国内农用无人机产业专利状况分析探讨

付红莉 李恒宇 宋丽梅

摘要：我国是一个农业大国，发展现代农业是现代化建设的重要目标之一。农用无人机作为近年来比较热门的现代农业技术，我国在农用无人机领域起步较晚，发展空间巨大。本文针对目前我国农用无人机产业的专利状况进行初步分析和探讨并给出建议。

关键词：农用无人机;国内专利申请;技术构成;发展建议

中图分类号：G306;S127文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）27-0109-08

无人机自1917年诞生以来，经历了20世纪漫长的萌芽期和酝酿期之后，终于在21世纪初迎来高速成长期，并逐步从军用领域扩展到了民用领域。如今，民用无人机已在应急救援、环境检测、电力巡线、航拍测绘、农业植保等多个领域得到广泛应用。无人机领域近年之火热，从该领域逐年激增的专利申请量便可窥见一斑：截止目前，与无人机直接相关的中国专利申请量就已多达1.6万多件。这1.6万多件中，90%以上是2014年后的新申请，其中，仅2016年的申请量就已突破8 000件，占申请总量半数之多。[1]

中国是一个农业大国，发展高效、安全的现代生态农业是中国农业现代化建设的重要目标。农用无人机技术作为现代农业的重要组成部分和反映农业现代化水平的重要标志之一，在中国现代农业发展中具有重大需求。分析预测表明，中国农业航空产业是一个尚未真正启动的大产业，未来中国农业航空市场的需求将会有爆发性增长，拉动新增机型投入将达到465亿元以上。

1 农用无人机专利申请状况分析

1.1 全球专利申请状况分析

以“农用and无人机”为检索词，对全球农用无人机的检索结果见图1。从图1中可以看出中国的专利申请量远远高于其他国家。这是由于中国是农业大国，并且现有的农田以中小规模为主。无人机由于受其承载能力和续航能力的影响，适用于中小规模的农田，而不适用于大规模的农场，因此农用无人机在中国有广阔的市场前景。而美国、法国等发达国家以大规模农场为主，进行集约化生产，因此农用无人机的使用受限，其专利申请量也受到限制。

1.2 中国专利申请状况分析

我国作为一个农业大国，发展现代生态农业始终是农业现代化的目标之一，而农用无人机技术能够反映出农业现代化建设水平的高低，能够为我国现代农业的发展提供重要动力。目前在我国，虽然近年来国家制定了大量的扶持政策，但由于我国农用航空产业发展起步较晚，技术研发能力较为薄弱，产业发展态势与日益增长的需求不相符，相关的新技术新产品增速较慢，可提升的空间巨大。[2]

1.2.1 中国专利申请类型。截止到2019年4月份，有关农用无人机的总申请量达到36 948件，其中发明为17 213件，实用新型14 544件，外观设计2 769件，其中发明授权达到2 422件。由图2可以看出，发明申请占比高达46.59%，比实用新型的占比高7%，，发明专利是最主要的一种，最能反映该地区的科技实力，由图2可以看出在农用无人机领域技术创新性比较高。

1.2.2 中国专利申请法律状态。从中国无人机申请法律状态比重图可以看出，截至到2018年，中国无人机申请量达36 948件，其中授权的专利有19 641件，占全申请量的53.18%;正在实质审查中的专利有11 327件，占比30.67%;公开的专利有2 241件，占比6.07%;权利终止的专利有2 179件，占比5.9%;撤回、驳回、无效的的专利占比较低，说明专利申请质量整体较好，创新能力较高。

1.2.3 中国专利申请人地域分布。通过对中国农用无人机相关专利申请人的统计分析，从表1可以看出农用无人机的主要集中在广东、北京和江苏等工业比较发达地区，尤其是广东地区的专利量高达7 886件。而河南排在第12位，申请量只有994件，远远低于广东地区的7 886件，这说明河南在农用无人机领域还有很大的可挖掘空间。[3]

