國內農用無人機產業專利狀況分析探討

付紅莉 李恒宇 宋麗梅

摘要：我國是一個農業大國，發展現代農業是現代化建設的重要目標之一。農用無人機作為近年來比較熱門的現代農業技術，我國在農用無人機領域起步較晚，發展空間巨大。本文針對目前我國農用無人機產業的專利狀況進行初步分析和探討并給出建議。

關鍵詞：農用無人機;國內專利申請;技術構成;發展建議

中圖分類號：G306;S127文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）27-0109-08

無人機自1917年誕生以來，經歷了20世紀漫長的萌芽期和醞釀期之后，終于在21世紀初迎來高速成長期，并逐步從軍用領域擴展到了民用領域。如今，民用無人機已在應急救援、環境檢測、電力巡線、航拍測繪、農業植保等多個領域得到廣泛應用。無人機領域近年之火熱，從該領域逐年激增的專利申請量便可窺見一斑：截止目前，與無人機直接相關的中國專利申請量就已多達1.6萬多件。這1.6萬多件中，90%以上是2014年后的新申請，其中，僅2016年的申請量就已突破8 000件，占申請總量半數之多。[1]

中國是一個農業大國，發展高效、安全的現代生態農業是中國農業現代化建設的重要目標。農用無人機技術作為現代農業的重要組成部分和反映農業現代化水平的重要標志之一，在中國現代農業發展中具有重大需求。分析預測表明，中國農業航空產業是一個尚未真正啟動的大產業，未來中國農業航空市場的需求將會有爆發性增長，拉動新增機型投入將達到465億元以上。

1 農用無人機專利申請狀況分析

1.1 全球專利申請狀況分析

以“農用and無人機”為檢索詞，對全球農用無人機的檢索結果見圖1。從圖1中可以看出中國的專利申請量遠遠高于其他國家。這是由于中國是農業大國，并且現有的農田以中小規模為主。無人機由于受其承載能力和續航能力的影響，適用于中小規模的農田，而不適用于大規模的農場，因此農用無人機在中國有廣闊的市場前景。而美國、法國等發達國家以大規模農場為主，進行集約化生產，因此農用無人機的使用受限，其專利申請量也受到限制。

1.2 中國專利申請狀況分析

我國作為一個農業大國，發展現代生態農業始終是農業現代化的目標之一，而農用無人機技術能夠反映出農業現代化建設水平的高低，能夠為我國現代農業的發展提供重要動力。目前在我國，雖然近年來國家制定了大量的扶持政策，但由于我國農用航空產業發展起步較晚，技術研發能力較為薄弱，產業發展態勢與日益增長的需求不相符，相關的新技術新產品增速較慢，可提升的空間巨大。[2]

1.2.1 中國專利申請類型。截止到2019年4月份，有關農用無人機的總申請量達到36 948件，其中發明為17 213件，實用新型14 544件，外觀設計2 769件，其中發明授權達到2 422件。由圖2可以看出，發明申請占比高達46.59%，比實用新型的占比高7%，，發明專利是最主要的一種，最能反映該地區的科技實力，由圖2可以看出在農用無人機領域技術創新性比較高。

1.2.2 中國專利申請法律狀態。從中國無人機申請法律狀態比重圖可以看出，截至到2018年，中國無人機申請量達36 948件，其中授權的專利有19 641件，占全申請量的53.18%;正在實質審查中的專利有11 327件，占比30.67%;公開的專利有2 241件，占比6.07%;權利終止的專利有2 179件，占比5.9%;撤回、駁回、無效的的專利占比較低，說明專利申請質量整體較好，創新能力較高。

1.2.3 中國專利申請人地域分布。通過對中國農用無人機相關專利申請人的統計分析，從表1可以看出農用無人機的主要集中在廣東、北京和江蘇等工業比較發達地區，尤其是廣東地區的專利量高達7 886件。而河南排在第12位，申請量只有994件，遠遠低于廣東地區的7 886件，這說明河南在農用無人機領域還有很大的可挖掘空間。[3]

