植保无人机市场可行性报告.docx

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植保无人机市场可行性报告

农业植保无人机

市

场

可

研

报

告

一、项目立项的必要性及需求分析3

1.立项的必要性3

1.1符合《纲要》所确定的重点领域4

1.2是突发性大面积病虫害防控的有力手段4

1.3是我国土地经营模式的必然选择5

2、需求分析6

2.1农业劳动力短缺的必然需求6

2.2病虫害专业化防治的必然需求7

2.3施药装备市场竞争力的需求7

2.4农业可持续发展的必然需求8

3.项目实施产生的重大经济、社会效益9

3.1.经济效益分析9

3.2社会效益分析

二、项目目标及主要任务10

1.战略目标10

2.具体任务指标10

3.项目研究开发的重点11

3.1航空施药安全性评估11

3.2精准施药控制系统研究11

3.3航路规划与自动导航系统研究11

3.4无人驾驶轻型农用直升机平台12

3.5无人机平台傻瓜化操控研究改造12

3.6新型航空施药药剂研究13

三、相关领域国外技术现状、发展趋势及国现有工作基础13

1.国外技术发展趋势与现状、专利等知识产权及相关技术标准情况分析13

1.1.国外农业航空现状及趋势13

1.1.1航空施药与服务体系是农业生产的重要组成14

1.1.2农业航空呈现不同的发展模式14

1.1.3具有完善的航空施药技术装备与服务体系16

1.2国农业航空现状及趋势16

2.国现有工作基础

四、技术、经济效益、推广应用及产业化前景18

1.技术效益分析18

2.经济效益分析18

2.1作业经济效益分析18

2.2节省农药经济效益分析19

2.3企业生产销售效益分析19

2.4新型药剂生产销售效益分析19

2.5其他经济效益分析19

3.社会效益19

3.1提升科技装备水平，缓解劳动力短缺矛盾19

3.2组建新型服务体系，促进向现代农业转型20

3.3提高粮食品质，保证粮食安全20

4．推广应用及产业化前景20

5．项目实施的风险分析21

5.1市场风险21

5.2政策风险

一、植保无人机市场调研报告

1.项目的必要性

植物保护涉及我国粮食安全、食品安全、生态安全和农业丰产、农民丰收，在我国农业生产中起着举足轻重的作用。

我国能以不到世界10％的耕地，解决了世界22％人口的粮食问题，机械化防治发挥了极其重要的作用。

2010年，全国农作物病虫害发生48亿次，防治55亿次，为挽回9460万吨粮食，棉花损失165万吨，油料损失336万吨。

为粮食安全和农业生产稳定发展做出巨大贡献。

虽然高效机械化防治技术得到了较快发展，但是，对于占全国粮食种植面积60%以上的水田、玉米等高秆作物，由于其特殊种植模式和作物特性，使得地面机具无法下田。

长期以来，水田和高秆作物的病虫害防治只能依赖手动喷雾器和背负式喷雾机进行，在全球气候变暖的今天，突发性大面积病虫害频繁爆发，现有植保机具早已无法满足防治需求，每年给造成巨大的粮食损失。

装备落后、作业效率低，致使农药喷洒成为我国粮生产过程中劳动强度最

高、作业次数最多，劳动力消耗量最大的环节，随着我国城镇化步伐加快，大量的农村劳动力转移到城市，同时伴随人口老龄化问题，农业劳动力的日益短缺、劳动力成本不断攀升，农作物病虫害防治已成为目前制约我国主要粮食生产的主要瓶颈。

由于我国土地资源不足，东北平原、西北、华北平原大规模土地资源仅占耕地面积30%左右，而占总种植面积60%以上的小规模种植模式，大型地面施药机具难以适应其病虫害防治要求。

由于需要专用的农业航空专用机场和跑道，在丘陵山区、家庭式的种植模式下难以发挥固定翼飞机施药的优势。

因此开展农用轻型无人机施药技术装备与服务体系研究具有十分重要的意义：

1.1符合《纲要》所确定的重点领域

本项目研究容符合《中长期科学和技术发展规划纲要（2006——2020年）》重点支持向；符合“全国新增千亿斤粮食生产能力规划”和“粮食丰产工程”的要求；符合中央一号文件“加快推进农业机械化”的要求；符合农业部“关于推进农作物病虫害专业化防治的意见”精神；符合我国现代农业发展的需求。

