1.3 农用无人机和农机装备智能控制系统产业技术进展

1.3.1 产业技术发展情况

1. 农用无人机发展情况

农用无人机技术不断开拓和发展，已经进入了智能化的时代。有报告指出，2050年地球人口总数将增加至97亿，对农产品的需求也将同步增长70%，农业生产面临越来越多的挑战。各国农业部门正在迅速采用各种先进技术，以提高农作物的总产量。农用无人机作为一种性能优越的空中平台，强大的数据采集与分析功能为更加科学地开展农作物种植与防护工作提供了强有力的技术保障。农用无人机在土壤和田间制图分析、田间农作物监督、农作物健康评估、作物农药和试剂喷洒领域的应用也将更加深入。随着各国政府放宽无人机管制，越来越多的企业加大了对农用无人机的研发投入，农用无人机产业必将进一步向高度智能化和应用便捷化方向迈进。

我国农业航空产业起步较晚，应用水平和发达国家相比差距较大，尚处于“跟跑”阶段。农业航空作业量逐年增加，农业航空作业面积约占全部植保作业面积的5%。但和美国、日本等农业航空发达国家相比，我国农业航空配套技术及政策体系不完善，农业航空及配套核心技术研究不足，农业航空社会化服务体系仍需健全。

我国农用无人机在作物长势低空遥感监测、植保作业、播撒、辅助授粉等方面的应用正逐渐兴起，农用无人机市场空间巨大，未来有望从“并跑”进入“领跑”阶段。根据全国农业技术推广服务中心的数据，我国各种新型农业主体快速发展，家庭农场有87万个，各种农场经营合作社达到121万个，全国农村承包3.34公顷以上的大户达到287万家。中国农机流通协会的调查显示，农机合作组织、种粮大户、家庭农场、农民合作社在消费主体中的比重正以15%的年均增长速度快速增长。新型农业主体的崛起，土地高流转率及新形势下农资市场的一系列变革，都为农用无人机的产业发展和推广应用提供了有利条件。

2. 联合收获机控制系统发展情况

以欧美产品为代表的收获机械，经过上百年的发展，在全面实现收获机械作业基础上，与生物、信息、制造技术有机融合，向高效率、高质量和智能化、专业化方向发展。一是大功率充分体现高效率。谷物收割台幅宽普遍达到了10米以上，发动机功率达到400千瓦以上，最大籽粒收获量达到70吨/小时。二是降低损失提高收获质量。高效轴流脱粒、自调整清选等技术，实现了高效低损收获。三是智能化改变传统作业方式。导航辅助、数据采集、在线监控、智能调节、故障诊断、人机交互、机群管理等技术融为一体，实现了高舒适、人性化。四是农艺与农机高度融合。棉花、葡萄、苹果等标准种植，实现机械化收获。五是智能制造技术被广泛应用。主动可靠性设计、强化试验、制造过程检验、整机可靠性检测、柔性制造与装配等提升了制造水平和产品质量。

与国际先进水平相比，我国收获机械仍处于初中级机械化发展阶段，产品种类基本满足粮食作物收获需求，智能控制技术处于产业化前期，针对农业机械的智能制造技术关键工序有所突破，系统性集成处于起步阶段。基础性技术研究不足，制约原创性突破；自主知识产权关键核心技术缺乏，成果碎片化，难以支撑高端产品的产业化集成应用。迫切需要开展农作物智能高效收获技术与装备研究，推动产业提质增效、转型升级。

经过多年发展，我国在小麦、水稻和玉米三大主粮作物收获机械化方面取得了显著成效，小麦生产基本实现了机械化，水稻、玉米收获机械化水平分别达到89%和70%。但与世界强国相比，我国在研发能力、制造水平、产品质量、生产效率等方面仍比较落后，差距很大，急需大功率、多功能、智能高端产品替代升级。随着“四化”同步推进战略的实施，满足新型经营主体发展需求，适合农村土地流转集约化规模化经营，缓解农村劳动力短缺矛盾，补齐棉油糖、饲草料、林果蔬等全面机械化收获短板，成为现代农业发展的必然。我国急需突破技术瓶颈制约，发展高效收获机械，打破国外智能高端产品垄断，提升作业效率和能力，降低农产品生产成本，全面保障农产品有效供给和竞争力。

