彭長虹，張君蘭，胡紅，田富強，熊友，王蓮冀

(1.西華大學機械工程學院,成都市,610039;2.西華大學經(jīng)濟學院,成都市,610039;3.西華大學現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究院,成都市,610039)

0 引言

植保無人駕駛航空器又叫植保無人機,是一種用于農(nóng)林植物保護作業(yè)的機具,通過地面遙控或?qū)Ш斤w控,實現(xiàn)藥劑、種子、粉劑等的噴灑。相比于傳統(tǒng)的人力機械,地面動力機械,因為具有作業(yè)效率高、用途廣泛、節(jié)水節(jié)藥等優(yōu)勢,植保無人機的購置與使用越發(fā)普遍,保有量連年增長[1]。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機械化管理司統(tǒng)計數(shù)據(jù),2020年我國植保無人機保有量達70 779 架,較2019年增長77.52%,作業(yè)面積14 483.4 khm2,較2019年增長59.65%,在植保機械中的占比越來越大[2]。

近年來,因需求量大與售賣價格高的矛盾,使用者購買力不足,目前植保無人駕駛航空器保有量遠不能滿足使用要求。為加快推進植保無人駕駛航空器發(fā)展,湖南省于2017年率先開展購置補貼試點行動,對湖南博航無人機技術有限公司的3WX4-10A等9個企業(yè),18種型號進行補貼[3];隨后吉林省、上海市等省(市)相繼開展試點行動,到2021年全國統(tǒng)一實施補貼;但由于實施時間不長,操作時問題較多,各省分類分檔存在較大差異,實施精準度需進一步提高。

在此之前,其中馮濤等[4]通過整理知網(wǎng)發(fā)布的植保無人機為主題的論文利用Citespace軟件進行可視化分析,提出了植保無人機缺少關鍵技術、財政補貼的不完善等問題。張靚[5]從農(nóng)用植保無人機的優(yōu)勢入手,結(jié)合青海省的實際情況提出了政策補貼力度不夠、農(nóng)民購買力有限等問題。洪瀚科技系列人員通過分析各個試點省份的補貼情況,提出了農(nóng)機補貼有慣性思維,存在騙補行為,補貼一定要考慮產(chǎn)品質(zhì)量[6]。李學依[7]在中國農(nóng)機化導報中指出,優(yōu)化機具并進行分類分檔補貼,植保無人機要根據(jù)參數(shù)檔次施行不同的補貼標準。

因此,在綜合分析國內(nèi)市場現(xiàn)狀及試點期間購置補貼實施情況的基礎上,本文重點研究植保無人駕駛航空器分類分檔參數(shù)及補貼額設定,提出合理的分類分檔及補貼額標準,為相關部門科學施策、促進行業(yè)規(guī)范提供參考。

1 植保無人駕駛航空器發(fā)展現(xiàn)狀

植保航空器在2015年前主要以有人駕駛為主,2014年底作業(yè)時間突破了38 220 h[8]。隨著環(huán)保理念的提出以及科學技術的快速發(fā)展,有人駕駛逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人駕駛,動力也逐漸由油動轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱印?018年,全國植保無人駕駛航空器保有量僅為23 322架,到2020年已激增到70 344架,增長了3倍以上;作業(yè)面積從5 824.57 khm2增長到14 483.422 khm2,增長了將近3倍,如圖1所示。

(a) 保有量

根據(jù)天眼查植保無人駕駛航空器企業(yè)數(shù)據(jù),截至目前,與我國植保無人駕駛航空器相關的單位約800家,來自27個省(市、自治區(qū))。從單位所屬行業(yè)區(qū)分,約150家單位從事植保無人駕駛航空器研發(fā)行業(yè),約250家單位從事服務行業(yè)(圖2),約400家單位從事生產(chǎn)制造行業(yè)。從來源地區(qū)看,其中安徽省最多,約124家。

圖2 植保無人駕駛航空器單位分布Fig.2 Distribution plant protection unmanned aerial vehicle units

上述數(shù)據(jù)表明,當前植保無人駕駛航空器的生產(chǎn)和服務單位在我國發(fā)展比較迅猛,而研發(fā)類的單位較少。

2 植保無人駕駛航空器購置補貼實施情況

購機補貼是農(nóng)戶或合作社等在購買農(nóng)業(yè)機具時,政府單位給予資金補貼的政策。2017年,在上海、吉林等6省開展植保無人駕駛航空器補貼試點行動;在2021年,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部將植保無人駕駛航空器納入農(nóng)機購置補貼之中。

