彭长虹，张君兰，胡红，田富强，熊友，王莲冀
(1.西华大学机械工程学院,成都市,610039;2.西华大学经济学院,成都市,610039;3.西华大学现代农业装备研究院,成都市,610039)
植保无人驾驶航空器又叫植保无人机,是一种用于农林植物保护作业的机具,通过地面遥控或导航飞控,实现药剂、种子、粉剂等的喷洒。相比于传统的人力机械,地面动力机械,因为具有作业效率高、用途广泛、节水节药等优势,植保无人机的购置与使用越发普遍,保有量连年增长[1]。据农业农村部农业机械化管理司统计数据,2020年我国植保无人机保有量达70 779 架,较2019年增长77.52%,作业面积14 483.4 khm2,较2019年增长59.65%,在植保机械中的占比越来越大[2]。
近年来,因需求量大与售卖价格高的矛盾,使用者购买力不足,目前植保无人驾驶航空器保有量远不能满足使用要求。为加快推进植保无人驾驶航空器发展,湖南省于2017年率先开展购置补贴试点行动,对湖南博航无人机技术有限公司的3WX4-10A等9个企业,18种型号进行补贴[3];随后吉林省、上海市等省(市)相继开展试点行动,到2021年全国统一实施补贴;但由于实施时间不长,操作时问题较多,各省分类分档存在较大差异,实施精准度需进一步提高。
在此之前,其中冯涛等[4]通过整理知网发布的植保无人机为主题的论文利用Citespace软件进行可视化分析,提出了植保无人机缺少关键技术、财政补贴的不完善等问题。张靓[5]从农用植保无人机的优势入手,结合青海省的实际情况提出了政策补贴力度不够、农民购买力有限等问题。洪瀚科技系列人员通过分析各个试点省份的补贴情况,提出了农机补贴有惯性思维,存在骗补行为,补贴一定要考虑产品质量[6]。李学依[7]在中国农机化导报中指出,优化机具并进行分类分档补贴,植保无人机要根据参数档次施行不同的补贴标准。
因此,在综合分析国内市场现状及试点期间购置补贴实施情况的基础上,本文重点研究植保无人驾驶航空器分类分档参数及补贴额设定,提出合理的分类分档及补贴额标准,为相关部门科学施策、促进行业规范提供参考。
植保航空器在2015年前主要以有人驾驶为主,2014年底作业时间突破了38 220 h[8]。随着环保理念的提出以及科学技术的快速发展,有人驾驶逐渐转变为无人驾驶,动力也逐渐由油动转变为电动。2018年,全国植保无人驾驶航空器保有量仅为23 322架,到2020年已激增到70 344架,增长了3倍以上;作业面积从5 824.57 khm2增长到14 483.422 khm2,增长了将近3倍,如图1所示。
(a) 保有量
根据天眼查植保无人驾驶航空器企业数据,截至目前,与我国植保无人驾驶航空器相关的单位约800家,来自27个省(市、自治区)。从单位所属行业区分,约150家单位从事植保无人驾驶航空器研发行业,约250家单位从事服务行业(图2),约400家单位从事生产制造行业。从来源地区看,其中安徽省最多,约124家。
图2 植保无人驾驶航空器单位分布Fig.2 Distribution plant protection unmanned aerial vehicle units
上述数据表明,当前植保无人驾驶航空器的生产和服务单位在我国发展比较迅猛,而研发类的单位较少。
购机补贴是农户或合作社等在购买农业机具时,政府单位给予资金补贴的政策。2017年,在上海、吉林等6省开展植保无人驾驶航空器补贴试点行动;在2021年,农业农村部将植保无人驾驶航空器纳入农机购置补贴之中。
首先从补贴总额来看,2017年上海、吉林等试点省份每年补贴总额基本不超过1 000万元。但2018年以后新加入的试点省份,如江苏省补贴总额达到2 000万元、陕西省达到3 000万元,补贴总额有上涨趋势[9-10]。其次从补贴方式来看,2017—2019年很多试点省份都是按照价格进行分档定额补贴,而2020年如山东、江西等试点省份开始限制电池数量、整机质量、飞行速度以及高度等参数,按照参数分档进行补贴[11]。
2.1 国家补贴政策