從圖4各地區的申請趨勢可以看出，農用無人機的專利申請可以分為三個階段：

①萌芽階段（2002年—2007年）。此階段中專利申請數量較少，相應的專利申請技術含量也比較低，年申請量在70件以下。

②緩慢發展期（2007年—2014年）。國內開始有了一些技術企業和研發機構關注農用無人機技術的發展，這個階段主要是以航空院校為代表的科研院所為主，研究領域主要集中在飛行控制及動力控制技術領域。專利年申請量在100～500件，雖然申請量不大，但農用無人機領域的專利授權率相對較高，說明專利布局空間很大。

③飛速發展期（2014年至今）。隨著國際社會對無人機的高度關注，中國政府加大了對無人機技術的重視程度，并提出“感知中國”的發展戰略。2010年“兩會”期間，無人機被納入政府工作報告，正式被提升為中國國家戰略和重點支持的產業之一。各企業及科研機構抓住這些重大歷史機遇，投入了大量資金及研發力量，從而產生了大量的技術成果，帶來了專利申請突飛猛進的發展趨勢，年申請量高達上千件，并成飛速發展態勢。2018年雖然有所下降，這可能是由于一部分的發明專利沒有公開導致的。

2 農用無人機專利的技術構成分析

基于國內農用無人機的專利數據檢索，本節將從技術構成視角進行農用無人機產業態勢分析。[4]對申請量較高的無人機關鍵技術進行專利IPC構成分析，得出無人機技術主題的中國專利申請量分布圖（如5）。為便于主題查詢，采用IPC分類法。

從圖5可以看出無人機的申請主要集中在B64C（飛機;直升飛機），B64D（用于與飛機配合或裝到飛機上的設備;飛行衣;降落傘;動力裝置或推進傳動裝置的配置或安裝）、A01M（動物的捕捉、誘捕或驚嚇（養蜂業入A01K 47/00至A01K 59/00;捕魚入A01K 69/00至A01K 97/00;農藥入A01N）;消滅有害動物或有害植物用的裝置（用于與飛機配合或裝于飛機上的為拋投或釋放粉狀、液態或氣態物質，如殺蟲劑、除草劑的設備入B64D 1/16），G05D（非電變量的控制或調節系統（金屬的連續鑄造入B22D11/16;閥門本身入F16K;非電變量的檢測見G01各有關小類;電或磁變量的調節），占比達6.17%，其中，B64C領域占比31.31%、B64D領域專利占比為29.91%、A01M領域專利占比為9.67%、G05D領域占比為6.17%。

其中B64C屬于無人機的基礎領域，申請量比較高是毋庸置疑的，而B64D和G05D領域的申請量比較高，則說明了無人機的研究主要集中在其動力控制和飛行控制方面。而作為農用無人機使用，其作業管理和噴施設備則是無人機基礎發展的重中之重。[5]

2.1 機體總成專利

機體總成是無人機的基礎，機體總成的申請趨勢最能代表無人機基礎技術的發展，無人機機體總成的申請趨勢見圖6。從圖6可以看出，2009年以前無人機機體總成的專利申請發展較慢，2009年以后開始緩慢發展，2013年以后開始快速發展，這與無人機的總發展趨勢相適應。

圖7提供了機體總成專利申請前十的申請人，從圖中可以看出，前十的申請人中高校和科研院所占比較大，遠遠超過企業占比，這說明機體總成的技術性比較強，院校注重科研創新項目，在這方面有天然的優勢。大專院校應借勢提供學習空間，積極培養同學的科研創新能力，培養出更多此領域的人才。

從表2中可以看出，無人機機體總成的申請主要集中在廣東、北京和江蘇等工業比較發達地區，尤其是廣東地區的專利量高達1 757件。而河南未進入前十，這說明河南在農用無人機領域還有很大的可挖掘空間。

2.2 作業管理專利

作業管理是將無人機應用于農業生產的關鍵技術，從圖8作業管理專利申請趨勢可以看出，2011年之前幾乎沒有關于作業管理的申請，2012開始緩慢發展，2015年之后快速發展，作業管理的發展趨勢的時間節點明顯晚于機體總成的發展趨勢節點，這是由于機體總成是基礎，只有在機體總成發展到一定程度之后，才能促進作業管理的發展。2018年有所下降可能是由于部分專利未公開造成的。

