新興農業技術擴散的時空規律
——以農用無人機專利技術為例

喻登科，熊晟杰，陳 琳

(南昌大學管理學院，江西南昌 330031)

農業科技成果轉化率低，新興農業技術擴散成效不高，成為限制我國農業現代化發展的核心問題。正如習近平總書記在山東省農業科學院召開座談會時指出的那樣，“農業出路在現代化，農業現代化關鍵在科技進步”；然而，現實中我國農業科技成果轉化率不足30%，農業科技進步貢獻率不足60%，都遠遠低于農業發達國家的水平[1]。要提升農業科技成果的轉化與新興農業技術的應用，關鍵在于技術擴散。新興農業技術擴散的效果與效率，直接關系著科學技術創新與農業經濟發展的對接，在農業轉型升級并邁向現代化進程中有著至關重要的作用[2]。因此，探索新興農業技術的擴散規律，具有重要的現實意義。

2017年2月，《中共中央、國務院關于深入推進農業供給結構側結構性改革加快培育農業農村發展新動能的若干意見》出臺，對于解決我國當前農業生產面臨的困局給出了明確的意見，認為傳統農業在面對現代市場經濟和全球化經濟雙重考驗的形勢下，只有對整體的農業生產模式進行現代化改造，才能引導我國農業經濟可持續發展。而與之相對應的是，農業部在《全國現代農業發展規劃(2016—2020)》中明確指出，考察與衡量農業現代化的重要指標是農業生產機械裝備與科學技術支撐。在我國現代化農業領域，最能體現科技發展方向的技術應用無疑是無人機[3]。在勞動力密集型的農業生產領域，農用無人機因具有節省勞力、效率高、精度優、可應對特殊環境等特點，相比于人工作業具有明顯優勢，從而受到青睞與廣泛的推廣應用。

因此，以農用無人機的專利技術為例，從時間與空間2個維度探索新興農業技術的擴散規律，以期為我國農業現代化進程中的新興農業技術推廣應用提供決策指導。

1 數據

通過中國知識產權網的專利信息庫檢索，收集相關專利信息。該平臺具有專利信息數據全面、信息失真少、篩選檢索準確等特點，而且相較于其他專利檢索平臺，中國國家知識產權網的專利數據庫在數據呈現上，更加簡單直觀，對于重要信息也有完整的標簽分類，易于數據人工比對[4]。

通過中國知識產權網專利數據庫，設置“農用無人機”“無人機”“植保作業”等關鍵詞進行搜索，并設置篩選條件為“通過了專利申請程序并且有權公開的授權專利”，最終獲得315條相關專利信息。再進行人工篩選，剔除重復信息及實際專利主體與農用無人機不相關的信息數據。最后，得到通過專利審批、有權公開的農用無人機相關專利信息256件。

因為農用無人機專利技術的發展時間短，大部分專利都是在近3年內申請，而且每一項專利審批時間不同，通常需要半年以上時間，該研究決定以通過審批并有權公開的專利申請日，作為該項專利技術的起始日期。最終，經過整理，記錄并匯總了農用無人機專利的相關信息，包括申請人、申請序號、申請名、申請時間、申請地點、專利類型等數據。

2 現狀

根據專利技術的IPC號碼(國際專利分類號)，我國農用無人機專利技術的主要設計方向包括A01(輔助農業、林業、畜牧業生產設計)、B64(飛行器組件及功能設計)、G05(控制調節技術設計)以及無人機外形設計四大類。根據農用無人機專利技術的起始時間與類型，以季度為單位，觀察專利授權累積量的變化趨勢(圖1)。

從圖1可以看出，雖然我國早在2009年就嘗試農用無人機技術專利開發，但是受制于科技水平以及整體經濟生產環境的限制，這一方面的技術沒有發展的“土壤”，在之后的3年內，幾乎都沒有新的農用無人機專利技術出現。直到2012年下半年，受到國家政策的鼓勵，以及當時微波、無人控制技術、相關飛行器制造技術的成熟，農用無人機專利技術開發才開始正式進入發展期。

