张希颖 胡睿 河北经贸大学
摘要：当前，应用于农业领域的种植和保护的植保无人机，因为具备效率高、成本低与节约劳动力的特点，可以极大提高农业作业能力，这两年得到较快地发展。但是，无人机在农业领域的发展中仍然存在一些问题。本文主要分析了中国植保无人机发展的现状及存在的问题，并针对世界上农用无人机发展较为完善的美国、日本经验，提出了如何借鉴的对策，可以帮助中国植保无人机取得良性可持续发展。
当前，各行业级无人机分类中，植保无人机（下文皆简称“无人机”）发展最为迅速，规模最大，在生产环节更具实用性，加上中国农业机械化程度不足，劳作效率较低，农业人口流失加剧的特殊国情，发展无人机作业意义尤为深远。数据显示，国内不同型号无人机一天可以连续作业400亩到800亩不等，是人工效率的30倍以上，可以有效节约劳动力。同时，无人机的喷雾技术能减少50%以上的农药以及90%左右的用水，不仅实现了资源的用量节约与成本缩减，更使农药对土地与人体的伤害降到了最小。2017年，国家将植保无人机纳入“国补”范围，但由于行业仍然存在的一些问题，导致补贴效率不高，自身发展也受到了限制，相比日本、美国的先进做法，我们仍然存在较大的差距。
一、美、日两国外植保无人机发展概况
（一）日本经验：用全面服务配合农业所需
日本的耕地特征与我国非常类似：人均耕地面积小，多山地。另外，老龄化问题加剧，农业人口不断下降，成本压力上升，不适合载人飞行喷洒，也造就了其无人机产业起步较早，发展较为完善的特点，早在上世纪八十年代，日本农林水产省就曾提出加快开发单旋翼无人直升机农业作业的迫切要求。
日本是当今植保无人机发展最为先进的国家之一，拥有注册农用无人机2346架，农用无人机覆盖率达到70%，而日本市场以雅马哈无人机一家独大，市占率达到了60%，由该公司提供的农用无人机喷洒作业的稻田约占当地全部稻田的40%。
第一，针对性强。日本植保无人机企业响应政府号召，致力研究油动单旋翼无人直升机，可以在强风中拥有更佳的稳定性与较有效的下扬风力用以提高喷洒雾化效果与喷洒穿透效果，十分切合日本小耕地的特点。
第二，服务维度高。雅马哈公司为代表的无人机植保企业与政府（日本农林水产省）合作，积极打造信息服务平台，提供更加全面的服务与指导体系用以进行全产业链服务，包括提供15天的专业培训，使购买者可以熟练操作该公司机型；在日本各地均有经过雅马哈公司认可的修理厂，发生故障后可以及时维修，若24小时内无法完成故障修理，雅马哈公司会立即指派一架新无人机暂时代替作业；在日本，仅水稻无人机专用农药就有133种
第三，标准较统一。由于日本历来重视农用无人机产业发展，起步较早，再加上市场的选择，日本无人机仅以少数掌握了核心技术如飞控系统以及植保喷嘴制造的雅马哈公司提供，行业标准较早也易于得到统一，法律法规制定完善且随时得到补充，2017年4月，日本经产省已着手开始各项技术测试，准备在2020年向国际标准话组织提交认证申请，意欲主导国际无人机行业标准，以利于自产的无人机在国际上得到推广。统一的标准也成就了其植保无人机政策补贴效率高，进而飞手数量众多（于2016年达到了14163人），农民购机亦可获得补贴，且人人都有动力购买无人机保险。
（二）美国经验：以高端技术主导产业发展
美国是世界上农业航空业发展最为先进的国家，但由于其农业劳动人工成本高，曾放弃国内水稻产业，甚至一度完全依赖进口的大米，直至20世纪70年代，航空作业在种植领域的逐渐完善，才开始稳固其世界主要稻米出口国的地位。2017年美国拥有农用飞机20多个品种9000多架，占世界拥有量的28%， 65%的农业化学处理由飞机承担，60%的农药喷施由专业的植保公司运用无人智能机械完成。
