专利视角下的无人机农田病虫害检测技术

摘要：随着智慧农业的兴起，无人机技术在农田病虫害检测领域的应用日益广泛。本文从专利视角出发，对无人机农田病虫害检测技术进行了全面分析。首先，概述了无人机在该领域的应用背景和重要性，随后系统地梳理了无人机病虫害检测技术的发展历程和当前的专利状况。通过专利检索和分析，识别了关键技术、技术发展趋势以及主要的技术持有者。并且进一步对无人机病虫害检测技术的创新点和潜在的应用场景进行了探讨，并基于专利分析结果，提出了该领域技术发展的建议和未来研究方向。

关键词：无人机；农田；病虫害；检测

农业病虫害是影响作物健康生长和农业生产效率的关键因素。传统的病虫害检测方法存在效率低下、准确性不足等问题，难以满足现代农业生产的需求。近年来，无人机技术的快速发展为农田病虫害的监测和管理提供了新的解决方案。无人机可以搭载高清摄像头、多光谱传感器等设备，实现对农田的快速、大范围监测，及时发现病虫害问题，为农业生产者提供决策支持。

在这一背景下，无人机农田病虫害检测技术[1]成为研究和开发的热点。专利作为技术创新和市场竞争的重要指标，对无人机病虫害检测技术的专利分析可以揭示该领域的技术发展现状、趋势以及存在的挑战[2]。本文通过专利检索和分析方法，对无人机农田病虫害检测技术进行了深入研究，旨在为该领域的技术发展和专利布局提供参考和指导。

首先，将统计和分析专利申请的总量，以揭示该领域的整体研发活跃度和技术成熟度。其次，将识别并分类主要的申请人类型，包括企业、研究机构和个人等，以了解不同创新主体在该领域的参与程度和贡献。同时，将探讨专利申请量在不同国家和地区的分布情况，以反映该技术的全球研发态势和地域特色。此外，将深入分析病虫害检测技术的构成，包括图像处理、数据分析、飞行控制等关键技术，并结合具体专利案例，详细介绍几种典型的病虫害检测技术，以展示这些技术的工作原理和应用场景。最后，基于专利数据的分析结果，本文提出促进技术发展和优化专利布局的策略建议。这些建议旨在推动无人机病虫害检测技术的进一步创新，加速其在农业生产中的广泛应用，从而提高农业生产效率和作物产量，保障食品安全。通过对无人机农田病虫害检测技术的专利分析，以期为相关领域的研究者、开发者和决策者提供有价值的参考和指导。

1 无人机农田病虫害检测技术专利概述

1.1 专利总量与分布

图1是作者在Incopat数据库中导出来无人机农田病虫害检测技术专利近二十年来的整体申请数据。由图1可以清晰地观察到该领域的技术发展轨迹、创新活跃程度以及可能的趋势变化，检索截止时间为2024年5月31日。

从图1我们可以观察到自2005—2024年的申请趋势。在这段时间内，专利申请量呈现出显著的增长和波动。起初，在2005年，专利申请量相对较低，仅有35项。随后几年，申请量逐渐增加，显示出该领域的研究和开发活动开始加速。到了2010年，专利申请量达到了309项，表明技术成熟度的提升和市场需求的增长。此后，专利申请量经历了几次高峰，特别是在2013年和2018年，分别达到了401项和413项，这充分反映了技术发展的关键时期和可能的市场推动因素。

通过进一步分析这一变化趋势，我们可以看出无人机农田病虫害检测技术的创新活动在不断增强。专利申请量的增长不仅代表了技术的进步，也反映了市场对于高效、精准农业技术的需求。特别是在2018年之后，专利申请量的显著提升可能与全球对精准农业和智慧农业解决方案的日益关注有关。此外，这种增长也可能受到政策支持、技术突破以及农业领域对自动化和智能化不断增长的需求所驱动。

最后，值得注意的是，2023年和2024年的专利申请量相较于前两年有所回落，其原因主要在于专利公开周期为18个月，这导致2023年之后部分申请专利目前还未完全公开，数据存在一定的偏差，并不是专利申请量的波动。总体而言，无人机农田病虫害检测领域的专利申请量进入了一个相对稳定且较高的发展阶段。