首先從補貼總額來看,2017年上海、吉林等試點省份每年補貼總額基本不超過1 000萬元。但2018年以后新加入的試點省份,如江蘇省補貼總額達到2 000萬元、陜西省達到3 000萬元,補貼總額有上漲趨勢[9-10]。其次從補貼方式來看,2017—2019年很多試點省份都是按照價格進行分檔定額補貼,而2020年如山東、江西等試點省份開始限制電池數(shù)量、整機質(zhì)量、飛行速度以及高度等參數(shù),按照參數(shù)分檔進行補貼[11]。

2.1 國家補貼政策

在這幾年的補貼政策建議中,雖然一直有不少農(nóng)業(yè)部門和企業(yè)提出將植保無人駕駛航空器納入購置補貼,但針對植保無人駕駛航空器的補貼政策仍未出臺。直至2021年,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部正式把植保無人駕駛航空器納入2021—2023年全國通用類農(nóng)機購置補貼,并且分成了5種類別[12],見表1。

表1 2021—2023年全國通用類植保無人駕駛航空器補貼Tab.1 National subsidies for general plant protection unmanned aircraft in 2021—2023

參與全國性補貼的植保無人駕駛航空器對動力要求不高,但電動類型須配置智能電池系統(tǒng),含智能電池2組及以上,且智能電池系統(tǒng)由智能電池和智能電池充電器組器,具備過充保護、過放保護、短路保護和充放電使用次數(shù)顯示等功能。同時,限制了避障系統(tǒng)和高精度衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),避障系統(tǒng)能通過雷達或多目視覺等傳感器主動檢測障礙物并能實時歸避,通常有前避障、前后避障或繞障,不含使用航線規(guī)劃繞障;定位系統(tǒng)具有RTK[13](基于區(qū)域參考站網(wǎng)的網(wǎng)絡實時動態(tài)系統(tǒng));只補貼了單旋翼、多旋翼的升力結(jié)構(gòu),同種條件下,單旋翼的補貼價格約是多旋翼的1.5倍,并限制多旋翼植保無人駕駛航空器由兩個以上旋翼(含兩個)組成,通過多個旋翼在空氣中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力和拉力實現(xiàn)飛行并進行施藥作業(yè)。

2.2 試點省(市)補貼政策

早在2018年,吉林省、安徽省等10余個省市已經(jīng)開展了植保無人駕駛航空器試點行動(表2),只在植保無人駕駛航空器規(guī)范應用試點縣市區(qū)實施,限制補貼對象僅為從事植保作業(yè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營組織,原則上各試點縣(區(qū))補貼對象可申請補貼植保無人飛機數(shù)量不超過5架,對個人購置的植保無人駕駛航空器不予補貼。

表2 2018—2020年部分試點省市植保無人駕駛航空器補貼標準Tab.2 Subsidy standards of unmanned aerial vehicles for plant protection in some pilot provinces and cities from 2018 to 2020

在各試點省市中,均要求：(1)機具固定標有永久性產(chǎn)品銘牌和唯一身份標識編碼;(2)操作人員身份密鑰接入裝置,能夠做到經(jīng)密鑰連接后方可作業(yè)飛行;(3)加裝有飛行控制芯片、電子圍欄、避障系統(tǒng)軟件、作業(yè)飛行數(shù)據(jù)實時記錄存儲設備和施藥作業(yè)系統(tǒng),具備防重噴防漏噴、防農(nóng)藥漂移功能;(4)空機重量不大于116 kg、起飛全重不大于150 kg、設計飛行速度不大于15 m/s、設計飛行真高不超過20 m,能夠控制在視距內(nèi)或擴展視距內(nèi)操作。此外浙江省、上海市對防護等級提出要求,明確等級不低于IP56,具有全天候避障功能,距離障礙物(直徑≥2.5 cm)3 m以外能自動避讓,配備全自主飛行作業(yè)和手動操控作業(yè)系統(tǒng),可支持厘米級定位。