无人机施药技术装备与服务体系研究是《纲要》农业领域重点发展向。

符合多功能农业装备与设施优先主题中定位变量作业智能机械；符合环保型肥料、农药创制和生态农业优先主题中高效安全的有害生物综合防治技术；符合农业精准作业与信息化优先主题中精准作业和管理技术系统。

贯彻落实中央一号文件关于农业机械化与现代化的精神，把保障粮食安全作为首要任务，把提高土地产出率、资源利用率、劳动生产率作为主要目标，把农机农艺结合作为基本要求，促进水田、玉米等高秆作物机械化防治水平，构建精准、优质、高效、生态、安全的无人机施药技术服务体系。

1.2是突发性大面积病虫害防控的有力手段

随着全球气候变化，突发性大面积的病虫害发生频繁，重危害了我国粮食安全和农业生产稳定发展。

据农业部2010年统计，全国农作物病虫害发生48亿次，年损失粮食多达2157万吨。

2012年突发大面积的玉米黏虫，缺乏专用高效的施药技术装备致使防治不利，仅这次玉米黏虫发生面积近5000万亩，占全国玉米播种面积的9.72%，其中重发生面积650万亩，占到全国播种面积的

1.26%，这类突发性大面积的病虫害已经重粮食安全，破坏农业可持续发展。

无人机施药作业效率高，较常规机具可提高100～150倍，而作业成本5～8元/亩，仅为常规作业的1/2～1/3。

高效、低成本的无人机施药技术为解决了突发性大面积病虫害防控难题提供了全新的技术与装备。

1.3是我国土地经营模式的必然选择

我国规模化的土地资源不足，仅占耕地面积30%左右，主要集中在北东北平原、西北、华北平原。

而在南，有着占总种植面积60%以上的小规模种植土地，土地地貌复杂，民房耕地交织，经营模式以一家一户的联产承包责任制为主，土地的分散经营、小块经营，使得耕地规模小、田块分散、作物品种布局不一，作物长势不一，包括固定翼飞机在的大型施药机具难以适应其病虫害防治要求，在很大程度上限制了农业机械化实施。

无人机施药技术装备无需专用机场和跑道，灵活轻便、环境适应性强、不受作物长势和作业田块条件的限制，在应对小区域种植作物的病虫害防治中有着巨大优势。

发展无人机施药技术装备，是解决制约我国南分散经营模式下，病虫害机械化防治的瓶颈问题，是我国土地经营模式下的必然选择。

2、需求分析

当前，国际经济形势复杂峻，全球气候变化影响加深，我国农作物病虫害防治压力加大，农业发展面临的风险和不确定性明显上升。

加快精准高效病虫害防治技术与装备研发，确保农业生产稳定的任务更加艰巨。

开展高效低污染安全的无人机施药技术装备与服务体系的研究，突破我国水田、玉米等高秆作物机械化瓶颈，以服务于现代农业发展，对突发性大面积病虫灾害控制，缓解农村劳动力短缺，促进病虫害专业化防治，提升施药装备市场竞争力，实现农业生态环境可持续发展的战略需求。

2.1农业劳动力短缺的必然需求

常规的背负作业式劳动强度大，作业质量差，易发生中毒事故。

随着我国城镇化步伐加快，大量的农村劳动力转移到城市，同时伴随人口老龄化问题，导致农业劳动力的日益短缺、劳动力成本不断攀升。

据调查，96%的农民认为施药作业是最繁重的田间劳动。

因此，迫切需求开展新型高效无人机施药技术装备替代手动和背负式药械，缓解农村劳动力短缺。

而且随着我国农业现代化的步伐不断往前推进，要求用现代的物质装备来改造农业，普遍实现了机械化和自动化以及信息化，科技在农业进步中的作用越来越凸显，推

动农业由粗放型向集约型转变。

无人机施药技术与装备作业效率高，劳动力投入少，符合现代农业发展要求。

高效的新型航空施药技术与装备的应用，恰恰体现了现代农业的要求，真正做到劳动力投入少，解决当前农业生产面临的困境。

施药作业智能化、精量化、高效化，对促进传统农业向现代农业的转型有着积极意义。

2.2病虫害专业化防治的必然需求

现代农业的转型已进入新的发展阶段，正在从千家万户的小农经济向区域化种植作业转变，急需发展防治农作物病虫害的专业化施药队伍，如各地出现的“机防队”和“施药专业户”等。

