，2018/12
■ 無人機飛安、航程與載重限制對商用服務的影響
無人機的主要使用限制包括飛行安全、飛行距離與載重大小，各類無人機商業服務領域會受到不同程度的影響。商用無人機前四大應用領域中，這些限制對農業應用帶來的影響最低，適合優先開發該市場。
關於飛行安全限制，無人機在基礎設施與安防應用過程中，會有人員或車輛經過，在控制失當時，無人機墜落容易造成較大傷害，在包裹運輸應用，無人機飛越道路或地形複雜區域，失控時可能造成人員損傷，還有包裹損失風險。另外這些使用情境仰賴良好的遠端通訊控制，地形或建築物屏蔽會使訊號受到干擾，使得風險提高。
現行國際主要飛航法規對無人機有兩個管制重點，其一為無人機需在目視範圍內操控、其二是無人機飛航高度需在120公尺以下，這些管制措施都是為了避免無人機操作失當帶來的危害。
農業應用因為農地視野較好、人員密度極低，事故風險可大幅縮減；另外在120公尺以下的飛行高度，已足夠讓無人機進行高效率的農地檢測。因此，飛行安全限制對農業應用的影響最小。
飛行距離限制主要來自於通訊控制範圍、電池續航時間。主流商用機種遠端遙控距離約在10公里以內，電池續航時間約在1小時以內。在基礎設施巡查應用，工程建物有各種長度、高度，飛行距離會明顯影響作業彈性。包裹運輸需爭取時效，設備應盡量長時間投入服務，運送過程卻又不適合中途折返更換動力，在各類應用情境中受影響較大。
農業應用作業所需的作業距離，多旋翼機種基本上滿足小型耕種面積需求，更有用於更廣闊耕種面積的固定翼機種，農業較不受距離限制影響。安防主要用於特定位置的偵測巡邏，作業範圍多在距離限制內，電池電力補充亦有自動充電方案。
飛行載重限制主要發生在包裹運輸，甚至於未來的載客運輸，其商業模式與營運效率皆與載重大小有關，為提升載重量，無人機需提高升空性能，增加系統硬體成本，是前四大無人機商用情境中，受影響最大類別。其他種類的基礎應用，僅需掛載攝像鏡頭執行掃描拍攝任務，一般不會超過載重限制。
無人機飛行限制對各類產業應用發展影響性比較
資料來源：DIGITIMES Research，2018/12
多旋翼無人機航程可滿足多數農地量測需求 農業專用配件可強化經濟效益
目前農業無人機主流機種共有固定翼無人機與多旋翼無人機兩類，兩類無人機有價位與續航力區間差異，在農業應用上，後者可經由改裝而有新的用途。
農業固定翼無人機主流機種包括Trimble UX5、Sentera Phoenix、SenseFly eBee等，價位偏高，約在1萬至2萬美元，其航程約可達50公里，但該類多以快速飛行為主要設計，加掛裝置限於感測器，而非載送重物，因此在農業應用上特別適合進行大面積農地的量測。
多旋翼無人機在航程主流機種包括ATI AgBot、AGCO Solo、DJI Phantom 4 Pro等，價位約在2,000至8,000美元左右，其航程約可達20公里，單趟飛行的農地量測面積低於固定翼無人機種。
關於農業無人機的航行距離要求，從全球農地面積最大的美國來觀察，其大型農場平均經營面積可達950公頃(9.5平方公里)、小型農場平均經營面積則約120公頃(1.2平方公里)，後者數量約占9成。農地面積較小的國家，農場平均經營面積甚至不足10公頃(0.1平方公里)，使用多旋翼無人機種已能滿足絕大多數小型農場量測需求。
此外，多旋翼無人機的機型設計可定點升降、定點懸停，並可掛載重物，可用來運送農化藥劑、農作肥料，並在特定位置噴灑，廠商亦開發出專用機種來達到精準農業的應用目的。
農業專用無人機種售價、航程與應用比較
資料來源：DIGITIMES Research，2018/12
■ 無人機掛載配件可實現農業經濟效益
農業無人機硬體主要用來產生動力，配合空氣動力學而在實現空中航行，透過外掛裝置，則可實現農地量測或是農藥噴灑等功能。