從表3無人機作業管理專利申請人排名中可以看出，作業管理的申請人中以企業為主，這充分說明作業管理更加傾向于工業化應用，企業對其投入了較多的資金與技術，促進了無人機作業管理領域的發展。

2.3 噴施設備專利

噴施設備是將無人機應用于農業生產時的必要的功能設備，從圖9可以看出，2011年以前，無人機噴施設備的專利幾乎沒有，2011年之后緩慢發展，2013年之后快速發展，其快速期明顯早于無人機作業管理專利的快速發展期，這是由于早期將無人機應用于農業噴施時，可以通過人工操作控制，隨著技術的發展，為了節省人工，技術人員逐漸向集中作業管理方向發展。

從表4無人機噴施設備專利申請人排名中可以看出，噴施設備的申請人以企業為主，這充分說明噴施設備更加傾向于工業化應用，企業對其投入了較多的資金與技術，促進了無人機噴施設備領域的發展。

2.4 飛行控制及動力系統專利

將無人機應用于農業生產，其續航能力和方向控制是不可避免要解決的問題，與其對應的飛行控制及動力系統方向的專利申請是解決續航能力和方向控制的關鍵。從圖10可以看出2008年以前關于飛行控制和動力系統的專利申請量幾乎為零，2008年以后開始緩慢發展，2013年之后開始快速發展，2018年申請量有所下降，可能是由于部分申請沒有公開導致的。從其趨勢可以看出，飛行控制及動力系統的發展時間節點與機體總成的時間節點一致，這是由于飛行控制及動力系統與機體總成是相輔相成的關系。

從表5的數據可以看出，無人機飛行控制及動力系統的排名前十的申請中高校及科研院所的總數量與企業申請人的總數量基本相當，這說明在無人機飛行控制及動力系統領域具有較高的科研創新能力，同時將無人機飛行控制及動力系統進行工業的比率也較高，實現了研發與生產的結合。

從表6的數據可以看出，無人機飛行控制及動力系統的申請主要集中在廣東、北京和江蘇等工業比較發達地區，尤其是廣東地區的專利量高達2 996件。而河南未進入前十，這說明河南在農用無人機領域還有很大的可挖掘空間。

3 國內專利申請人分析

從圖11中可以看出，農用無人機的專利申請主要集中在企業，國家電網公司的申請量遙遙領先，有715件;其次農用無人機的專利申請集中在科技公司和高校，尤其是北京航空航天大學和南京航空航天大學，在飛行器方面的有其特定的優勢，對無人機領域的研究做出了突出的貢獻。由于科技公司和高校均比較注重研發工作，農用無人機的專利申請主要集中在高校和科技公司手中，這充分說明市場在農用無人機的研發中投入了大量的資金和技術，這將非常有利于農用無人機技術的進一步發展。

圖12是中國專利的申請人的國別，從圖12中可以看出中國在國內的申請量遠遠高于其他國家。其他國家在中國申請專利比較靠前的國家為法國和美國，這是由于美國和法國具有大規模的農場或水果、鮮花基地，對農用無人機的需求較高。

4 結論和建議

無人機通常認為起源于軍事領域，其早期應用也多見于軍事目的，早期無人機領域的專利申請多集中于固定翼類型。隨著近年來無人機領域形成了以小型化、輕量化為主的發展思路，出現了大量的多旋翼無人機專利申請，而我國無人機行業也在此發展機遇中得到了跨越式的發展。具體在農用無人機領域，我國國內專利申請主要集中在飛行控制及動力系統、機體總成、噴施設備和作業管理四個方面，其中飛行控制及動力系統和機體總成占比較重，主要是為了適應農用無人機低空低速、飛行穩定性高及負重載荷高的要求，但農用無人機的具體應用需要在噴灑設備和作業管理方面表現出優良性能，如噴灑設備的噴灑過程、噴灑軌跡控制、精準噴灑等具體要求。

隨著消費級無人機競爭的白熱化，越來越多的企業重視工業級無人機的發展，而農用無人機作為工業級無人機重要的組成部分，能夠成為無人機企業實現產品升級轉型、拓展無人機應用領域范圍、搶占全球無人機行業發展先機的重要助力。[6]