1.3.2 基于文献计量的国际研究态势分析

1）近10年，农用无人机和农机装备智能控制系统研究越来越受到关注，其研究论文数量逐年增加，总体呈上升趋势。近3年论文所占比例较高，表现出强劲的研究发展势头。美国和中国在农用无人机和农机装备智能控制系统研究方面的SCI论文产出量均远超其他国家，占据了前两位。其中在农用无人机领域，中美两国发展势头相当，农机装备智能控制系统研究领域中国的研究发展势头明显较美国强劲。

2）农用无人机的主要研究热点集中于无人机遥感、无人机图像采集、图像处理、表型分析、植保喷药，以及归一化植被指数、叶面积指数监测和运动恢复结构算法在三维重建中的应用研究等，聚焦在作物评估、植物保护、生态与环境监测、播种、授粉、牧群监测及无人机本体等重点研究方向。农机装备智能控制系统的主要研究热点集中于灌溉、农业机器人和温室智能控制系统研究，以及人工神经网络、图像处理、机器学习、模糊逻辑、机器视觉、人工智能等智能控制算法研究，聚焦在田间作业、灌溉、设施农业、动力、养殖、农产品加工储存等控制系统研究等方向。其中美国最关注无人机遥感研究，中国最关注无人机喷药研究，中美两国都非常关注灌溉智能控制系统研究。

1.3.3 专刊分析

1. 专利申请量逐年增长，技术友展前景看好

农用无人机技术中国专利申请量及申请人数量占据全球主导地位，2009—2019年，全球在农用无人机领域的专利申请量呈现上升趋势，2013年后中国传统无人机企业陆续加入到无人机在农业领域的技术应用队伍中，使得中国专利申请量大幅提升，中国专利申请量以56%的大比例份额成为农用无人机领域全球专利申请的主力军。

联合收获机控制系统领域的专利申请数量总体也呈现上升趋势。我国从2012年起专利申请量快速增加，这与国际上农机跨国企业快速发展密切相关。例如，国际领军农机企业洋马、久保田、井关农机等公司均进入我国设立分公司并进行相关技术和产业的专利布局。

2.申请人以企业为主力军，产业化程度较高

农用无人机技术领域的中国申请人中，企业申请人占67%，高校和科研院所占23%。全球前10名的申请人中7名为企业申请人，3名为高校和科研院所申请人，体现了农用无人机技术产业化程度较高，产业化发展态势良好，拥有一定比例的高校和科研院所的研发力量支撑。

联合收获机控制系统中，中国专利的主要申请人为企业，专利申请数量占中国相关专利申请总数量的62%。联合收获机控制系统领域的技术趋于成熟化，主要参与技术创新的是以提高市场占有率为主要目标的生产型企业，而个人申请人、科研院所和高校对此技术的研发创新相对较少。

3.专利质量有待提升，专利布局意识有待加强

农用无人机技术中国专利中，发明专利占总申请量的51%，实用新型专利占总申请量的48%。目前处于有效状态的专利占总申请量的43%，处于失效状态的专利占总申请量的21%，失效专利中大比例是因权利人未缴纳年费而导致失效。专利的授权量不太理想，且不需要经过实质审查的实用新型专利申请量占比大。中国专利申请质量有待提高，申请人对于申请专利用于技术创新保护的意识还有待增强。

联合收获机控制系统技术专利申请中，中国申请人鲜有海外专利布局，但中国专利中申请人为海外申请人的数量占总申请人的1/5，其中日本来华申请量占中国专利申请量的12%。日本来华主要申请人为洋马、久保田、井关农机和三菱农机这些著名的农业机械生产商。海外厂商在中国市场进行专利布局的意识较强，联合收获机控制系统技术在中国市场竞争较为激烈。

在农用无人机和联合收获机市场蓬勃发展的大环境中，我国企业应该加强国内发明专利申请和布局，追求长久的技术保护期；同时加强国际专利的申请和布局，为农用无人机和联合收获机“出海”打下坚实的知识产权基础，提升产品在海外市场的竞价能力。