2012年，農用無人機專利技術發展處于蓄力期；2013年，農用無人機專利技術開始井噴出現，這一年內相關專利技術增加26例；2014年，進一步提速，農用無人機專利新增量，達到2013年的2倍左右；2015—2016年，從季度與年度統計數據來看，我國農用無人機專利技術處于勻速增長狀態，表明其發展勢頭良好；但到2017年，增長速度開始明顯放緩，我國農用無人機的專利技術開發，可能開始進入到瓶頸期。當然，這一結論是否成立，還需要未來更長期的數據來觀察與驗證。

從農用無人機專利的類型來看，主要開發專利的IPC分類是B64，也就是對于無人機的機械組件、功能性組件的設計。該類型專利屬于科技產品的基礎性發明，是支撐科學技術發展的根本，因而一般在機械設計上，該類型專利都會占較高的比例，農用無人機專利技術開發也符合這一規律。

農用無人機專利及其各類型的專利，其累積量都呈現出先緩慢起步、再迅猛發展、最后增量疲軟這一整體趨勢。但是，不同類型的專利技術，在發展時段上還是略有不同：B64和A01類，即無人機的飛行裝置、操控裝置、基礎硬件設備、信號交互設備以及作業用裝備的設計相對起步較早；輔助農用無人機作業的控制與調節技術開發G05類專利，在2014年初才開始逐漸發展；而外形設計這一領域的技術開發，則直到2016年之后才開始得到比較多的關注。

圖1 專利授權累計量的變化趨勢Fig.1 Change trend of patent licensing accumulative amount

3 空間擴散規律

3.1空間擴散模型在以宏觀角度觀察技術擴散過程時，通常都將在一特定時期的技術采納數量看成是系統潛在容量的一部分，并專注于從二者的比例上考察技術擴散的速率。在該研究中，基于空間維的考慮，將省域(或者直轄市)視為新興農業技術擴散系統的節點，從網絡中信號傳播的思路選擇方法，提煉農用無人機專利技術在省域層面擴散的規律。

參考前人研究，我們建構了BASS、MI和SWMI等3個模型：BASS模型從外部影響的視角考察技術擴散規律；MI模型在BASS模型的基礎上增加了系統內部綜合影響的考慮；而SWMI模型又再考慮了關系的親疏性[5-7]。3個模型的擬合公式如下：

BASS模型：Nt=31[1-e-(p+q)t]/[1+qe-(p+q)t/p]

(1)

(2)

SWMI模型：

(3)

式中，31表示農用無人機專利技術空間擴散的系統容量，它受我國所設置的大陸地區31省市所限制；Nt為t期(在該研究中表示為1個季度)參與農用無人機專利技術開發省市的累積數量；p和q分別為外部影響系數和內部影響系數，d為綜合影響系數；k反映技術擴散網絡中節點之間的鄰近關系；k1和k2分別為平均內部親密型影響節點數和平均內部疏遠型影響節點數。

3.2模型擬合結果根據上述模型設置，采用Curve Expert軟件擬合模型中的參數(表1)，以提煉農用無人機專利技術在中國省域層面的空間擴散規律。

從結果來看，BASS模型的擬合優度為0.752，而MI和SWMI模型的擬合優度都在0.960以上，均達到較好的擬合效果；而且MI和SWMI模型顯然對農用無人機專利技術在空間上的擴散規律具有極高的解釋力。但是，因為SWMI模型中綜合影響系數和疏遠型節點數的擬合結果均為負值，這與模型的基本假設不符，說明該模型在具體揭示技術擴散空間規律時可能會遇到困難。因此，研究認為BASS和MI模型較為適合模擬新興農業技術擴散的空間規律。

表1 模型擬合結果

注：*表示5%水平差異顯著

Note：* stand for significant differences at 0.05 level

從BASS模型的擬合結果可以看出，內部和外部影響對農用無人機專利技術的空間擴散的作用均達到較高的顯著性，說明從網絡傳播視角探究新興農業技術擴散的影響因素與空間規律有著科學性與可行性。在MI模型的擬合結果中，外部影響系數和綜合影響系數均落在[0，1]區間范圍內，這符合模型的內在假設與邏輯，說明新興農業技術的空間擴散機制中確實存在多重內部影響，而且相鄰省市間應該存在顯著的技術溢出效應。