在这几年的补贴政策建议中,虽然一直有不少农业部门和企业提出将植保无人驾驶航空器纳入购置补贴,但针对植保无人驾驶航空器的补贴政策仍未出台。直至2021年,农业农村部正式把植保无人驾驶航空器纳入2021—2023年全国通用类农机购置补贴,并且分成了5种类别[12],见表1。
表1 2021—2023年全国通用类植保无人驾驶航空器补贴Tab.1 National subsidies for general plant protection unmanned aircraft in 2021—2023
参与全国性补贴的植保无人驾驶航空器对动力要求不高,但电动类型须配置智能电池系统,含智能电池2组及以上,且智能电池系统由智能电池和智能电池充电器组器,具备过充保护、过放保护、短路保护和充放电使用次数显示等功能。同时,限制了避障系统和高精度卫星导航定位系统,避障系统能通过雷达或多目视觉等传感器主动检测障碍物并能实时归避,通常有前避障、前后避障或绕障,不含使用航线规划绕障;定位系统具有RTK[13](基于区域参考站网的网络实时动态系统);只补贴了单旋翼、多旋翼的升力结构,同种条件下,单旋翼的补贴价格约是多旋翼的1.5倍,并限制多旋翼植保无人驾驶航空器由两个以上旋翼(含两个)组成,通过多个旋翼在空气中旋转产生升力和拉力实现飞行并进行施药作业。
2.2 试点省(市)补贴政策
早在2018年,吉林省、安徽省等10余个省市已经开展了植保无人驾驶航空器试点行动(表2),只在植保无人驾驶航空器规范应用试点县市区实施,限制补贴对象仅为从事植保作业的农业生产经营组织,原则上各试点县(区)补贴对象可申请补贴植保无人飞机数量不超过5架,对个人购置的植保无人驾驶航空器不予补贴。
表2 2018—2020年部分试点省市植保无人驾驶航空器补贴标准Tab.2 Subsidy standards of unmanned aerial vehicles for plant protection in some pilot provinces and cities from 2018 to 2020
在各试点省市中,均要求：(1)机具固定标有永久性产品铭牌和唯一身份标识编码;(2)操作人员身份密钥接入装置,能够做到经密钥连接后方可作业飞行;(3)加装有飞行控制芯片、电子围栏、避障系统软件、作业飞行数据实时记录存储设备和施药作业系统,具备防重喷防漏喷、防农药漂移功能;(4)空机重量不大于116 kg、起飞全重不大于150 kg、设计飞行速度不大于15 m/s、设计飞行真高不超过20 m,能够控制在视距内或扩展视距内操作。此外浙江省、上海市对防护等级提出要求,明确等级不低于IP56,具有全天候避障功能,距离障碍物(直径≥2.5 cm)3 m以外能自动避让,配备全自主飞行作业和手动操控作业系统,可支持厘米级定位。
在上述补贴试点中,补贴电动无人驾驶航空器占90%,补贴多旋翼的植保驾驶航空器占70%,在部分沿海试点省市由于特殊气候条件风力较大,而单旋翼的植保无人航空驾驶器飞机向下风场大、更有力量、抗风能力强、更能适应当地的气候条件,提高作业效率。并且由于单旋翼技术更复杂,补贴价格约为多旋翼的1.5倍。这表明当前中国植保无人驾驶航空器补贴鼓励以电池为动力的多旋翼机型,但特定的沿海省市仍然需要单旋翼机型。多旋翼的升力结构的机型因稳定性高、结构简单、价格低、不需跑道起降等优势备受内地省市青睐,单旋翼机型则更加适合特定的省市。
2.3 国家与试点省市补贴政策对比
与试点省市发布的文件相比,各省(市)点更鼓励发展以电池为动力的可再生能源、集中补贴载药量在10 L以上的植保无人驾驶航空器;而国家则按照升力结构、载药量细分分档参数。各省(市)要求加装避障系统实现作业飞行数据的监测、识别,而国家则明确提出安装RTK的避障系统。各省(市)限制了智能电池的数量,而国家提出智能电池的组成和功能条件。在各试点省(市)中,只有上海市对定位系统进行条件限制,其余省份要求安装有导航定位系统;国家补贴限制了定位系统的条件。国家补贴额与各省市补贴额相比,有下降趋势。在各试点省(市),该机具被称为植保无人飞机、遥控飞行喷雾机等,而国家统一更改产品名称为植保无人航空驾驶器(表3)。