但施药专业户的施药设备多为人力携带的背负喷雾机具，单台施药设备一天防治面积在1～20亩（视操作人员、地块和作物种类而定），机具品种单一、工作效率低，不能满足不同作物、不同规模的病虫草害防治快速防治的需求，与现代农业的需求不符。

农无人机施药技术是以航空、信息、生物和农业装备为支撑点的现代农业技术系统，具有作业效率高，突击能力强，机动性好，适应性强等优点。

满足专业化防治对精准、高效施药技术与装备迫切需求，适于消灭暴发性病虫害，符合“统防统治”理念，对加速手动药械和小型机动药械的更新换代，促进政策、法规和相关标准的研究、制定，提升机动施药装备的技术水平具有重大意义。

是实现我国粮食安全、食品安全、环境安全的重大科技选择，也是我国从传统农业向现代农业转型升级的重要标志。

2.3施药装备市场竞争力的需求

目前我国农业科技和物质装备水平还不高，农业科技研发和创新能力不强，技术集成度不高，“十五”期间科技进步对农业的贡献率只有48%，大大低于发达70～80%的平均水平。

目前，与国外发达相比，我国植保机械产业的研究基础比较薄弱，植保机械行业240余家生产企业中，多数企业规模小，技术力量缺乏，产品技术含量较低,缺乏核心竞争力，制约了我国植保机械产业的发展。

新型无人机施药技术装备，是在传统植保装备的基础上，集成了超低空低量施药技术、施药装备平台技术、现代航空技术、GPS导航技术、数字信息技术以及现代自动控制技术的高技术产品。

对于加大科技进步对农业的贡献，提高我国植保机械领域的自主创新能力，

增强产品核心竞争力和农业抗风险能力具有积极的促进作用。

2.4农业可持续发展的必然需求

我国的农药生产已取得长足发展，但因施药技术和施药设备落后，各地仍沿用粗放的施药式，大雾滴大容量喷淋式喷雾等落后的施药技术和设备盛行，农药有效利用率有的不足30%，每年喷洒出去农药制剂有70%～80%流失到环境中，不仅浪费大量资源，还造成环境污染，导致施药人员中毒和农产品农药残留超标等问题。

无人机施药采用低容量喷雾技术替代粗放的大容量喷雾技术，采用高精度GPS的农用无人机的自动导航技术，实现航空喷雾作业喷幅的精确对接，极大地提高了我国航空植保作业的质量，可把农药有效利用率提高到35%以上；通过本项目的实施，实现农药的减量、精确、高效、合理的使用，降低农业生态环境污染，提高农产品品质，符合“建立资源节约型和环境友好型社会，发展循环经济，高效利用资源，保护生态环境”的政策，也符合“减量化、再利用、再循环”的循环经济实际操作原则，是建立资源节约型和环境友好

型可持续农业的技术支撑。

3.项目实施产生的重大经济、社会效益

3.1.经济效益分析

首先，农业航空施药的效率是常规施药机具的100倍，作业效率按500亩/天，而且航空施药采用低空低量施药技术，可节约农药20%，每年可产生较大的收益；

采用高效航空施药，节约了用水、人工成本；较传统病虫害防治，采用了新技术，提高了防治效果，使得农产品产量、质量提高。

而高效的农业航空施药可以及时防控突发性大面积病虫害，提高病虫害防治效果，为挽回巨大的粮食损失，产生巨大的经济效益。

3.2社会效益分析

农作物病虫害防治是劳动强度最大的田间管理项目。

随着我国人口老龄化，农业劳动力日益短缺、劳动力成本不断攀升与我国现代

农业发展的矛盾将越来越激化。

高效的航空施药可以缓解农业施药作业劳动力短缺与农业发展之间的矛盾。

探索规模化、社会化无人机航空病虫害防治的区域经营模式，以及植保、农机等多部门联合的无人机航空病虫害防治技术与装备推广机制，最终提出包括技术推广、技术指导、规模化应用的无人机航空施药装备推广使用体系，构建完善的新型服务体系，加速我国农业向现代化转型。

