從美國、日本經驗淺評中國植保無人機的發展

張希穎 胡睿

摘 要：當前，應用于農業領域的種植和保護的植保無人機，因為具備效率高、成本低與節約勞動力的特點，可以極大提高農業作業能力，這兩年得到較快地發展。但是，無人機在農業領域的發展中仍然存在一些問題。本文主要分析了中國植保無人機發展的現狀及存在的問題，并針對世界上農用無人機發展較為完善的美國、日本經驗，提出了如何借鑒的對策，可以幫助中國植保無人機取得良性可持續發展。

關鍵詞：植保無人機；發展現狀；美日經驗；借鑒對策

當前，我國各行業級無人機分類中，植保無人機（下文皆簡稱“無人機”）發展最為迅速，規模最大，在農業生產環節更具實用性。數據顯示，國內不同型號的植保無人機一天可以連續作業400畝到800畝不等，是人工效率的30倍以上，同時無人機的噴霧技術能減少50%以上的農藥以及90%左右的用水，不僅實現了資源的用量節約與成本縮減，更使農藥對土地與人體的傷害降到了最小。但是，中國植保無人機的發展畢竟起步較晚，與日本、美國的先進技術和經驗做法相比，我們仍然存在較大的差距。

一、美、日兩國外植保無人機發展概況

（一）日本經驗：用全面服務配合農業所需

日本的耕地特征與我國非常類似：人均耕地面積小，多山地。另外，老齡化問題加劇，農業人口不斷下降，成本壓力上升，不適合載人飛行噴灑，也造就了其無人機產業起步較早，發展較為完善的特點，早在上世紀八十年代，日本農林水產省就曾提出加快開發單旋翼無人直升機農業作業的迫切要求。日本是當今植保無人機發展最為先進的國家之一，擁有注冊農用無人機2346架，農用無人機覆蓋率達到70%，而日本市場以雅馬哈無人機一家獨大，市占率達到了60%，由該公司提供的農用無人機噴灑作業的稻田約占當地全部稻田的40%。其主要經驗做法有：

第一， 針對性強。日本植保無人機企業響應政府號召，致力研究油動單旋翼無人直升機，可以在強風中擁有更佳的穩定性與較有效的下揚風力用以提高噴灑霧化效果與噴灑穿透效果，十分切合日本小耕地的特點。

第二， 服務維度高。雅馬哈公司為代表的無人機植保企業與政府（日本農林水產省）合作，積極打造信息服務平臺，提供更加全面的服務與指導體系用以進行全產業鏈服務，包括提供15天的專業培訓，使購買者可以熟練操作該公司機型；在日本各地均有經過雅馬哈公司認可的修理廠，發生故障后可以及時維修，若24小時內無法完成故障修理，雅馬哈公司會立即指派一架新無人機暫時代替作業；在日本，僅水稻無人機專用農藥就有133種

第三， 標準較統一。由于日本歷來重視農用無人機產業發展，起步較早，再加上市場的選擇，日本無人機僅以少數掌握了核心技術如飛控系統以及植保噴嘴制造的雅馬哈公司提供，行業標準較早也易于得到統一，法律法規制定完善且隨時得到補充，2017年4月，日本經產省已著手開始各項技術測試，準備在2020年向國際標準話組織提交認證申請，意欲主導國際無人機行業標準，以利于自產的無人機在國際上得到推廣。統一的標準也成就了其植保無人機政策補貼效率高，進而飛手數量眾多（于2016年達到了14163人），農民購機亦可獲得補貼，且人人都有動力購買無人機保險。

（二）美國經驗：以高端技術主導產業發展

美國是世界上農業航空業發展最為先進的國家，但由于其農業勞動人工成本高，曾放棄國內水稻產業，甚至一度完全依賴進口的大米，直至20世紀70年代，航空作業在種植領域的逐漸完善，才開始穩固其世界主要稻米出口國的地位。到2017年美國已擁有農用飛機20多個品種9000多架，占世界擁有量的28%， 65%的農業化學處理由飛機承擔，60%的農藥噴施由專業的植保公司運用無人智能機械完成。其發展經驗也很突出：