表3 国家与试点省(市)补贴政策对比Tab.3 Comparison of subsidy policies between pilot provinces (cities) and the state
3.1 植保无人驾驶航空器动力来源以及补贴分析
目前参与购置补贴的植保无人驾驶航空器根据动力的不同、分成电动、油动、混合动力这3种[14],不同动力的参数以及补贴力度如表4所示。电动植保无人驾驶航空器虽然在续航、飞行高度等方面不如油动、混合动力,但是中央的补贴力度远远高于后面二者,最高可以享受不超过购机价格的30%的补贴,基本高于16 000元[15]。电动植保无人驾驶航空器结构简单、材料价格低廉,随着国家标准的制定,生产规格的统一,进行批量生产,产品的价格将会快速的下降,将会降低前期的研发成本,从而推动植保无人驾驶航空器的整体价格的下跌,使得植保无人驾驶航空器更快的普及到全国。
表4 不同动力类型的植保无人驾驶航空器性能以及补贴对比Tab.4 Performance and subsidy comparison of plant protection unmanned aerial vehicles with different power types
因此为了植保无人驾驶航空器更快以最低的成本进入普通农户家庭以及秉持节能环保的理念,配备智能电池系统,含有智能电池2组以上的电动植保无人驾驶航空器将会是中央财政补贴的重点关注对象。
3.2 植保无人驾驶航空器药箱容量以及补贴分析
目前中国市场比较符合实际使用的机型是载药量为10～15 L的起飞质量在35 kg以下的电动植保无人驾驶航空器[16]。如表5所示,江苏、山东、河南等几个试点省市植保无人驾驶航空器药箱的容量的补贴要求都集中在载药量大于10 L但小于20 L的机型。对于中国的植保无人驾驶航空器而言,需要同时满足一定的载药量和停滞时间,既需要考虑作物的经济要求,而且不能忽略复杂地况的起降,比如说田坎、沟渠、树林地带、田间电线等等,因此限制了最大药箱容量。
表5 4款不同药箱容量植保无人驾驶航空器性能以及补贴对比Tab.5 Comparison of performance and subsidies of plant protection unmanned aerial vehicles with different capacities of 4 medicine boxes
同时由于植保无人航空驾驶器生产企业的良莠不齐、生产资金、技术门槛较低。如果仅仅约束药箱容量作为补贴标准,载药量越大,补贴越多,会导致一些企业盲目追求药箱容量的提升,而忽视最大喷幅、喷洒系统等核心技术的提升。使得植保无人驾驶航空器的生产标准降低,企业骗取政府补贴情况加重,进而造成中国植保无人驾驶航空器技术停滞不前。
3.3 植保无人驾驶航空器旋翼数量性能以及补贴分析
结合数据各试点省份地区对植保无人驾驶航空器的旋翼数量补贴要求集中在多旋翼[17]。如表6所示,多旋翼植保无人驾驶航空器主要动力为电动,其结构简单、技术门槛较低、企业容易掌握其生产技术、农户便于掌握操作技术,因此受到绝大多数植保无人机企业销售的青睐。其次电动多旋翼植保驾驶航空器容易实现自动化控制、可靠性高、操作简单、培训周期短、价格相对更低、农户更容易承受、占有的市场份额较大,较为适合目前国内刚刚起步的植保无人驾驶航空器产业链的发展[18]。
表6 旋翼数量的性能以及补贴对比Tab.6 Rotor number performance and subsidy comparison
相反单旋翼机型以油动为主,结构复杂、控制系统难度较高、不利于中小企业掌握生产以及控制技术、对驾驶员要求也高、需要长期培训、导致前期成本增加,从而增加农户购机负担。补贴单旋翼机型主要集中部分沿海城市,特殊的气候条件导致风力较大,相比于多旋翼机型,单旋翼机型良好的抗风性能更适合当地条件。并且从作业效果来看,旋翼数量会直接影响飞行的稳定性。
