專利視角下的無人機農田病蟲害檢測技術

摘要：隨著智慧農業的興起，無人機技術在農田病蟲害檢測領域的應用日益廣泛。本文從專利視角出發，對無人機農田病蟲害檢測技術進行了全面分析。首先，概述了無人機在該領域的應用背景和重要性，隨后系統地梳理了無人機病蟲害檢測技術的發展歷程和當前的專利狀況。通過專利檢索和分析，識別了關鍵技術、技術發展趨勢以及主要的技術持有者。并且進一步對無人機病蟲害檢測技術的創新點和潛在的應用場景進行了探討，并基于專利分析結果，提出了該領域技術發展的建議和未來研究方向。

關鍵詞：無人機；農田；病蟲害；檢測

農業病蟲害是影響作物健康生長和農業生產效率的關鍵因素。傳統的病蟲害檢測方法存在效率低下、準確性不足等問題，難以滿足現代農業生產的需求。近年來，無人機技術的快速發展為農田病蟲害的監測和管理提供了新的解決方案。無人機可以搭載高清攝像頭、多光譜傳感器等設備，實現對農田的快速、大范圍監測，及時發現病蟲害問題，為農業生產者提供決策支持。

在這一背景下，無人機農田病蟲害檢測技術[1]成為研究和開發的熱點。專利作為技術創新和市場競爭的重要指標，對無人機病蟲害檢測技術的專利分析可以揭示該領域的技術發展現狀、趨勢以及存在的挑戰[2]。本文通過專利檢索和分析方法，對無人機農田病蟲害檢測技術進行了深入研究，旨在為該領域的技術發展和專利布局提供參考和指導。

首先，將統計和分析專利申請的總量，以揭示該領域的整體研發活躍度和技術成熟度。其次，將識別并分類主要的申請人類型，包括企業、研究機構和個人等，以了解不同創新主體在該領域的參與程度和貢獻。同時，將探討專利申請量在不同國家和地區的分布情況，以反映該技術的全球研發態勢和地域特色。此外，將深入分析病蟲害檢測技術的構成，包括圖像處理、數據分析、飛行控制等關鍵技術，并結合具體專利案例，詳細介紹幾種典型的病蟲害檢測技術，以展示這些技術的工作原理和應用場景。最后，基于專利數據的分析結果，本文提出促進技術發展和優化專利布局的策略建議。這些建議旨在推動無人機病蟲害檢測技術的進一步創新，加速其在農業生產中的廣泛應用，從而提高農業生產效率和作物產量，保障食品安全。通過對無人機農田病蟲害檢測技術的專利分析，以期為相關領域的研究者、開發者和決策者提供有價值的參考和指導。

1 無人機農田病蟲害檢測技術專利概述

1.1 專利總量與分布

圖1是作者在Incopat數據庫中導出來無人機農田病蟲害檢測技術專利近二十年來的整體申請數據。由圖1可以清晰地觀察到該領域的技術發展軌跡、創新活躍程度以及可能的趨勢變化，檢索截止時間為2024年5月31日。

從圖1我們可以觀察到自2005—2024年的申請趨勢。在這段時間內，專利申請量呈現出顯著的增長和波動。起初，在2005年，專利申請量相對較低，僅有35項。隨后幾年，申請量逐漸增加，顯示出該領域的研究和開發活動開始加速。到了2010年，專利申請量達到了309項，表明技術成熟度的提升和市場需求的增長。此后，專利申請量經歷了幾次高峰，特別是在2013年和2018年，分別達到了401項和413項，這充分反映了技術發展的關鍵時期和可能的市場推動因素。

通過進一步分析這一變化趨勢，我們可以看出無人機農田病蟲害檢測技術的創新活動在不斷增強。專利申請量的增長不僅代表了技術的進步，也反映了市場對于高效、精準農業技術的需求。特別是在2018年之后，專利申請量的顯著提升可能與全球對精準農業和智慧農業解決方案的日益關注有關。此外，這種增長也可能受到政策支持、技術突破以及農業領域對自動化和智能化不斷增長的需求所驅動。

最后，值得注意的是，2023年和2024年的專利申請量相較于前兩年有所回落，其原因主要在于專利公開周期為18個月，這導致2023年之后部分申請專利目前還未完全公開，數據存在一定的偏差，并不是專利申請量的波動。總體而言，無人機農田病蟲害檢測領域的專利申請量進入了一個相對穩定且較高的發展階段。