在上述補貼試點中,補貼電動無人駕駛航空器占90%,補貼多旋翼的植保駕駛航空器占70%,在部分沿海試點省市由于特殊氣候條件風力較大,而單旋翼的植保無人航空駕駛器飛機向下風場大、更有力量、抗風能力強、更能適應當?shù)氐臍夂驐l件,提高作業(yè)效率。并且由于單旋翼技術更復雜,補貼價格約為多旋翼的1.5倍。這表明當前中國植保無人駕駛航空器補貼鼓勵以電池為動力的多旋翼機型,但特定的沿海省市仍然需要單旋翼機型。多旋翼的升力結(jié)構(gòu)的機型因穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡單、價格低、不需跑道起降等優(yōu)勢備受內(nèi)地省市青睞,單旋翼機型則更加適合特定的省市。

2.3 國家與試點省市補貼政策對比

與試點省市發(fā)布的文件相比,各省(市)點更鼓勵發(fā)展以電池為動力的可再生能源、集中補貼載藥量在10 L以上的植保無人駕駛航空器;而國家則按照升力結(jié)構(gòu)、載藥量細分分檔參數(shù)。各省(市)要求加裝避障系統(tǒng)實現(xiàn)作業(yè)飛行數(shù)據(jù)的監(jiān)測、識別,而國家則明確提出安裝RTK的避障系統(tǒng)。各省(市)限制了智能電池的數(shù)量,而國家提出智能電池的組成和功能條件。在各試點省(市)中,只有上海市對定位系統(tǒng)進行條件限制,其余省份要求安裝有導航定位系統(tǒng);國家補貼限制了定位系統(tǒng)的條件。國家補貼額與各省市補貼額相比,有下降趨勢。在各試點省(市),該機具被稱為植保無人飛機、遙控飛行噴霧機等,而國家統(tǒng)一更改產(chǎn)品名稱為植保無人航空駕駛器(表3)。

表3 國家與試點省(市)補貼政策對比Tab.3 Comparison of subsidy policies between pilot provinces (cities) and the state

3 分檔參數(shù)變化之下補貼額的分析

3.1 植保無人駕駛航空器動力來源以及補貼分析

目前參與購置補貼的植保無人駕駛航空器根據(jù)動力的不同、分成電動、油動、混合動力這3種[14],不同動力的參數(shù)以及補貼力度如表4所示。電動植保無人駕駛航空器雖然在續(xù)航、飛行高度等方面不如油動、混合動力,但是中央的補貼力度遠遠高于后面二者,最高可以享受不超過購機價格的30%的補貼,基本高于16 000元[15]。電動植保無人駕駛航空器結(jié)構(gòu)簡單、材料價格低廉,隨著國家標準的制定,生產(chǎn)規(guī)格的統(tǒng)一,進行批量生產(chǎn),產(chǎn)品的價格將會快速的下降,將會降低前期的研發(fā)成本,從而推動植保無人駕駛航空器的整體價格的下跌,使得植保無人駕駛航空器更快的普及到全國。

表4 不同動力類型的植保無人駕駛航空器性能以及補貼對比Tab.4 Performance and subsidy comparison of plant protection unmanned aerial vehicles with different power types

因此為了植保無人駕駛航空器更快以最低的成本進入普通農(nóng)戶家庭以及秉持節(jié)能環(huán)保的理念,配備智能電池系統(tǒng),含有智能電池2組以上的電動植保無人駕駛航空器將會是中央財政補貼的重點關注對象。

3.2 植保無人駕駛航空器藥箱容量以及補貼分析

目前中國市場比較符合實際使用的機型是載藥量為10～15 L的起飛質(zhì)量在35 kg以下的電動植保無人駕駛航空器[16]。如表5所示,江蘇、山東、河南等幾個試點省市植保無人駕駛航空器藥箱的容量的補貼要求都集中在載藥量大于10 L但小于20 L的機型。對于中國的植保無人駕駛航空器而言,需要同時滿足一定的載藥量和停滯時間,既需要考慮作物的經(jīng)濟要求,而且不能忽略復雜地況的起降,比如說田坎、溝渠、樹林地帶、田間電線等等,因此限制了最大藥箱容量。

表5 4款不同藥箱容量植保無人駕駛航空器性能以及補貼對比Tab.5 Comparison of performance and subsidies of plant protection unmanned aerial vehicles with different capacities of 4 medicine boxes