第一，立法先行。由于安全問題，對于無人機在農業領域的應用，美國政府一度采取保留態度，2013年美國國會就已聯合各州政府相繼出臺100部無人機相關法案，雖然法律制定與審查較為嚴苛，但是其跟進快，法律法規詳盡的特點，使美國行業標準在制定上有據可循，所以較為統一。2015年1月，美國聯邦航空管理局（FAA）正式批準無人機可用于農作物監測和植保作業。2016年8月，新的無人機相關法案相繼落地，雖然實行嚴格的審批制度，但申請人只要可以提交無人機的相關參數以及安全證明，基本都可通過。根據FAA2016年的數據公布，5551個商用無人機的豁免許可申請中，有888個涉及農業的業務。

第二，產研一體。美國無人機技術含量極高，除了基本的噴灑作業，植保無人機生產企業也會提供諸如遙感測繪等服務，如Agribotix、DroneDeploy。以美國農業生產中主要使用的GT-MAX植保無人機為例，采用內外回路結構，三周慣性加速度針式飛控系統，運用聲吶和雷達高度計以及DGPS多傳感器數據融合技術，新研發出的靜態高斯模型法以及高斯云團模型法對航空漂移預測范圍可以擴展至20km，極大地提高了噴灑效率，對于植被覆蓋率監測、農業土地資源管理與農業土壤侵蝕退化調查方面具有豐富的經驗。服務價格根據難度從每月5美元至350美元不等。很大程度上幫助解決了因信息缺失或失準造成的美國每年高達280億美元的農田損失，其產生的效益使美國農用無人機協會預測美國無人機市場的80%將會為農業無人機植保領域。另外值得一提的是，美國擁有世界上最大的飛控系統研發項目，世界上多數無人機均采用其開源成果，而飛控系統，是無人機最為重要的核心技術。

第三，模式創新。美國有專門針對無人機的保險公司，如Verifly公司。在2016年末，該公司推出一款APP，配合該公司完善的環境數據庫，可以根據用戶所在地氣候、地理條件等條件實時進行無人機保險報價，保險范圍覆蓋為用戶申請位置數英里半徑圓形區域。該創新對投保與承保模式進行突破，不僅打造了一款更加適用于無人機的保險，運用數據庫分析，更有助于減小投保人與保險公司之間的信息不對稱，提高保險透明度，在促進無人機加快融入產業的同時，也為其他行業的保險模式提供了經驗與參考。

二、中國植保無人機發展的特點

（一）保有量增速迅猛

根據公開數據整理，中國2014年植保無人機保有量約為695架，2015年爆發增長至2324架，2016年6月則已經超越日本，達到了4890架，成為世界上農業植保無人機保有量第一大國，2017年達到了8393架，增長率迅速。據2016年中旬統計，我國農用無人機共178種，生產廠家超過300，截至2017年9月，全國植保無人機的裝機量則達到10000架左右。同時，中國無人機目前已經在水稻、玉米、小麥與果樹等多種經濟作物上進行蟲病防治等相關作業，實用先進水平也已被證明。

（二）產銷結構較單一

中國植保無人機97%為純電動驅動小型無人機，3%為油動，這是因為大部分市面上的生產廠家是由消費級無人機轉型而來的，易于操作，續航短，載量小卻適合中國人均耕地面積小，多為小耕地這一現狀。根據2017年12月份的公開數據，中國現有植保無人機主要為電動多旋翼無人機與電動直升機，但由于技術標準不同，型號大小不一，總體價格由1萬元到22萬元不等，平均價格9萬左右，個別小型植保無人機價格低至4000元。而國外如日本使用的雅馬哈公司生產的RMAX植保無人機主要為油動大型無人機，價格則為80萬元到100萬元不等，中外無人機價格懸殊較大。

（三）市場潛在需求大

統計數據顯示，2016年，在世界各國航空植保作業面積中，美國、日本分別為65%、50%，而中國只占2%，較低的機械化、智能化程度，使中國農民作業能力遠不如美、日兩國。中國人均耕地面積為7畝，美國、日本分別為1445畝、27畝，人均耕地少、作業效率低，最終造成了收入上的落后，中國農民人均農業產值9750元，相比較美國、日本分別為58萬元、4萬元人民幣，差距更是明顯。

美國國際無人機系統協會（AUVSI）報告預測：至2025年，無人機在民用領域中的應用將為美國經濟貢獻820億美元，其中756億直接來自農業領域；日本植保無人機市場占有率70% 的雅馬哈公司，其植保無人機2014年銷售額約50億日元，以此估測日本每年植保無人機整機銷售的市場空間約合4.64億人民幣。中國的耕地面積是日本的28倍，如果按每畝無人機平均噴灑服務價格15元計算，每年噴灑5次，會貢獻350億元收入。而且中國空中飛行障礙多，山地多的特點，也更加適合無人機植保作業，市場潛力更加巨大。