第一，立法先行。由于安全问题，对于无人机在农业领域的应用，美国政府一度采取保留态度，2013年美国国会就已联合各州政府相继出台100部无人机相关法案，虽然法律制定与审查较为严苛，但是其跟进快，法律法规详尽的特点，使美国行业标准在制定上有据可循，所以较为统一。2015年1月，美国联邦航空管理局（FAA）正式批准无人机可用于农作物监测和植保作业。2016年8月，新的无人机相关法案相继落地，虽然实行严格的审批制度，但申请人只要可以提交无人机的相关参数以及安全证明，基本都可通过。根据FAA2016年的数据公布，5551个商用无人机的豁免许可申请中，有888个涉及农业的业务。
第二，产研一体。美国无人机技术含量极高，除了基本的喷洒作业，植保无人机生产企业也会提供诸如遥感测绘等服务，如Agribotix、DroneDeploy。以美国农业生产中主要使用的GT-MAX植保无人机为例，采用内外回路结构，三周惯性加速度针式飞控系统，运用声呐和雷达高度计以及DGPS多传感器数据融合技术，新研发出的静态高斯模型法以及高斯云团模型法对航空漂移预测范围可以扩展至20km，极大地提高了喷洒效率，对于植被覆盖率监测、农业土地资源管理与农业土壤侵蚀退化调查方面具有丰富的经验。服务价格根据难度从每月5美元至350美元不等。很大程度上帮助解决了因信息缺失或失准造成的美国每年高达280亿美元的农田损失，其产生的效益使美国农用无人机协会预测美国无人机市场的80%将会为农业无人机植保领域。另外值得一提的是，美国拥有世界上最大的飞控系统研发项目，世界上多数无人机均采用其开源成果，而飞控系统，是无人机最为重要的核心技术。
第三，模式创新。美国有专门针对无人机的保险公司，如Verifly公司。在2016年末，该公司推出一款APP，配合该公司完善的环境数据库，可以根据用户所在地气候、地理条件等条件实时进行无人机保险报价，保险范围覆盖为用户申请位置数英里半径圆形区域。该创新对投保与承保模式进行突破，不仅打造了一款更加适用于无人机的保险，运用数据库分析，更有助于减小投保人与保险公司之间的信息不对称，提高保险透明度，在促进无人机加快融入产业的同时，也为其他行业的保险模式提供了经验与参考。
二、中国植保无人机发展的特点
（一）保有量增速迅猛
根据公开数据整理，中国2014年植保无人机保有量约为695架，2015年爆发增长至2324架，2016年6月则已经超越日本，达到了4890架，成为世界上农业植保无人机保有量第一大国，2017年达到了8393架，增长率迅速。据2016年中旬统计，我国农用无人机共178种，生产厂家超过300，截至2017年9月，全国植保无人机的装机量则达到10000架左右。
中国无人机目前已经在水稻、玉米、小麦与果树等多种经济作物上进行虫病防治等相关作业，实用水平已被证明。
（二）产销结构较单一
中国植保无人机97%为纯电动驱动小型无人机，3%为油动，这是因为大部分市面上的生产厂家是由消费级无人机转型而来的，易于操作，续航短，载量小却适合中国人均耕地面积小，多为小耕地这一现状。根据2017年12月份的公开数据，中国现有植保无人机主要为电动多旋翼无人机与电动直升机，但由于技术标准不同，型号大小不一，总体价格由1万元到22万元不等，平均价格9万左右，个别小型植保无人机价格低至4000元。而国外如日本使用的雅马哈公司生产的RMAX植保无人机主要为油动大型无人机，价格则为80万元到100万元不等，中外无人机价格悬殊较大。
（三）市场潜在需求大
根据2016年国土资源部发布的国土资源报告，我国耕地面积约为20.25亿亩，流转土地面积4.47亿亩，若每年喷洒5次，每亩按无人机平均服务价格15元计算，会贡献350亿元收入。而中国空中飞行障碍多，山地多的特点，也更加适合无人机植保作业。
2016年，世界各国航空植保作业面积中国为2%，美国、日本分别为65%、50%，较低的机械化、智能化程度使中国农民作业能力远不如美、日两国，中国人均耕地面积为7亩，美国、日本分别为1445亩、27亩，人均耕地少、作业效率低，最终造成了收入上的落后，中国农民人均农业产值9750元，相比较美国、日本分别为58万元、4万元人民币。