同時由于植保無人航空駕駛器生產(chǎn)企業(yè)的良莠不齊、生產(chǎn)資金、技術門檻較低。如果僅僅約束藥箱容量作為補貼標準,載藥量越大,補貼越多,會導致一些企業(yè)盲目追求藥箱容量的提升,而忽視最大噴幅、噴灑系統(tǒng)等核心技術的提升。使得植保無人駕駛航空器的生產(chǎn)標準降低,企業(yè)騙取政府補貼情況加重,進而造成中國植保無人駕駛航空器技術停滯不前。

3.3 植保無人駕駛航空器旋翼數(shù)量性能以及補貼分析

結(jié)合數(shù)據(jù)各試點省份地區(qū)對植保無人駕駛航空器的旋翼數(shù)量補貼要求集中在多旋翼[17]。如表6所示,多旋翼植保無人駕駛航空器主要動力為電動,其結(jié)構(gòu)簡單、技術門檻較低、企業(yè)容易掌握其生產(chǎn)技術、農(nóng)戶便于掌握操作技術,因此受到絕大多數(shù)植保無人機企業(yè)銷售的青睞。其次電動多旋翼植保駕駛航空器容易實現(xiàn)自動化控制、可靠性高、操作簡單、培訓周期短、價格相對更低、農(nóng)戶更容易承受、占有的市場份額較大,較為適合目前國內(nèi)剛剛起步的植保無人駕駛航空器產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展[18]。

表6 旋翼數(shù)量的性能以及補貼對比Tab.6 Rotor number performance and subsidy comparison

相反單旋翼機型以油動為主,結(jié)構(gòu)復雜、控制系統(tǒng)難度較高、不利于中小企業(yè)掌握生產(chǎn)以及控制技術、對駕駛員要求也高、需要長期培訓、導致前期成本增加,從而增加農(nóng)戶購機負擔。補貼單旋翼機型主要集中部分沿海城市,特殊的氣候條件導致風力較大,相比于多旋翼機型,單旋翼機型良好的抗風性能更適合當?shù)貤l件。并且從作業(yè)效果來看,旋翼數(shù)量會直接影響飛行的穩(wěn)定性。

因此,從資源合理利用的角度,以及考慮到目前我國起步不久的植保無人駕駛航空器產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀,在購機補貼參數(shù)設置上,國家可以考慮將電動多旋翼植保無人駕駛航空器納入重點補貼范圍,電動單旋翼機型的補貼范圍則根據(jù)當?shù)靥厥獾臈l件制定。

4 存在問題

4.1 質(zhì)量不同,補貼相同

目前,山東,吉林省等試點省市植保無人駕駛航空器企業(yè)規(guī)模小,準入門檻低。一些中小企業(yè)為收獲更多利潤增加資本、偷工減料降低質(zhì)量,然后想方設法通過農(nóng)機鑒定,鉆政策的空子,獲取國家的補貼額[19]。

4.2 配置參數(shù)限制少

江蘇,安徽省等試點省份發(fā)布的基本配置參數(shù)信息,顯示補貼額主要與藥箱容量、動力類型、升力結(jié)構(gòu)有關。但目前我國的植保無人駕駛航空器最主要的問題是配套的核心科學技術的研究不足,缺乏高質(zhì)量穩(wěn)定的植保無人駕駛航空器[20]。植保無人駕駛航空器的綜合性能,如任務成功率、有效載荷、有效飛行時間、續(xù)航時間,抗風等級等才應該是著重關注的參數(shù)。產(chǎn)品性能好、壽命高、可靠性高才能得到農(nóng)民的青睞。過于簡單的性能限制,會讓生產(chǎn)商不重視產(chǎn)品性能,阻礙我國植保航空器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.3 未區(qū)分高端智能產(chǎn)品

目前上海市,有的高端智能農(nóng)用無人機與常規(guī)農(nóng)用無人機補貼額一樣,但是技術也不相同。由于智能技術的研發(fā)成本高、時間長,如果在一段時間內(nèi)獲得的補貼額與常規(guī)產(chǎn)品相同,則必將打擊企業(yè)創(chuàng)新的積極性,未實現(xiàn)補貼額的科學投入[21]。