三、中國植保無人機發展存在的問題

（一）與農業匹配度低引發作業質量差

目前，中國有了植保無人機，但要完成噴灑，還需要操作者對無人機飛行技術掌握，對當地地理、氣候的了解，以及對無人機操作經驗的積累。同時，農民也缺乏對植保無人機的購買，往往不能有針對性地選擇作業需要的無人機，且商家廣告的夸張宣傳往往也會導致其購買時感到困惑。中國市場上的植保無人機主要有電動多旋翼、電動直升機與油動直升機三種，三者各有特點。比如電動多旋翼機型的價格便宜，操作簡單，維護成本低，但問題也尤其明顯：噴灑效果差，易受風力影響造成的噴灑漂移，較適合西北、黑龍江地區大面積皆為同種作物的農田，而種植小農田、多作物混種的地區，很容易造成誤噴、漏噴。

其次，由于現階段缺少專門用于無人機植保的噴灑農藥，很多農民反映出一個問題，花費頗多購買了無人機，但卻無處購買專用農藥，而現在市面上存在的無人機噴灑農藥多是按照所需總藥量與無人機飛行速度粗略匹配之后手工勾兌所得。缺少相關農藥知識的盲目勾兌，最終會造成有毒物質殘留土地，對農民與土地危害極大。

（二）行業標準缺失造成推廣受限

中國2005年指定的《國家支持推廣的農業機械產品目錄管理辦法》明確指出，列入補貼行列的農用機械產品需要通過相關標準與行業技術規范驗證，而中國的無人機卻未建立起來一個國內統一的行業標準與植保作業標準，以至于在《2015-2017年農業機械購置補貼實施指導意見》內的137個品類當中未出現無人機的名字。根據農業部、財政部和民航局2017年聯合印發的通知，僅有浙江（含寧波）、安徽、江西、湖南、廣東、重慶等6個省（市）開展試點對參與作業的植保無人機進行補貼。然而國內無人機仍未開展確權，確權機構也尚不明確，騙補風險的加劇以及植保無人機是否以及對哪些區域進行了作業無法證明，導致了補貼的低效率與高難度，最終法律法規的不健全也使得人均產值不高的中國農民在無法負擔的起無人機作業的同時又不能得到政府很好的補貼，最終沒有動力進行作業方法轉換。

（三）配套保險不成熟限制了行業良性發展

實現無人機使用損失的配套保險制度，是擴大市場商機的重要條件。由于市面上生產無人機的廠家眾多、各自零部件標準不統一、價格差異大，以至于比價困難，無人機發生損壞或者事故后，由于難以核定損失，對順利完成理賠程序造成了或多或少的阻礙。其次，保險價格定價兩難。一方面，以大疆公司等生產商自身提供的消費級無人機半年期保險為例，4000元的保費幾乎相當于一臺消費級無人機的價格，保險有效期短，保費又較高，消費者大呼過高的保費實在不劃算。另外，由于伴隨著無人機市場的爆發式增長，零門檻，少監管的特點，造成無人機事故也隨之陡增，大量的事故出險率與大量的損失也讓該保險公司不愿拓展這一領域的無人機個人投保業務。目前，中國國內的植保無人機保險僅有眾安農業無人機保險、平安產險無人機責任保險與太平洋保險無人機專用保險等。

四、進一步提升中國植保無人機發展的對策

（一）發揮自身優勢不斷升級技術

中國目前植保無人機97%為電動無人機，其中電動多旋翼占主體地位，優勢在于成本較低，操作簡單，便于攜帶，加之中國無人機技術較為先進，可以進行無人操作進行管理路線飛行，在國際上具有一定競爭優勢，但是雖然國內已有超過100家企業涉足農業植保無人機生產領域，但是掌握核心技術的并不多，自主研發飛控系統的企業很少，多數使用開源公司的系統，甚至植保無人機關鍵零部件如噴嘴與防腐蝕電機也并非自身制造。借鑒日本植保無人機產業發展經驗，經過多年的沉淀，唯有雅馬哈這種依靠自身核心技術的企業依然在蓬勃發展，其他則已被悉數淘汰，對于高技術新興產業，競爭力體現在核心技術的掌控。除此之外，中國植保無人機發展結構不均衡，對于載重問題，續航問題依然沒有很好的應對方案，雖然無人機純電動化發展的未來趨勢與中國無人機企業發展相契合，但是以上問題不得到解決，會是中國無人機植保領域出現職能缺失，影響產業規模化發展，也會阻礙中國企業進軍國際市場。