美国国际无人机系统协会(AUVSI)报告预测：至2025年，无人机在民用领域中的应用将为美国经济贡献820亿美元，其中756亿直接来自农业领域；日本植保无人机市场占有率70% 的雅马哈公司，其植保无人机2014年销售额约50亿日元，以此估测日本每年植保无人机整机销售的市场空间约合4.64亿人民币。中国的耕地面积是日本的28倍，市场潜力更加巨大。
三、中国植保无人机发展存在的问题
（一）与农业匹配度低引发作业质量差
有了无人机，就可以进行经济作业，是一个长期存在的观念偏差，以农业喷洒为例，若期待高效完成，则需要进行多方面考量：包括对无人机喷洒经验，无人机飞行技术掌握，对当地地理、气候的了解，以及大型无人机如何运输问题等都需要纳入计划当中去。
而目前中国，消费者缺乏对植保无人机的了解，往往不能合适且针对性地选择作业需要的无人机，且商家广告的夸张宣传往往也会导致其购买时感到困惑。中国市场上的植保无人机主要有电动多旋翼、电动直升机与油动直升机三种，三者各有特点。比如电动多旋翼机型的价格便宜，操作简单，维护成本低，但问题也尤其明显：喷洒效果差，易受风力影响造成的喷洒漂移，较适合西北、黑龙江地区大面积皆为同种作物的农田，而种植小农田、多作物混种的地区，很容易造成误喷、漏喷。
其次，由于现阶段缺少专门用于无人机植保的喷洒农药，很多农民反映出一个问题，花费颇多购买了无人机，但却无处购买专用农药，而现在市面上存在的无人机喷洒农药多是按照所需总药量与无人机飞行速度粗略匹配之后手工勾兑所得。缺少相关农药知识的盲目勾兑，最终会造成有毒物质残留土地，对农民与土地危害极大。
（二）行业标准缺失造成推广受限
中国2005年指定的《国家支持推广的农业机械产品目录管理办法》明确指出，列入补贴行列的农用机械产品需要通过相关标准与行业技术规范验证，而中国的无人机却未建立起来一个国内统一的行业标准与植保作业标准，以至于在《2015-2017年农业机械购置补贴实施指导意见》内的137个品类当中未出现无人机的名字。根据农业部、财政部和民航局2017年联合印发的通知，仅有浙江(含宁波)、安徽、江西、湖南、广东、重庆等6个省(市)开展试点对参与作业的植保无人机进行补贴。然而国内无人机仍未开展确权，确权机构也尚不明确，骗补风险的加剧以及植保无人机是否以及对哪些区域进行了作业无法证明，导致了补贴的低效率与高难度，最终法律法规的不健全也使得人均产值不高的中国农民在无法负担的起无人机作业的同时又不能得到政府很好的补贴，最终没有动力进行作业方法转换。
（三）配套保险不成熟限制行业良性发展
首先是定损问题，由于市面上生产无人机的厂家众多、各自零部件标准不统一、价格差异大，以至于比价困难，无人机发生损坏或者事故，对顺利完成理赔程序造成了或多或少的阻碍；其次，保险价格定价两难。一方面，以大疆公司等生产商自身提供的消费级无人机半年期保险为例，4000元的保费几乎相当于一台消费级无人机的价格，但仅有半年有效期，时间较短，消费者大呼过高的保费实在不划算；另一方面，中国某保险公司在开办了无人机保险业务后，伴随着无人机市场的爆发式增长，零门槛，少监管的特点，造成无人机事故也随之陡增，比如1000元的无人机维修费用全部由保险公司承担，而投保只有500元左右，如此高的出险率与大量的损失让该保险公司无奈暂停了无人机个人投保业务；第三，险种较少，目前中国国内的植保无人机保险仅有众安农业无人机保险、平安产险无人机责任保险与太平洋保险无人机专用保险等，险种少、定位粗泛，再加之定险难，使中国植保无人机的良性发展受到了极大的阻碍。
四、进一步提升中国植保无人机发展的对策
（一）发挥自身优势不断升级技术