从图4各地区的申请趋势可以看出，农用无人机的专利申请可以分为三个阶段：

①萌芽阶段（2002年—2007年）。此阶段中专利申请数量较少，相应的专利申请技术含量也比较低，年申请量在70件以下。

②缓慢发展期（2007年—2014年）。国内开始有了一些技术企业和研发机构关注农用无人机技术的发展，这个阶段主要是以航空院校为代表的科研院所为主，研究领域主要集中在飞行控制及动力控制技术领域。专利年申请量在100～500件，虽然申请量不大，但农用无人机领域的专利授权率相对较高，说明专利布局空间很大。

③飞速发展期（2014年至今）。随着国际社会对无人机的高度关注，中国政府加大了对无人机技术的重视程度，并提出“感知中国”的发展战略。2010年“两会”期间，无人机被纳入政府工作报告，正式被提升为中国国家战略和重点支持的产业之一。各企業及科研机构抓住这些重大历史机遇，投入了大量资金及研发力量，从而产生了大量的技术成果，带来了专利申请突飞猛进的发展趋势，年申请量高达上千件，并成飞速发展态势。2018年虽然有所下降，这可能是由于一部分的发明专利没有公开导致的。

2 农用无人机专利的技术构成分析

基于国内农用无人机的专利数据检索，本节将从技术构成视角进行农用无人机产业态势分析。[4]对申请量较高的无人机关键技术进行专利IPC构成分析，得出无人机技术主题的中国专利申请量分布图（如5）。为便于主题查询，采用IPC分类法。

从图5可以看出无人机的申请主要集中在B64C（飞机;直升飞机），B64D（用于与飞机配合或装到飞机上的设备;飞行衣;降落伞;动力装置或推进传动装置的配置或安装）、A01M（动物的捕捉、诱捕或惊吓（养蜂业入A01K 47/00至A01K 59/00;捕鱼入A01K 69/00至A01K 97/00;农药入A01N）;消灭有害动物或有害植物用的装置（用于与飞机配合或装于飞机上的为抛投或释放粉状、液态或气态物质，如杀虫剂、除草剂的设备入B64D 1/16），G05D（非电变量的控制或调节系统（金属的连续铸造入B22D11/16;阀门本身入F16K;非电变量的检测见G01各有关小类;电或磁变量的调节），占比达6.17%，其中，B64C领域占比31.31%、B64D领域专利占比为29.91%、A01M领域专利占比为9.67%、G05D领域占比为6.17%。

其中B64C属于无人机的基础领域，申请量比较高是毋庸置疑的，而B64D和G05D领域的申请量比较高，则说明了无人机的研究主要集中在其动力控制和飞行控制方面。而作为农用无人机使用，其作业管理和喷施设备则是无人机基础发展的重中之重。[5]

2.1 机体总成专利

机体总成是无人机的基础，机体总成的申请趋势最能代表无人机基础技术的发展，无人机机体总成的申请趋势见图6。从图6可以看出，2009年以前无人机机体总成的专利申请发展较慢，2009年以后开始缓慢发展，2013年以后开始快速发展，这与无人机的总发展趋势相适应。

图7提供了机体总成专利申请前十的申请人，从图中可以看出，前十的申请人中高校和科研院所占比较大，远远超过企业占比，这说明机体总成的技术性比较强，院校注重科研创新项目，在这方面有天然的优势。大专院校应借势提供学习空间，积极培养同学的科研创新能力，培养出更多此领域的人才。

从表2中可以看出，无人机机体总成的申请主要集中在广东、北京和江苏等工业比较发达地区，尤其是广东地区的专利量高达1 757件。而河南未进入前十，这说明河南在农用无人机领域还有很大的可挖掘空间。

2.2 作业管理专利

作业管理是将无人机应用于农业生产的关键技术，从图8作业管理专利申请趋势可以看出，2011年之前几乎没有关于作业管理的申请，2012开始缓慢发展，2015年之后快速发展，作业管理的发展趋势的时间节点明显晚于机体总成的发展趋势节点，这是由于机体总成是基础，只有在机体总成发展到一定程度之后，才能促进作业管理的发展。2018年有所下降可能是由于部分专利未公开造成的。