從BASS和MI模型的比較分析來看，相對于BASS模型，MI模型中外部影響系數降低，綜合(內部)影響系數增大，而模型總體的擬合優度在提升，這意味著BASS模型應該低估了新興農業技術擴散系統內部因素的影響，同時也就高估了系統外部因素的影響。從MI模型的外部影響系數和綜合影響系數的比較，可以得出結論：新興農業技術的空間擴散，外部影響(例如，政策、市場、環境)的作用要強于內部影響，但系統內部的自我驅動力也不容忽視；多重內部因素和外部因素的共同作用才是驅動新興農業技術空間擴散的力量所在。

由此看出，要推動我國新興農業技術的空間擴散，一方面需要從國家政策、市場營造、力量支持等層面為其提供外驅力，另一方面還需要增強省際聯動，充分發揮示范與帶動作用，讓系統內部產生內驅力。

4 時間擴散規律

4.1生命周期模型Logistic模型最早用于描述自然界中的種群增長規律，現常用于分析經濟與社會學領域中產品或技術的接受程度與時間的關系，從時間維度的擴散規律來定義產品或技術的生命周期[8]。根據Logistic模型，通常將生命周期劃分為4個階段：萌芽期、成長期、成熟期、飽和期[9]。

對y″再求導，得到y?：

根據以上公式，擬合相關系數，可以描繪出農用無人機專利技術在時間維的擴散規律。

4.2模型擬合結果采用Logistic模型擬合農用無人機專利技術開發的生命周期，得到擬合參數結果及劃分出的周期階段如表2、3所示。

表2 模型擬合參數與生命周期階段

從表2可以看出，①無論是農用無人機的總體專利累積量還是分類型的專利開發數量情況，都可以用Logistic模型做出非常好的擬合，擬合優度都達到0.98以上，說明農用無人機專利技術開發符合萌芽、成長、成熟、衰退的生命周期過程；②從總體專利數量的擬合參數K為311.35可以推斷，如果按照目前的狀態發展下去，大概到2022年第2季度，農用無人機專利技術將徹底停止開發，而該領域的專利總量將達到峰值311項；③B64類(飛行器組件及功能設計)專利是農用無人機領域專利技術的主體，農用無人機專利技術開發與擴散的生命周期主要取決于B64類專利的開發與擴散情況；④根據Logistic模型擬合結果，發現農用無人機專利技術目前已經經歷了比較完整的生命周期，從2017年第3季度開始，衰退期就開始全面到來；⑤未來在該領域能否再有持續進展，取決于該領域的技術是否能有突破，以促進專利技術發展走上一個新的通道，開啟一個新的生命周期歷程。

表3 生命周期階段

5 時空發展規律

5.1空間分布規律為反映農用無人機專利技術發展至今中國大陸各省市在該領域新興專利技術開發方面的貢獻，該研究將目前參與農用無人機專利技術開發的24個省市的累計專利授權量做了統計，并采用自然斷點法[11]，將專利數量設定為5個等級，包括很少[0，2]、較少(2，6]、一般(6，12]、較多(12，20]和很多(20，+∞)，并依據等級對各省市進行分類，結果如表4所示。

表4各省市農用無人機專利累計量及分類

Table4Patentlicensingaccumulativeamountandtypesofagriculturaldronesinprovinces(cities)

分類Type省份Province數量Number分類Type省份Province數量Number“很少”湖北省1“一般”北京市12Few寧夏1General廣西 11山西省1湖南省9新疆2遼寧省9云南省1山東省8“較少”河北省4四川省8Less黑龍江省4“較多”安徽省14吉林省3More河南省13內蒙古3江蘇省20陜西省4江西省14天津市3浙江省15“很多”廣東省60Many重慶市35

從農用無人機專利技術的累積量上可以看出，所有24個參與技術開發的省市，在對于該類型新興技術的研發上，呈現出顯著的分化現象：分在“很少”和“較少”2類的省份，專利累計量都少于5項；分在“一般”與“較多”2類的省份，專利數量接近10項或十幾二十項；落在“很多”類型的省市，包括廣東省與重慶市，其中重慶市專利累計量達到35項，而廣東省更是達到60項。由此可見，我國各省市之間在新興農業技術的開發與擴散上不均衡，地區差異顯著，可能導致農業新興專利技術擴散的后勁不足，不利于專利技術的可持續發展。