目前我國無人機行業還存在著諸多制約因素，行業整體的健康快速發展需要多方面的共同努力，筆者針對目前的產業態勢提出以下幾方面建議。

第一，完善法律法規，制定行業標準。目前在我國，民用無人機尚未納入到國內航空飛行計劃中，低空空域也并未對民用無人機開放，也并未有明確的規定對民用無人機飛行使用進行規范管理，因此從國家層面應建立健全相關法律法規，建立起民用無人機的管理機制、明確管理職能，從國家層面解決民用無人機的法律屬性，使得民用無人機有法可依、有規可循。從行業層面，應制定科學規范的從業標準和從業規則，指導并規范無人機行業的合理競爭和有序發展，引導相關的企業和研發機構進入農用無人機行業的研發序列中，激發農用無人機產業的潛力和活力。

第二，優化整合產業鏈，組建產業聯盟。無人機具有較長的產業鏈，其涉及的技術領域較為廣泛，同時世界范圍內的競爭壓力，使得國內無人機產業具有整合產業鏈的必然需求，處在產業鏈上中下游的企業應當在資本和技術層面共同合作，建立起適當的創新機制，以應對日益激增的競爭。在專利層面，雙方甚至是多方的專利合作申請可以有效整合上各方主體的技術研發力量，為各方主體的研發決策提供決策建議，避免研發的盲目性和研發資源的浪費。

第三，制定專利戰略，著眼未來布局。我國農用無人機企業目前的專利申請方向主要集中在國內，在國外申請專利數量和申請主體數量均較少，可以借鑒國外無人機優勢企業的專利戰略經驗，既關注前端的核心技術專利，同時又保護具體的產品和應用，對產品和技術進行全方位的保護。我國農用無人機想要走出去，不僅要增強對自身技術和產品的保護力度，構建合理、嚴密的專利網絡，同時還要防范競爭對手和非專利實體的訴訟風險，采取多種措施做好遭遇訴訟的準備工作，如利用出口國專利制度構建專利組合，檢索分析有可能涉訴的產品和對手專利，對高風險專利進行有效性評估，利用所擁有專利探索交叉許可可能性等。

第四，發展優勢領域，形成錯位競爭。從專利申請情況來看，國內申請人主要集中在改進型專利方面，專利質量普遍不高，從側面可以體現出中國農用無人機企業創新能力不足，暫未形成相對優勢的產品類型和技術儲備，產品同質化問題相對嚴重，研發方向不明確，新產品迭代效率較低，容易導致同類型企業陷入價格競爭的陷阱。[7]國內農用無人機企業應當在堅持自主創新的同時，積極擁抱市場，做好研發立項前的調查工作，包括對市場的研判和對競爭對手研發方向的信息搜集，借鑒行業領先企業的發展路徑，追蹤先進技術的發展方向，盡可能避免出現重復研發或無用研發的情況。目前國內農用無人機企業大多正處在從消費級無人機向工業級無人機轉變的階段，而工業級無人機對企業創新的要求較高，國內企業應當結合國內市場特色和需求，確定適當的發展方向，積極發展具備自身特點的技術領域，開拓占領新需求市場，加快新產品新技術的更新速度，努力打造成具備技術領先優勢的創新型企業。

參考文獻：

[1] 李曉貝.中國無人機企業的專利戰略研究[D].武漢：華中科技大學，2017.

[2] 李雪玨.無人機領域專利布局研究[D].湖南：湘潭大學，2018.

[3] 張健東，劉強，曹德斌.無人機技術中國專利分布情況及其專利情報運用[J].國防科技，2013（5）：75-80.

[4] 衛立現，馬劍峰，艾變開.從專利角度看中國無人機領域競爭態勢[J].中國發明與專利，2016（2）：36-40.

[5] 李黎明，劉海波.知識產權運營關鍵要素分析——基于案例分析視角[J].科技進步與對策，2014，31（10）：123-130.

[6] 魏瑋.知識產權價值評估研究[M].廈門：廈門大學出版社，2015.

[7] 沈國際.2015年度無人機專利態勢分析[J].國防科技，2017（1）.