因此,从资源合理利用的角度,以及考虑到目前我国起步不久的植保无人驾驶航空器产业链现状,在购机补贴参数设置上,国家可以考虑将电动多旋翼植保无人驾驶航空器纳入重点补贴范围,电动单旋翼机型的补贴范围则根据当地特殊的条件制定。
4.1 质量不同,补贴相同
目前,山东,吉林省等试点省市植保无人驾驶航空器企业规模小,准入门槛低。一些中小企业为收获更多利润增加资本、偷工减料降低质量,然后想方设法通过农机鉴定,钻政策的空子,获取国家的补贴额[19]。
4.2 配置参数限制少
江苏,安徽省等试点省份发布的基本配置参数信息,显示补贴额主要与药箱容量、动力类型、升力结构有关。但目前我国的植保无人驾驶航空器最主要的问题是配套的核心科学技术的研究不足,缺乏高质量稳定的植保无人驾驶航空器[20]。植保无人驾驶航空器的综合性能,如任务成功率、有效载荷、有效飞行时间、续航时间,抗风等级等才应该是着重关注的参数。产品性能好、寿命高、可靠性高才能得到农民的青睐。过于简单的性能限制,会让生产商不重视产品性能,阻碍我国植保航空器产业的发展。
4.3 未区分高端智能产品
目前上海市,有的高端智能农用无人机与常规农用无人机补贴额一样,但是技术也不相同。由于智能技术的研发成本高、时间长,如果在一段时间内获得的补贴额与常规产品相同,则必将打击企业创新的积极性,未实现补贴额的科学投入[21]。
4.4 偏远地区未充分考虑
2021年农业农村部发布的全国范围补贴政策仅仅把标准划分为五大类。没有充分考虑到偏远贫困民族等特定区域农机物流成本贵、价格高的实际情况。我国西部地区经济水平相比于东部沿海地区落后许多,若采取统一的补贴标准,无法激起农户购机热情。可以在西藏和新疆南疆地区开展差别化农机购置补贴试点,按当地农机市场均价的30%足额预算补贴标准。
为了实现植保无人驾驶航空器分档政策的导向性、精准性,可以朝着统一质量鉴定、细分分档参数、突出智能化技术、根据区域设置补贴标准等方面优化。
5.1 统一植保无人驾驶航空器质量的鉴定
在植保无人驾驶航空器质量的鉴定上,需要全国一致。(1)采用通用的全国鉴定平台,通过同样条件的试验鉴定不同产品是否符合现有要求、淘汰不合市场的产品。(2)全国统一规划合格产品的生产企业、档次名称、产品型号等。(3)各省市纳入鉴定平台的生产企业、品目名称等一致,纳入购置补贴的产品补贴额相等。
5.2 细化分档参数,精准补贴标准
分档参数的设置要考虑机具质量、功能、作业质量。(1)在机具质量上,区分高端产品和低端产品、增加高端产品的补贴额来避免产品同质化,同时增加高端产品中新产品的分档,且新增档次要覆盖这个品目[22]。(2)在功能设置上,考虑影响产品功能的指标数值,将电池的续航时间、雷达系统、关键喷洒装备等纳入范围,明确电池的最低容量、雷达系统的面积重量、喷洒装备的材料等。(3)在作业质量上,设置考核指标,通过每小时作业效率、单位面积用药量、可靠性评价等方式细化分档。
5.3 突出智能化技术
为使植保无人驾驶航空器真正做到“智能”,则需通过政策引导无人机行业提升信息能力、极大的促进产品创新升级、让更多的智能产品占领市场。在分档参数设置上,增加智能产品补贴额供给;比如在避障系统的分档中,添加更多智能化的参数要求,如细化相机的类型,精度高、数据处理快的相机可获得更多的补贴额。
5.4 根据区域设定补贴标准
由于我国主要存在高原、丘陵及平原三种地貌,不同地貌条件下降雨量、农艺、农业机具发展水平等发展均不相同。因此,必须针对特殊地域单独设定补贴标准[23],比如在丘陵地区,植保无人驾驶航空器虽然能够在平地或低丘拥有良好的效果,但是在一些坡多梗多的地方,参与购置补贴的无人驾驶航空器由于耕作条件恶劣使得作业效果难以满意,如在平原沿海地区,天气条件恶劣,风力较大,电动多旋翼植保无人驾驶航空器的作业性能表现远不如油动单旋翼机型。因此将一些适宜的小众无人机纳入购置补贴能够满足当地需求、加快农机农艺融合的速度、推动农业发展。
综上各地方单位根据国家补贴标准,结合本地作物、天气、机械化等再制定出适合的地方补贴标准,可进一步规范植保行业的补贴标准。
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