（二）打造完整產業鏈條全面提高服務

中國的植保無人機運營模式有可能會像日本雅馬哈公司一樣自己生產并自己提供服務，但是中國也有其自身特點，比如經緯度跨越大，農業耕地廣，氣候、地理的千差萬別，需要專門機構或企業進行專業服務。從無人機專業噴灑農藥的配給，飛防大隊的訓練與構建，到耕種土地與農田的維護、監控與預測，都需要得到完善。借鑒日本、美國經驗，可以積極打造企業與政府的信息共享平臺，優勢互補，提高有用信息的交換，一方面減小企業成本，增加收益，有助其健康發展，另一方面加強政府對農田耕地的信息反饋力度，增加對土地的管理效率。此外，無人機分時租賃平臺構建將是未來的發展趨勢，中國農民人均收入低，占地少，分時租賃的運營模式與共享思維的延伸將是較有效率的解決辦法之一。

（三）加快標準統一促行業有序發展

我國目前僅有《油動單旋翼植保無人機標準》和《電動多旋翼植保無人機標準》，但作為極飛科技與一些農藥企業與院校制定的團體標準，并不會被國內所有廠商一致接受，這就要求出臺部統一的行業標準。首先，行業標準應起到遴選作用，使原有的與想要進入市場的優質廠商與植保組織可以在有序中獲益，并通過成本的被迫增加來阻止或濾出無效率的、低質量的團體與產品，使行業在整體結構上得到優化；其次，行業標準的制定應考慮周詳，從生產到植保作業再到維護，全方位明晰的標準可以予補貼政策最高效率的落實；第三，行業協會應起帶動作用，為農戶、廠商、植保組織與政府搭建溝通的橋梁，傳遞有效信息，并充分利用歷史經驗與實時信息平臺，打造植保無人機領域的大數據庫，務求行業標準的合理性。

（四） 創新運作模式助保險匹配到位

首先應吸取美國經驗，從投保與承保開始顛覆傳統保險流程，運用實時數據商定各項費用，這樣做既提高了交易雙方的議價能力，使其獲得各自認為合適的價格，并打消了二者的隔閡，在完全透明的視角下完成所有保險程序。但有一個關鍵的前提，即保險公司需擁有自己的或可以獲得信息的第三方信息平臺，有經驗、有能力正確分析數據并加以運用，因此，加快植保無人機在農業數據庫與信息服務平臺的構建是一個重要條件。其次，推進保險公司與無人機廠商合作關系創新，中國眾安保險與無人機公司大疆于2016年一起推出的農業“用戶關懷計劃”，雖然只針對大疆“MG-1”農用無人機，限制了其影響力，但這是中國第一款較為全面的植保無人機險，將因錯誤操作、干擾信號甚至之前一直被排擠在理賠范圍以外的“進水”問題造成的無人機損壞納入承保范圍，可以無限次使用其提供的意外維修服務。眾安保險與大疆的成功合在于其不斷的積累并沉淀數據，積極研究可以模擬用戶使用情形的創新定價模型，推出更低成本的保險價格，并且建立與廠商同步的數據接口，以保證定損照片快速傳遞，通過進行人工與智能識別來保證定損的精準度。

（五）明確市場定位于海外發展布局

日本市場保有的無人機主要為雅馬哈所提供的遙控油動直升機，需要全程手動遙控作業，對操作的要求苛刻且購機費用高，維護保養費用昂貴，而中國90%為純電動無人機，屬于輕量型，適合小農田作業，自動化程度高，易于搬運，與日本形成互補，此外，中國在無人機自動化方面技術處于世界領先水平，即使不進行遙控，也可自動按照提前規劃的路線，按照設定導向飛行噴灑，在多山地，不易駕駛的農田上空作業有優勢。進一步節省勞力的特點迎合了老齡化問題嚴重的日本市場，加之日本農業對無人機作業的接受程度高，為中國無人機企業出口至日本無形中創造了有利條件，2017年中國極飛在日本成立植保無人機子公司，是中國無人機有能力走出去的重要佐證。