从表3无人机作业管理专利申请人排名中可以看出，作业管理的申请人中以企业为主，这充分说明作业管理更加倾向于工业化应用，企业对其投入了较多的资金与技术，促进了无人机作业管理领域的发展。

2.3 喷施设备专利

喷施设备是将无人机应用于农业生产时的必要的功能设备，从图9可以看出，2011年以前，无人机喷施设备的专利几乎没有，2011年之后缓慢发展，2013年之后快速发展，其快速期明显早于无人机作业管理专利的快速发展期，这是由于早期将无人机应用于农业喷施时，可以通过人工操作控制，随着技术的发展，为了节省人工，技术人员逐渐向集中作业管理方向发展。

从表4无人机喷施设备专利申请人排名中可以看出，喷施设备的申请人以企业为主，这充分说明喷施设备更加倾向于工业化应用，企业对其投入了较多的资金与技术，促进了无人机喷施设备领域的发展。

2.4 飞行控制及动力系统专利

将无人机应用于农业生产，其续航能力和方向控制是不可避免要解决的问题，与其对应的飞行控制及动力系统方向的专利申请是解决续航能力和方向控制的关键。从图10可以看出2008年以前关于飞行控制和动力系统的专利申请量几乎为零，2008年以后开始缓慢发展，2013年之后开始快速发展，2018年申请量有所下降，可能是由于部分申请没有公开导致的。从其趋势可以看出，飞行控制及动力系统的发展时间节点与机体总成的时间节点一致，这是由于飞行控制及动力系统与机体总成是相辅相成的关系。

从表5的数据可以看出，无人机飞行控制及动力系统的排名前十的申请中高校及科研院所的总数量与企业申请人的总数量基本相当，这说明在无人机飞行控制及动力系统领域具有较高的科研创新能力，同时将无人机飞行控制及动力系统进行工业的比率也较高，实现了研发与生产的结合。

从表6的数据可以看出，无人机飞行控制及动力系统的申请主要集中在广东、北京和江苏等工业比较发达地区，尤其是广东地区的专利量高达2 996件。而河南未进入前十，这说明河南在农用无人机领域还有很大的可挖掘空间。

3 国内专利申请人分析

从图11中可以看出，农用无人机的专利申请主要集中在企业，国家电网公司的申请量遥遥领先，有715件;其次农用无人机的专利申请集中在科技公司和高校，尤其是北京航空航天大学和南京航空航天大学，在飞行器方面的有其特定的优势，对无人机领域的研究做出了突出的贡献。由于科技公司和高校均比较注重研发工作，农用无人机的专利申请主要集中在高校和科技公司手中，这充分说明市场在农用无人机的研发中投入了大量的资金和技术，这将非常有利于农用无人机技术的进一步发展。

图12是中国专利的申请人的國别，从图12中可以看出中国在国内的申请量远远高于其他国家。其他国家在中国申请专利比较靠前的国家为法国和美国，这是由于美国和法国具有大规模的农场或水果、鲜花基地，对农用无人机的需求较高。

4 结论和建议

无人机通常认为起源于军事领域，其早期应用也多见于军事目的，早期无人机领域的专利申请多集中于固定翼类型。随着近年来无人机领域形成了以小型化、轻量化为主的发展思路，出现了大量的多旋翼无人机专利申请，而我国无人机行业也在此发展机遇中得到了跨越式的发展。具体在农用无人机领域，我国国内专利申请主要集中在飞行控制及动力系统、机体总成、喷施设备和作业管理四个方面，其中飞行控制及动力系统和机体总成占比较重，主要是为了适应农用无人机低空低速、飞行稳定性高及负重载荷高的要求，但农用无人机的具体应用需要在喷洒设备和作业管理方面表现出优良性能，如喷洒设备的喷洒过程、喷洒轨迹控制、精准喷洒等具体要求。

随着消费级无人机竞争的白热化，越来越多的企业重视工业级无人机的发展，而农用无人机作为工业级无人机重要的组成部分，能够成为无人机企业实现产品升级转型、拓展无人机应用领域范围、抢占全球无人机行业发展先机的重要助力。[6]