4.4 偏遠地區(qū)未充分考慮

2021年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的全國范圍補貼政策僅僅把標準劃分為五大類。沒有充分考慮到偏遠貧困民族等特定區(qū)域農(nóng)機物流成本貴、價格高的實際情況。我國西部地區(qū)經(jīng)濟水平相比于東部沿海地區(qū)落后許多,若采取統(tǒng)一的補貼標準,無法激起農(nóng)戶購機熱情?？梢栽谖鞑睾托陆辖貐^(qū)開展差別化農(nóng)機購置補貼試點,按當?shù)剞r(nóng)機市場均價的30%足額預算補貼標準。

5 建議

為了實現(xiàn)植保無人駕駛航空器分檔政策的導向性、精準性,可以朝著統(tǒng)一質(zhì)量鑒定、細分分檔參數(shù)、突出智能化技術、根據(jù)區(qū)域設置補貼標準等方面優(yōu)化。

5.1 統(tǒng)一植保無人駕駛航空器質(zhì)量的鑒定

在植保無人駕駛航空器質(zhì)量的鑒定上,需要全國一致。(1)采用通用的全國鑒定平臺,通過同樣條件的試驗鑒定不同產(chǎn)品是否符合現(xiàn)有要求、淘汰不合市場的產(chǎn)品。(2)全國統(tǒng)一規(guī)劃合格產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)、檔次名稱、產(chǎn)品型號等。(3)各省市納入鑒定平臺的生產(chǎn)企業(yè)、品目名稱等一致,納入購置補貼的產(chǎn)品補貼額相等。

5.2 細化分檔參數(shù),精準補貼標準

分檔參數(shù)的設置要考慮機具質(zhì)量、功能、作業(yè)質(zhì)量。(1)在機具質(zhì)量上,區(qū)分高端產(chǎn)品和低端產(chǎn)品、增加高端產(chǎn)品的補貼額來避免產(chǎn)品同質(zhì)化,同時增加高端產(chǎn)品中新產(chǎn)品的分檔,且新增檔次要覆蓋這個品目[22]。(2)在功能設置上,考慮影響產(chǎn)品功能的指標數(shù)值,將電池的續(xù)航時間、雷達系統(tǒng)、關鍵噴灑裝備等納入范圍,明確電池的最低容量、雷達系統(tǒng)的面積重量、噴灑裝備的材料等。(3)在作業(yè)質(zhì)量上,設置考核指標,通過每小時作業(yè)效率、單位面積用藥量、可靠性評價等方式細化分檔。

5.3 突出智能化技術

為使植保無人駕駛航空器真正做到“智能”,則需通過政策引導無人機行業(yè)提升信息能力、極大的促進產(chǎn)品創(chuàng)新升級、讓更多的智能產(chǎn)品占領市場。在分檔參數(shù)設置上,增加智能產(chǎn)品補貼額供給;比如在避障系統(tǒng)的分檔中,添加更多智能化的參數(shù)要求,如細化相機的類型,精度高、數(shù)據(jù)處理快的相機可獲得更多的補貼額。

5.4 根據(jù)區(qū)域設定補貼標準

由于我國主要存在高原、丘陵及平原三種地貌,不同地貌條件下降雨量、農(nóng)藝、農(nóng)業(yè)機具發(fā)展水平等發(fā)展均不相同。因此,必須針對特殊地域單獨設定補貼標準[23],比如在丘陵地區(qū),植保無人駕駛航空器雖然能夠在平地或低丘擁有良好的效果,但是在一些坡多梗多的地方,參與購置補貼的無人駕駛航空器由于耕作條件惡劣使得作業(yè)效果難以滿意,如在平原沿海地區(qū),天氣條件惡劣,風力較大,電動多旋翼植保無人駕駛航空器的作業(yè)性能表現(xiàn)遠不如油動單旋翼機型。因此將一些適宜的小眾無人機納入購置補貼能夠滿足當?shù)匦枨蟆⒓涌燹r(nóng)機農(nóng)藝融合的速度、推動農(nóng)業(yè)發(fā)展。

綜上各地方單位根據(jù)國家補貼標準,結(jié)合本地作物、天氣、機械化等再制定出適合的地方補貼標準,可進一步規(guī)范植保行業(yè)的補貼標準。