從空間分布來看，專利累計數量較少的省份，大多都集中在西部地區與東北部地區。這可能與兩方面的因素有關：一是這些省市在基礎研究與技術開發等方面的投入不足、能力薄弱，使它們無法在農用無人機專利技術開發上取得豐碩成果；二是這些省市沒有足夠重視農用無人機這一新興農業技術，在政策引導、行業環境、技術環境、人才結構等方面存在不足。

專利累計數量達到“一般”“較多”“很多”等級的省市，大多集中在東中部地區，說明以水稻為主產區的地域，可能在使用無人機作業方面有著更高的需求，因而在需求引導下，農用無人機專利技術開發的動力更足；另外，這些省市在資金、人才投入以及創新能力等方面擁有相對優勢，它們更有能力去開發利用與推廣擴散農用無人機專利技術。

從空間分布上呈現明顯的塊狀集聚特征來看，農用無人機專利技術的開發，應該與相鄰省市間的知識溢出有關，即系統內部影響的作用效果在空間上有較為明顯的呈現。未來有必要更好地引導和利用這種省市間的知識溢出效應，以更好地促進新興農業技術開發、傳播與推廣利用。

5.2時間演化規律以農用無人機專利技術發展的生命周期階段為標準，以專利技術的最初產生時間及各階段開發的專利數量為依據，考察不同省市在農用無人機專利技術開發上的時間演化規律，結果如表5所示。

(1)“天府之國”四川省和“魚米之鄉”浙江省成為率先開展農用無人機專利技術開發的省份，而科技與經濟實力都走在全國前列的“廣東省”則是率先開展相關專利研究的帶頭人與核心力量。說明在新興農業技術開發與擴散的機制中，需求應該是激發創新的主要因素，而經濟投入與科技實力則是技術開發能力的決定力量與保障條件。

(2)大多數較早加入到農用無人機專利技術開發的省市，基本都是萌芽期“發力”、成長期“維持”、成熟期開始“乏力”，到了衰退期，則都很少再有新的專利技術出現。而且，即使在萌芽期、成長期、成熟期，大部分省市的專利技術授權量也不多。這些現象表明農用無人機這一新興技術領域，進行專利開發與擴散的意愿、潛能都不太足，是導致農用無人機這一新興技術的生命周期比較短的根本原因。

(3)比較晚才加入到專利開發行列的省市基本都來自西部地區，即使它們加入后，貢獻的力量也非常少。這意味著這些地域很難成為新興農業技術研發與擴散的主體。而新興農業技術的缺乏，又會進一步導致它們農業現代化力量的薄弱，影響它們的農業現代化進程與農業經濟可持續發展。這就很容易構成一個惡性循環，并為全國的農業經濟帶來非均衡發展問題。

(4)重慶市在成熟期的突然“發力”，讓我們看到了一些希望：未來，農用無人機技術的研究與開發，也許重慶市能成為核心力量，并依靠它的激發與帶動，引導其他省市的繼續參與，引領這一領域形成一個新的生命周期。當然，能夠擔當這一重任的還有廣東省，至少到成熟期，它尚未出現“疲軟”跡象，未來它應該還能“發力”。

表5 不同省市農用無人機專利技術的時間演化規律

6 結論與建議

利用BASS模型、MI模型、SWMI模型以及Logistic模型，從空間與時間2個維度擬合出農用無人機專利技術的擴散機制，并討論該領域專利技術在空間地域上的分布規律和時間維度上的演化規律。根據研究得出了一些重要結論，包括：①MI模型適合于模擬農用無人機專利技術擴散的空間機制，其機制受到系統內部因素(例如，技術溢出效應)和外部因素(例如，經濟與政策環境、科技實力)等兩方面的影響，而且外部因素占相對的主導地位；②Logistic模型適合于模擬農用無人機專利技術擴散的時間規律，其生命周期可分為萌芽期、成長期、成熟期和衰退期，目前我國的農用無人機專利技術開發已經經歷了一個完整周期的大部分，正進入到衰退期；③B64類(飛行器組件及功能設計)專利是農用無人機專利技術開發的主體，未來農用無人機技術是否能再有所突破與發展，該類型的專利技術能否突破是關鍵；④以農用無人機為代表的新興農業技術，其開發與擴散存在明顯的區域聚集現象，通常在農業、經濟、技術比較發達的東中部地區能夠做得較好，而西部地區則會相對落后，除四川和重慶這2個農業發達省份以外，其他地方很難成為中堅力量；⑤未來我國農用無人機技術的進一步發展，可能重點需要依靠廣東省與重慶市的帶動走上一個新的生命周期軌道才是關鍵。