1.2 專利申請量國家和地區分布情況

我國以1691項專利申請量遙遙領先，顯示出其在無人機技術，尤其是農業應用方面的強烈研發動力和市場潛力。美國以425項專利申請量位居第二，作為科技創新的領先國家，這一數字同樣反映出美國在該領域的技術積累和創新能力。印度通過世界知識產權組織和歐洲專利局提交的專利申請也顯示出一定的研發活躍度，分別以216項和170項位列第三和第四。韓國、加拿大、日本、澳大利亞和巴西等國家的專利申請量雖然不及前兩位，但也顯示出這些國家在無人機農業應用領域的關注和投入。特別是日本和韓國，作為技術發達國家，它們在高精度農業技術方面的研發同樣不容小覷。其余國家和地區的專利申請量合計117項，表明無人機農田病蟲害檢測技術是一個全球性的技術創新領域，各國都在積極探索其應用潛力。

專利申請量的地域分布不僅揭示了各地區在無人機技術領域的研發活躍度，還暗示了不同市場對這項技術的潛在需求和接受程度。我國和美國作為最大的兩個申請國，可能已經擁有較為成熟的無人機農業應用市場，或者在政策和資金上給予了較大的支持，推動了相關技術的快速發展。印度的活躍申請量可能代表了其在農業現代化進程中對新技術的渴望和需求。此外，通過歐洲專利局和世界知識產權組織提交的專利申請表明，許多創新實體正在尋求跨國保護其技術，這可能與歐洲市場對高科技農業解決方案的需求增長有關。加拿大和澳大利亞的專利申請量也顯示了這些國家在精準農業和智慧農業方面的積極探索。

1.3 主要申請人類型

本文對2014—2024年無人機農田病蟲害檢測技術專利申請主體的類型作出解讀，主要包括企業、高校科研機構以及個人。如圖3所示。

圖3反映了不同申請人在該技術領域內專利申請的活躍度和趨勢。從圖中可以看出，企業申請人在專利申請中占據了主導地位，其申請量遠超過高校或科研機構以及其他類型的申請人。企業申請人的專利申請量在2014—2024年間呈現逐年增長的趨勢，這表明企業在推動無人機技術在農業領域應用的商業化和創新方面發揮了關鍵作用。相比之下，高校或科研機構的專利申請量也呈現出一定的增長，申請量始終保持在一定水平，顯示了科研力量在推動該領域技術進步中的重要作用。

通過進一步分析這些數據，我們可以推測企業申請人的高活躍度可能與其對市場需求的快速響應和商業利益的追求有關。企業通常擁有將技術創新快速轉化為商業產品的能力，是其在專利申請中占主導地位的原因之一。而高校或科研機構雖然在專利申請量上不及企業，但它們在基礎研究和技術開發方面發揮著不可或缺的作用，很多創新技術最初源自這些機構的研究。此外，其他類型的申請人包括個人，他們在專利申請中所占比例較小，但同樣為技術創新的多樣性和活躍度做出了貢獻。

從時間趨勢上看，所有類型的申請人在專利申請量上都有所增長，這表明無人機農田病蟲害檢測技術整體上是一個不斷發展和創新的領域。隨著技術的成熟和市場的認可，預計未來這一領域的專利申請量將繼續增長，特別是在企業申請人的推動下。這種增長趨勢也反映了無人機技術在農業領域的廣泛應用前景和潛在的經濟效益。

2 主要病蟲害檢測技術介紹

無人機農田病蟲害檢測技術是一個多學科交叉的領域，涉及航空、遙感、圖像處理、數據分析等多個技術構成。以下是該技術的主要構成部分：

飛行平臺技術：無人機本身作為飛行平臺，需要具備穩定的飛行性能和適應不同農業環境的能力。這包括無人機的設計、動力系統、飛行控制系統和穩定性。

遙感傳感器技術：無人機搭載的傳感器是病蟲害檢測的關鍵，包括多光譜傳感器、高分辨率攝像頭、紅外熱像儀等，用于收集農田的圖像和光譜數據。

圖像處理技術：收集到的圖像數據需要通過圖像處理技術進行分析，以識別和定位病蟲害。這包括圖像增強、特征提取、分類和識別算法。

導航與定位技術：無人機需要精確的導航和定位系統，如GPS或實時運動測量（RTK），以確保在農田中的精確飛行路徑和數據采集。

數據處理與存儲技術：大量的圖像和傳感器數據需要高效的處理和存儲解決方案，以便于后續分析和存檔。

通信技術：無人機與地面控制站之間的數據傳輸需要穩定可靠的通信鏈路，包括無線通信協議和數據加密技術。

無人機采用的遙感傳感器技術為檢測病蟲害的關鍵技術[3]，本節將選取幾種具有代表性的專利技術進行介紹，包括其工作原理、技術特點和應用場景。通過這些典型案例，可以更深入地理解無人機農田病蟲害檢測技術的實際應用和創新點。