目前我国无人机行业还存在着诸多制约因素，行业整体的健康快速发展需要多方面的共同努力，笔者针对目前的产业态势提出以下几方面建议。

第一，完善法律法规，制定行业标准。目前在我国，民用无人机尚未纳入到国内航空飞行计划中，低空空域也并未对民用无人机开放，也并未有明确的规定对民用无人机飞行使用进行规范管理，因此从国家层面应建立健全相关法律法规，建立起民用无人机的管理机制、明确管理职能，从国家层面解决民用无人机的法律属性，使得民用无人机有法可依、有规可循。从行业层面，应制定科学规范的从业标准和从业规则，指导并规范无人机行业的合理竞争和有序发展，引导相关的企业和研发机构进入农用无人机行业的研发序列中，激发农用无人机产业的潜力和活力。

第二，优化整合产业链，组建产业联盟。无人机具有较长的产业链，其涉及的技术领域较为广泛，同时世界范围内的竞争压力，使得国内无人机产业具有整合产业链的必然需求，处在产业链上中下游的企业应当在资本和技术层面共同合作，建立起适当的创新机制，以应对日益激增的竞争。在专利层面，双方甚至是多方的专利合作申请可以有效整合上各方主体的技术研发力量，为各方主体的研发决策提供决策建议，避免研发的盲目性和研发资源的浪费。

第三，制定专利战略，着眼未来布局。我国农用无人机企业目前的专利申请方向主要集中在国内，在国外申请专利数量和申请主体数量均较少，可以借鉴国外无人机优势企业的专利战略经验，既关注前端的核心技术专利，同时又保护具体的产品和应用，对产品和技术进行全方位的保护。我国农用无人机想要走出去，不仅要增强对自身技术和产品的保护力度，构建合理、严密的专利网络，同时还要防范竞争对手和非专利实体的诉讼风险，采取多种措施做好遭遇诉讼的准备工作，如利用出口国专利制度构建专利组合，检索分析有可能涉诉的产品和对手专利，对高风险专利进行有效性评估，利用所拥有专利探索交叉许可可能性等。

第四，发展优势领域，形成错位竞争。从专利申请情况来看，国内申请人主要集中在改进型专利方面，专利质量普遍不高，从侧面可以体现出中国农用无人机企业创新能力不足，暂未形成相对优势的产品类型和技术储备，产品同质化问题相对严重，研发方向不明确，新产品迭代效率较低，容易导致同类型企业陷入价格竞争的陷阱。[7]国内农用无人机企业应当在坚持自主创新的同时，积极拥抱市场，做好研发立项前的調查工作，包括对市场的研判和对竞争对手研发方向的信息搜集，借鉴行业领先企业的发展路径，追踪先进技术的发展方向，尽可能避免出现重复研发或无用研发的情况。目前国内农用无人机企业大多正处在从消费级无人机向工业级无人机转变的阶段，而工业级无人机对企业创新的要求较高，国内企业应当结合国内市场特色和需求，确定适当的发展方向，积极发展具备自身特点的技术领域，开拓占领新需求市场，加快新产品新技术的更新速度，努力打造成具备技术领先优势的创新型企业。

参考文献：

[1] 李晓贝.中国无人机企业的专利战略研究[D].武汉：华中科技大学，2017.

[2] 李雪珏.无人机领域专利布局研究[D].湖南：湘潭大学，2018.

[3] 张健东，刘强，曹德斌.无人机技术中国专利分布情况及其专利情报运用[J].国防科技，2013（5）：75-80.

[4] 卫立现，马剑峰，艾变开.从专利角度看中国无人机领域竞争态势[J].中国发明与专利，2016（2）：36-40.

[5] 李黎明，刘海波.知识产权运营关键要素分析——基于案例分析视角[J].科技进步与对策，2014，31（10）：123-130.

[6] 魏玮.知识产权价值评估研究[M].厦门：厦门大学出版社，2015.

[7] 沈国际.2015年度无人机专利态势分析[J].国防科技，2017（1）.