随着航空施药技术的发展，将带动新型药剂产业和航空施药装备产业的发展，这新型产业符合战略发展需求，具有广阔的市场前景，为创造大量的就业岗位，带来巨大的社会效益。

二、项目目标及主要任务

1.战略目标

本项目根据对经济和社会发展规划中对主要农作物病虫害专业化统防统治，加快推进农业机械化需求，围绕粮食生产中对高效施药机械产品的重大需求，针对我国目前施药技术落后、农药有效利用率低、施药效率低、劳动量消耗巨大、高效施药机械缺乏等

关键问题，开展农业轻型无人机施药技术装备与服务体系研究，突破高效低污染安全航空施药技术、高效稳定的施药搭载平台技术、施药作业过程自动控制技术、精准施药技术等核心技术，切实提高农药的有效利用率、减少农药使用量，解放劳动力，降低农业生态环境污染，实现施药的精量化、机械化、自动化和安全化。

通过项目实施，全面提升我国植保技术与装备，特别是航空施药装备的自主创新能力和国际竞争力，为我国资源节约型、环境友好型的可持续农业的建设提供必要的技术支撑和保障。

2.具体任务指标

（1）突破无人驾驶轻型农用直升机平台技术；

（2）完成无人驾驶轻型农用直升机平台与施药装备；

（3）完成无人驾驶轻型农用直升机平台，无人机控制系统的高度与速度误差小于5%，具备自动驾驶与傻瓜式操控功能；

（4）完成航空施药新型制剂研发；

3.项目研究开发的重点

3.1航空施药安全性评估

农业航空作业相对地面机具作业而言有着更复杂的农药沉积与

飘移规律，从标靶上飘移的农药，不能真正发挥防治病虫草害的作用，反而会导致浪费农药、降低防治效果，增加防治次数、相邻地块的敏感作物受损、过量喷药、农药残留超标、空气和水源污染等一系列后果，对人类、动物和植物产生不良的影响。

为降低农药漂移，针对不同的无人机平台，研究机身下药液雾滴在气流场中的运动情况，分析环境因素（温度、风速、风向等）、施药量、作业速度等因子与药液飘移距离、飘移量的复杂关系，评估施药安全性，制定措施，减少农药对生态的污染。

3.2精准施药控制系统研究

根据农用轻型无人机航空施药式与法，重点研究施药过程全程自动控制技术，针对我国的无人机平台，研究设计开发新型的精准施药系统与GPS导航系统，实现喷洒精确对接、定点施药、自动导航、高效自主作业，避免施药过程中重喷漏喷现象，解决施药操控问题。

研究开发新型施药控制系统，使用嵌入式系统技术，完成变量控制、无线电通讯、信号处理、功率分配等模块化设计，实现施药

装备远程变量控制与工作参数遥测反馈等功能。

3.3航路规划与自动导航系统研究

使用C语言和MATLAB语言开发航路规划和实时显示系统，集GPS和GIS于一体，实现自动规划农田边界、自动规划飞行航路、测算农田面积、实时显示飞行轨迹、定点精准施药功能。

3.4无人驾驶轻型农用直升机平台

目前我国的农用无人机平台绝大多数是由军工、航拍、测量等各个领域转换而来，具有高空、高速、长遥控距离的特点，而农业航空施药作业要求无人机低空、低速、平稳飞行，加之作业期使用频繁，操作人员素质参差不齐，还需要解决无人机耐用性、操作简易性及经济性的问题。

本课题针对目前我国的无人机平台，从低空稳定性控制、傻瓜化操控、机体动力系统改造、发动机增寿等面进行无人机平台的农业适应性研究改造，使之能够更好的应用于农业植保。

无人机超低空飞行，首先，由于地面反弹气流的存在，使得旋翼下气流混乱，气压高度计数值波动剧烈，目前我国的无人机平台，多数存在低空控制盲区；其次，GPS卫星定位信号也会随着地面温度、云层变化、气流流动等因素产生整体漂移。

本课题拟以消减地面效应影响，增加低空定位精度为研究目标，对目前我国的无人机平台做进一步的研究改造。

3.5无人机平台傻瓜化操控研究改造

我国的无人机平台标准的遥控器上，装有2摇杆、4微调以及其他10余个按钮，操作人员需要从总距、横滚、俯仰、航向8向控制姿态调整，人工培训仅无人机操作上就需要经历软件模拟——航模练习——真机操控3个阶段，培训期历时3个月，另一面，我国飞机农业作业人员素质参差不齐，无法在短时间达到专业人员水平。