2.1 彩色遙感傳感器

專利（申請號為：CN201301527319.5）涉及一種帶彩色水稻蟲害圖像識別儀消滅稻飛虱的無人機，將遙感到的水稻田中的彩色水稻蟲害圖像輸入彩色水稻蟲害圖像儲存系統儲存，接著輸入彩色水稻蟲害識別儀與儲存的稻飛虱蟲害標準圖像進行對比，及早識別稻飛虱的危害狀況。

2.2 多光譜成像技術

多光譜成像技術能夠捕捉植物在不同光譜波段下的反射特性，從而識別植物的健康狀況和病蟲害情況。專利（申請號：CN201611267053.5）涉及一種利用無人機攜帶多光譜光源進行植物生長監測的方法，能夠實現對農田區域的快速掃描和數據采集。

2.3 紅外熱成像技術

紅外熱成像技術通過檢測植物的熱輻射來評估其溫度分布，從而識別病蟲害造成的局部溫度變化。專利（申請號：CN201810089147.0）涉及一種基于無人機熱成像技術的作物病害監測方法，通過物體自身各部分對紅外熱輻射的差異把紅外輻射圖像轉換為可視圖像，根據病害侵染作物葉片時，葉片表面溫度會出現變化，從而判斷作物是否發生病害。

2.4 激光雷達技術

激光雷達技術通過發射激光脈沖并測量反射回來的時間來創建植物的三維模型，可用于評估作物密度和健康狀況。專利（CN202111393195.7）涉及一種農業物聯網應用服務監測平臺，設置激光雷達掃描單元，特征提取模塊提取當前激光雷達掃描單元掃描后的反饋特征，掃描信號計算模塊根據反饋特征實時計算當前掃描區域農作物的信號反饋值，邏輯判斷模塊用于判斷無人機當前飛行下方區域農作物受蟲害侵蝕程度。

3 未來發展趨勢預測

首先，隨著智慧農業的不斷推進，無人機技術將更加深入地融入農業生產的各個環節，其應用范圍和場景將不斷擴大。其次，技術創新將持續推動無人機檢測技術的精準度和效率，特別是在圖像處理、數據分析、飛行控制等關鍵技術領域，預計會出現更多突破性進展。此外，企業作為創新的主導力量，將繼續加大研發投入，推動技術成果的商業化和市場應用。同時，隨著全球對精準農業和智慧農業解決方案需求的增長，無人機檢測技術有望在國際市場上獲得更廣泛的認可和應用。最后，政策支持和資金投入的增加將進一步加速這一領域的發展，特別是在我國等研發活躍度較高的國家，無人機農田病蟲害檢測技術有望實現更快速的增長和更廣泛的應用。

綜上所述，無人機農田病蟲害檢測技術的未來發展前景廣闊，有望在提高農業生產效率和保障食品安全方面發揮更加關鍵的作用。

4 結語

本文從專利視角對無人機農田病蟲害檢測技術進行了全面分析，揭示了該技術領域的發展趨勢、主要創新點以及全球研發的地理分布。專利數據表明，無人機在農業病蟲害檢測方面的應用正迅速增長，尤其在中國市場表現突出。企業作為主要的創新主體，其活躍的專利申請反映了市場對無人機技術的高度需求和商業化潛力。

同時本文還指出，無人機技術在病蟲害檢測中的關鍵技術構成，正不斷進步并推動精準農業的發展。盡管存在技術挑戰和市場適應性問題，但專利分析結果表明，無人機農田病蟲害檢測技術前景廣闊，有望在未來農業生產中發揮更加重要的作用。

綜合專利分析，本論文提出建議，以促進技術進一步創新和優化專利布局，旨在加速無人機檢測技術的廣泛應用，提升農業生產效率，保障食品安全。通過對無人機農田病蟲害檢測技術的深入分析，本論文為相關領域的研究者、開發者和決策者提供了寶貴的參考和指導。

參考文獻

[1] 藺瑤，曾晏林，賀壹婷，等.一種改進的圖像拼接技術及其在無人機病蟲害檢測中的應用[J].云南師范大學學報（自然科學版），2023，43（1）：34-39.

[2] 閔南燕，鄧小明，胡小鹿，等.基于專利分析的農用無人機技術發展趨勢[J].農業工程，2021，11（1）：8-14.

[3] 李旭光.無人機遙感技術在農業病蟲害監測中的應用研究[J].河北農機，2024（2）：42-44.