在農地量測方面，無人機外掛配件是攝像鏡頭，其量測波段有別於消費型相機強調的可見光波段，而著重在紅光與紅外光波段，從這些圖譜強度可以反映農地的植物葉綠素含量，並推算植被指數(Normalized Difference Vegetation Index；NDVI)，有助於了解地面的農作覆蓋比率與健康狀況。
單鏡頭雖然可做到同時量測所有光譜，但濾光條件就無法達到完美，因此有雙鏡頭模組可分別測量可見光與紅外光波段，四鏡頭模組更可針對670nm、700nm、730nm等重點波段進行量測，以獲得更精準的農作植被資訊。
在經濟效益上，攝像鏡頭結合無人機快速飛航能力，可減輕農作巡邏的負擔，透過各種光譜分析結果，可使農地經營者有更好的工具掌握農地狀況，並透過持續追蹤農地資料與農作收支表現，而能對農地有更好的使用規畫，改善獲利。
在農藥噴灑方面，無人機外掛配件包括幫浦、液體儲桶、噴嘴，農化藥劑置放於液體儲桶內，載重約可達10公斤，幫浦可用電機控制藥劑流速，經由噴嘴送出後，透過高速旋轉的無人機旋翼霧化藥劑，使藥劑可以加速移動至作物根、莖、葉背等處。
在經濟效益上，以無人機進行農藥噴灑作業，可減低人員直接暴露在農藥噴劑環境中，提高自身安全，並且降低支付農化藥劑噴灑人工成本，透過飛航機精準噴藥，亦可減少農化藥劑開銷。
農業應用無人機主要配件與經濟效益
資料來源：DIGITIMES Research，2018/12
無人機農業應用將歷經三種支付階段 雲端農業為終極目標
無人機雖在硬體功能、作業環境都較達到農業應用理想範圍，但在市場推廣時仍有先後次序，主要會歷經銷售服務、銷售設備、銷售軟體等不同階段，並有各階段該留意的經營重點，最終發展至以無人機為主的雲端農業。
對於農戶平均耕作面積較小的國家而言，購置無人機的費用明顯高於傳統聘僱人工的作業成本，也較半機械式的小型耕耘機價位貴10倍以上。農戶過去耕作普遍仰賴地面機械或者僅以人力作業，對於改用無人機來從事農務，在觀念上需要重新適應，雙方也需了解彼此供需狀況，因此無人機農地代測服務會最早啟動。在該階段中，服務營運商的人力成本與硬體設備投資是主要開銷。
當農戶透過農用無人機服務，相信該設備在農業實務中確實可帶來好處後，便可能考慮是否購置設備，提高自行作業的便利性。但從無人機服務商代為作業，轉為自行作業，廠商或業者需要設法簡化設備操作難度。
另外在硬體維護上，需要讓零件保養或更替容易進行，才能提高農戶對購置設備的接受度。最後是特殊作業需求，農戶可能發現標準產品需要調整軟硬體設計，廠商可考慮需求多寡來進行客製或開發新配件。
最後是軟體支付模式的建立，目前農用無人機測量軟體使用期限約在1年。但在更多業者加入後，該模式將因競爭而改變。業者需持續開發功能，並設法從離線版本轉為雲端版本，從單一任務演進至農地長期觀測，並從大數據挖掘新商機。
惟農地量測的影像數據龐大，以及雲端連線費用、雲端功能是否能提供更多耕作建議，為農戶創造更多利潤，都會影響農戶對於數據上傳的意願。
農業無人機應用三大支付階段
資料來源：DIGITIMES Research，2018/12
結語
從產值佔比來看，基礎設施、農業、包裹運輸與安防為前四大商用無人機應用領域，但進一步考慮設備性能與作業環境，農業應用更具備發展商用無人機的理想條件。
在農業應用上，價位較低的多旋翼主流機種，單趟航程的總飛行距離已足以涵蓋多數農戶的耕作面積。硬體廠商掛載的專用配件，可賦予無人機量測農作植被密度、自動噴灑藥劑等功能，可創造多種經濟效益。
至於市場推廣過程，農業無人機將歷經服務銷售、硬體銷售、軟體銷售三個階段。農地代測服務的作業彈性高，可先接觸農戶並探詢耕作需求類型，藉此調整服務內容。最後的軟體銷售階段則仰賴雲端數據的存取，業者若能降低雲端存取的費用門檻，將能獲得大量數據來源，藉此發掘更多雲端農業的經濟價值。