中国目前植保无人机97%为电动无人机，其中电动多旋翼占主体地位，优势在于成本较低，操作简单，便于携带，加之中国无人机技术较为先进，可以进行无人操作进行管理路线飞行，在国际上具有一定竞争优势，但是虽然国内已有超过100家企业涉足农业植保无人机生产领域，但是掌握核心技术的并不多，自主研发飞控系统的企业很少，多数使用开源公司的系统，甚至植保无人机关键零部件如喷嘴与防腐蚀电机也并非自身制造。借鉴日本植保无人机产业发展经验，经过多年的沉淀，唯有雅马哈这种依靠自身核心技术的企业依然在蓬勃发展，其他则已被悉数淘汰，对于高技术新兴产业，竞争力体现在核心技术的掌控。除此之外，中国植保无人机发展结构不均衡，对于载重问题，续航问题依然没有很好的应对方案，虽然无人机纯电动化发展的未来趋势与中国无人机企业发展相契合，但是以上问题不得到解决，会是中国无人机植保领域出现职能缺失，影响产业规模化发展，也会阻碍中国企业进军国际市场。
（二）打造完整产业链条全面提高服务
中国的植保无人机运营模式有可能会像日本雅马哈公司一样自己生产并自己提供服务，但是中国也有其自身特点，比如经纬度跨越大，农业耕地广，气候、地理的千差万别，需要专门机构或企业进行专业服务。从无人机专业喷洒农药的配给，飞防大队的训练与构建，到耕种土地与农田的维护、监控与预测，都需要得到完善。借鉴日本、美国经验，可以积极打造企业与政府的信息共享平台，优势互补，提高有用信息的交换，一方面减小企业成本，增加收益，有助其健康发展，另一方面加强政府对农田耕地的信息反馈力度，增加对土地的管理效率。此外，无人机分时租赁平台构建将是未来的发展趋势，中国农民人均收入低，占地少，分时租赁的运营模式与共享思维的延伸将是较有效率的解决办法之一。
（三）加快标准统一促行业有序发展
我国目前仅有《油动单旋翼植保无人机标准》和《电动多旋翼植保无人机标准》，但作为极飞科技与一些农药企业与院校制定的团体标准，并不会被国内所有厂商一致接受，这就要求出台部统一的行业标准。首先，行业标准应起到遴选作用，使原有的与想要进入市场的优质厂商与植保组织可以在有序中获益，并通过成本的被迫增加来阻止或滤出无效率的、低质量的团体与产品，使行业在整体结构上得到优化；其次，行业标准的制定应考虑周详，从生产到植保作业再到维护，全方位明晰的标准可以予补贴政策最高效率的落实；第三，行业协会应起带动作用，为农户、厂商、植保组织与政府搭建沟通的桥梁，传递有效信息，并充分利用历史经验与实时信息平台，打造植保无人机领域的大数据库，务求行业标准的合理性。
（四）创新运作模式助保险匹配到位
首先，吸取美国经验，从投保与承保开始颠覆传统保险流程，运用实时数据商定各项费用。该应用的成功，在于既提高了交易双方的议价能力，使其获得各自认为合适的价格，并打消了二者的隔阂，在完全透明的视角下完成所有保险程序，但一个关键的前提，即保险公司需拥有自己的或可以获得信息的第三方信息平台，有经验、有能力正确分析数据并加以运用，因此植保无人机在农业数据库与信息服务平台的构建与打造应得到重视；其次，保险公司与无人机厂商合作关系创新，中国众安保险与无人机公司大疆于2016年一起推出的农业“用户关怀计划”，虽然只针对大疆“MG-1”农用无人机，限制了其影响力，但这是中国第一款较为全面的植保无人机险，将因错误操作、干扰信号甚至之前一直被排挤在理赔范围以外的“进水”问题造成的无人机损坏纳入承保范围，可以无限次使用其提供的意外维修服务，众安保险与大疆的成功合在于其不断的积累并沉淀数据，积极研究可以模拟用户使用情形的创新定价模型，推出更低成本的保险价格，并且建立与厂商同步的数据接口，以保证定损照片快速传递，通过进行人工与智能识别来保证定损的精准度。
（五）明确市场定位于海外发展布局
日本市场保有的无人机主要为雅马哈所提供的遥控油动直升机，需要全程手动遥控作业，对操作的要求苛刻且购机费用高，维护保养费用昂贵，而中国90%为纯电动无人机，属于轻量型，适合小农田作业，自动化程度高，易于搬运，与日本形成互补，此外，中国在无人机自动化方面技术处于世界领先水平，即使不进行遥控，也可自动按照提前规划的路线，按照设定导向飞行喷洒，在多山地，不易驾驶的农田上空作业有优势，进一步节省劳力的特点迎合了老龄化问题严重的日本市场，加之日本农业对无人机作业的接受程度高，为中国无人机企业出口至日本无形中创造了有利条件，2017年中国极飞在日本成立植保无人机子公司，是中国无人机有能力走出去的重要佐证。