因此，本课题针对以上情况，结合无人机的飞行控制系统与操控界面，研究控制策略与算法改进，开发新型遥控装备，实现无人机平台的傻瓜化操作，大幅降低操作难度，缩短人员培训时间，提高无人机田间作业的灵活性和工作效率。

3.6新型航空施药药剂研究

实验证明，使用普通药液于5m高度喷施，在旋翼气流与外部环境因素综合影响下，10%-20%的药剂在空中蒸发弥漫在空气中，重影响施药效果，污染生态环境。

本课题拟展开农药药剂成分、剂型、添加剂等面研究，开发多种适用于航空喷洒的超低量农药剂型。

三、相关领域国外技术现状、发展趋势及国现有工作基础

1.国外技术发展趋势与现状、专利等知识产权及相关技术标准情况分析

1.1.国外农业航空现状及趋势

农业航空发达以美国和日本为典型代表，发展状况主要表现为：

农业航空施药作业是农业航空服务最主要的作业项目，农用航空装备齐全，技术相对成熟，培训服务体系完善，相关规健全，农业航空作业比重大。

1.1.1航空施药与服务体系是农业生产的重要组成

美国航空施药作业规齐全，相关的法律法规健全，航空施药设备、部件系列完善，能适合不同作业要求，年航空施药面积达3400万公顷，占总耕地面积的25%以上，其中水稻施药作业100%采用航空作业式。

随着精准农业技术的发展，一些不同类型的精准农业技术包括全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感系统（RS）、作物生产专家管理系统和新类型的装备及部件，也逐步应用于农业航空，这些精准农业技术的应用，提升了美国农业航空技术水平，必将进一步加大农业航空在其农业领域的应用比重。

日本农业耕地面积470万公顷，农业航空作业面积253万公顷，其中农用无人直升飞机作业面积96.3万公顷，占航空作业38%。

防治面积从1997年的20万公顷增加到2010年的96.3万公顷，其中水稻施药作业全部采用无人机施药装备进行防治，近年来麦类、豆类、萝卜、洋葱、生、甘蔗等也逐步采用农用无人机进行病虫害防治。

日本目前用于农业面的无人机，以YAMAHARMAX系列为主，每小时

可喷洒农药7—10公顷，一架RMAX每天可喷洒农药80公顷。

采用农用无人驾驶轻型直升飞机进行农业生产已成为发展趋势之一。

在农药制剂面，日本有水稻、小麦、玉米作物专用的无人机喷洒农药制剂，目前在册登记的专用农药已达150余种。

1.1.2农业航空呈现不同的发展模式

现在世界上通用飞机多达33．6万架，每年作业面积近4000万h，我国只占其1‰。

全世界已有农用飞机60多种，其中固定翼飞机40多种，旋翼（直升）机20多种，共约3万余架，其中美国8000多架，俄罗斯1万多架，加拿大、澳大利亚等国也有数百架。

经农业航空管理的耕地面积达2.4亿hm2,占世界耕地面积17％。

其中美国、俄罗斯、日本3国分别达到1亿hm2、7000万hm2、180万hm2，分别占本国耕地面积的45％、35％和39％。

美国地耕地面积广，呈大规模化经营，促进了美国农业航空的快速发展，使其成为农业航空技术最先进的。

现拥有农用航空公司2000多家，农用飞机近万架（实际在用的飞机大约为4000架），在册的农用飞机驾驶员2000多名，飞机大约有20多个品种，分为单翼、双翼和直升飞机，多为有人驾驶机型，飞机的安全性能较高。

据美国全国农业航空协会（NAAA）提供的数据，现在农产品生产中，25%都是采用空中作业完成的，主要是谷物生产和病虫害防

1.1.3具有完善的航空施药技术装备与服务体系

国外不断完善航空施药技术装备与服务体系，具体表现在，装备量逐年增长，作业面积不断扩大，装备品种多，科技含量高，服务领域广，航空作业质量标准详细，而且农业航空相关的法律法规齐全。