根據上述結論，結合實際我們可發現以下問題，提出一些政策性建議。

(1)外在因素的驅動力太強，需要加強省市間技術聯動，強化系統內驅力。從農用無人機專利技術的空間維度擴散分析結果可知，農用無人機專利技術在省際間的傳播擴散，有賴于鄰近省市間的技術溢出與示范帶動；而且也正是因為這種帶動作用，才出現了當前我國農用無人機專利技術的空間聚集效應。但是，相比于內驅力，國家政策、省市經濟與科技實力等外部因素的影響還是占據主力。這意味著一旦政策或經濟環境出現發展重心轉移，新興農業技術的開發與擴散就難以持續。更重要的是，我國從國家政策到地方政策，通常都會呈現出周期性與暫時性特征[12]，要想依賴于政策環境來保證新興農業技術的可持續發展，是無以為繼的。況且，不充分利用技術溢出與帶動作用，是不遵循技術發展規律和浪費技術開發力量的體現，這種機制在設計上就存在科學問題。因而，對于我國新興農業技術，需要做到在保持政策驅動力量的同時，加強省際之間相內部聯系的影響力，給予新興農業技術更多的發揮和展示空間，激發新興技術系統內部所蘊含的潛力，促進新興農業技術協調、均衡與可持續發展。

(2)新興農業技術容易進入瓶頸期，需要拓展技術屬性和尋求技術突破。從農用無人機專利技術的時間維度增長規律可以看出，新興技術具有的一個顯著性特點，就是雖然擁有非常快的發展速度，但是因為本身發展基礎薄弱，技術發展方向單一，很容易在較短時間進入到瓶頸期，使得新興技術發展陷入遲滯；如果此時不能找到技術突破口，未來就很可能進入到衰退期。一旦技術衰退，不僅前期投入的研發資源被浪費，更不利于農業技術與經濟系統的健康與可持續發展。要想跨越瓶頸期，就必須讓技術軌道實現“躍遷”，讓技術生命周期進入到一個新的周期[13]，要做到這些，可以從兩方面考慮：一是持續拓展技術屬性，不斷完善相關技術；二是尋求技術突破，引導技術主動地升級與更新換代。在這2個方面，政府可有意識地去引導研究機構與高等院校大量從事新興農業技術的基礎性研究，不斷發掘新興技術的潛在發展方向以及技術升級的可能性，而不是簡單地重視新興技術的應用研究與推廣擴散。雖然市場是檢驗技術應用價值的唯一標準，但在新興農業技術如此短暫的生命周期內，在大多數時候市場都可能無法及時做出正確的響應以及給出恰當的回報，此時，政府的力量就顯得尤為關鍵。政府與市場的雙向驅動，是新興農業技術開發力量持恒的保障。

(3)新興農業技術在區域間發展不均衡，需要引導新興技術的開發與擴散。從農用無人機專利技術的時空擴散規律可知，如果任由新興農業技術系統自我發展，那么在外在環境和內在因素作用的情況下，勢必出現空間聚集現象。當然，這一現象也有其優勢所在，它有利于技術聚集與溢出，從而強化技術研發力量以及提高技術擴散速度。但從新興農業技術的應用上來看，越是那些農業技術與經濟不夠發達的省市，實際上越需要農業現代化技術的支持；從國家區域經濟均衡發展目標地實現來看，有意識地引導新興農業技術有目標地轉移與擴散是非常必要的[14]。因此，需要依據不同新興農業技術的特點，根據不同省市之間農業生產方式、農業生產條件、農業發展需求、科技與經濟實力等方面的實際情況，選擇有效的技術推動著力點，將外部施力引導與調動內在積極性相結合，打破新興技術在空間傳播上的壁壘，引導新興農業技術多元化、多源化與可持續發展[15]。