农业航空是农业发展的重要手段，飞机可以播种、施肥和防虫等作业，所从事农业航空植保作业的人员必须持证上岗，美国农业飞机必须符合美国联邦航空局（FAA）137部的要求。

具有完善的农业航空队伍建设体系。

美国约有1625家公司从事农业航空作业飞行，平均每家拥有飞机2.2架，雇用飞行员2.7人，农业飞机和航空材料生产厂家有500多个。

日本目前从事农用无人机培训的学校，仅雅马哈在全国一共有134家培训学校。

具有完善的作业服务管理制度。

日本具有直接负责和从事水稻等无人机施药作业的组织和个人团体共1000多个，农场主只需要支付服务费，除草、防虫、防病和施肥等都由专门的公司运作。

形成完善作业收费标准、作业服务协调制度、作业服务合同管理制度等。

1.2国农业航空现状及趋势

我国航空喷洒设备的研究和应用在五十年代就开始了，目前已有6个机种400多架飞机在大面积的垦区和农场从事农业航空工作。

大多以通用的农业航空喷洒为主，如在大面积的垦区和农场运用国产的“农业5”，“Y5B”，“Y11”等固定翼机型进行农业航空作业，到了九十年代出现了专门为超轻型飞机配套设计的3WQF型农药

场和跑道，很难适应于南丘陵山地地区的小规模种植。

而小规模种植式是目前我国粮食生产的主要形式，无人机不受起降场地限制，适应与小规模种的丘陵山区，因此，近些年无人机施药技术与装备受到高度重视，是未来病虫害防治的主要趋势。

2.国现有工作基础

近几年来，农作物病虫害机械化防治和突发性大面积病虫害防控引起了主管部门的高度重视。

在低空施药技术及规和无人机平台技术等面取得了长足的发展，并且取得了多重大成果，无人机示与宣传，促进了无人机施药技术与服务体系不断发展与完善，科研力量与科研平台不断加强。

航空专业喷雾制剂研究已经起步。

航空喷雾制剂研究中，经历了从悬浮剂、微乳剂、水剂到油剂的研究式转变，有效地抑制了雾滴在空中降落过程中的水分蒸发损失。

已经有两个超低容量制剂品种在我国登记注册。

四、技术、经济效益、推广应用及产业化前景

1.技术效益分析

在技术上，通过开展低空低量施药技术、航空施药飘移控制技术、飘移检测及安全评估研究，创制农业轻型无人机施药技术装备，建立农业航空施药技术服务体系。

为水田、高杆作物病虫防治提供技术支持，提高对突发性大面积病虫害防治水平，保障粮食安全。

通过项目的实施，填补国航空静电喷雾技术及装备的缺陷，降低农药使用量，提高病虫害防治水平。

通过航空喷嘴模型、飘移预测模型、航空喷洒质量评估研究，形成我国自主航空施药研究体系，探索适合我国国情的航空施药技术服务体系，服务于我国农业现代化。

2.经济效益分析

2.1作业经济效益分析

单架油动无人直升飞机使用寿命按5年计算，作业效率为500亩/天，每年作业90天，则单架飞机作业总面积为5年×500亩/天×90天=225000亩次；每次施药作业按照均价6元/亩计算，则使用无人机5年，可获得作业收入225000亩次×6元/亩=.0万元

单架油动无人直升飞机使用寿命按3年计算，作业效率为200亩/天，每年作业90天，则单架飞机作业总面积为3年×200亩/天×90天=54000亩次；每次施药作业按照均价6元/亩计算，则使用无人机5年，可获得作业收入54000亩次×6元/亩=32.4万元。

2.2节省农药经济效益分析

单架飞机作业每亩可节省农药20%即2元/亩，则5年共可节省（225000亩次+54000亩次）×2元/亩=55.8万元。

2.3企业生产销售效益分析

每种机型以每年推广1000套装备，20%的利润计算：

单架油动无人机施药装备，50万元/套，50万元/套×1000套×20%=1.0亿元；

单架电动无人机施药装备，10万元/套，10万元/套×1000套×20%=2000万元；

2.4新型药剂生产销售效益分析

开发的新型航空超低量药剂，每亩次按照150ml，每百毫升按照10元计算，年需求（225000亩次+54000亩次）×150ml/亩次×10元/100=418.5万元

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