1.2 专利申请量国家和地区分布情况

我国以1691项专利申请量遥遥领先，显示出其在无人机技术，尤其是农业应用方面的强烈研发动力和市场潜力。美国以425项专利申请量位居第二，作为科技创新的领先国家，这一数字同样反映出美国在该领域的技术积累和创新能力。印度通过世界知识产权组织和欧洲专利局提交的专利申请也显示出一定的研发活跃度，分别以216项和170项位列第三和第四。韩国、加拿大、日本、澳大利亚和巴西等国家的专利申请量虽然不及前两位，但也显示出这些国家在无人机农业应用领域的关注和投入。特别是日本和韩国，作为技术发达国家，它们在高精度农业技术方面的研发同样不容小觑。其余国家和地区的专利申请量合计117项，表明无人机农田病虫害检测技术是一个全球性的技术创新领域，各国都在积极探索其应用潜力。

专利申请量的地域分布不仅揭示了各地区在无人机技术领域的研发活跃度，还暗示了不同市场对这项技术的潜在需求和接受程度。我国和美国作为最大的两个申请国，可能已经拥有较为成熟的无人机农业应用市场，或者在政策和资金上给予了较大的支持，推动了相关技术的快速发展。印度的活跃申请量可能代表了其在农业现代化进程中对新技术的渴望和需求。此外，通过欧洲专利局和世界知识产权组织提交的专利申请表明，许多创新实体正在寻求跨国保护其技术，这可能与欧洲市场对高科技农业解决方案的需求增长有关。加拿大和澳大利亚的专利申请量也显示了这些国家在精准农业和智慧农业方面的积极探索。

1.3 主要申请人类型

本文对2014—2024年无人机农田病虫害检测技术专利申请主体的类型作出解读，主要包括企业、高校科研机构以及个人。如图3所示。

图3反映了不同申请人在该技术领域内专利申请的活跃度和趋势。从图中可以看出，企业申请人在专利申请中占据了主导地位，其申请量远超过高校或科研机构以及其他类型的申请人。企业申请人的专利申请量在2014—2024年间呈现逐年增长的趋势，这表明企业在推动无人机技术在农业领域应用的商业化和创新方面发挥了关键作用。相比之下，高校或科研机构的专利申请量也呈现出一定的增长，申请量始终保持在一定水平，显示了科研力量在推动该领域技术进步中的重要作用。

通过进一步分析这些数据，我们可以推测企业申请人的高活跃度可能与其对市场需求的快速响应和商业利益的追求有关。企业通常拥有将技术创新快速转化为商业产品的能力，是其在专利申请中占主导地位的原因之一。而高校或科研机构虽然在专利申请量上不及企业，但它们在基础研究和技术开发方面发挥着不可或缺的作用，很多创新技术最初源自这些机构的研究。此外，其他类型的申请人包括个人，他们在专利申请中所占比例较小，但同样为技术创新的多样性和活跃度做出了贡献。

从时间趋势上看，所有类型的申请人在专利申请量上都有所增长，这表明无人机农田病虫害检测技术整体上是一个不断发展和创新的领域。随着技术的成熟和市场的认可，预计未来这一领域的专利申请量将继续增长，特别是在企业申请人的推动下。这种增长趋势也反映了无人机技术在农业领域的广泛应用前景和潜在的经济效益。

2 主要病虫害检测技术介绍

无人机农田病虫害检测技术是一个多学科交叉的领域，涉及航空、遥感、图像处理、数据分析等多个技术构成。以下是该技术的主要构成部分：

飞行平台技术：无人机本身作为飞行平台，需要具备稳定的飞行性能和适应不同农业环境的能力。这包括无人机的设计、动力系统、飞行控制系统和稳定性。

遥感传感器技术：无人机搭载的传感器是病虫害检测的关键，包括多光谱传感器、高分辨率摄像头、红外热像仪等，用于收集农田的图像和光谱数据。

图像处理技术：收集到的图像数据需要通过图像处理技术进行分析，以识别和定位病虫害。这包括图像增强、特征提取、分类和识别算法。

导航与定位技术：无人机需要精确的导航和定位系统，如GPS或实时运动测量（RTK），以确保在农田中的精确飞行路径和数据采集。

数据处理与存储技术：大量的图像和传感器数据需要高效的处理和存储解决方案，以便于后续分析和存档。

通信技术：无人机与地面控制站之间的数据传输需要稳定可靠的通信链路，包括无线通信协议和数据加密技术。

无人机采用的遥感传感器技术为检测病虫害的关键技术[3]，本节将选取几种具有代表性的专利技术进行介绍，包括其工作原理、技术特点和应用场景。通过这些典型案例，可以更深入地理解无人机农田病虫害检测技术的实际应用和创新点。

2.1 彩色遥感传感器

专利（申请号为：CN201301527319.5）涉及一种带彩色水稻虫害图像识别仪消灭稻飞虱的无人机，将遥感到的水稻田中的彩色水稻虫害图像输入彩色水稻虫害图像储存系统储存，接着输入彩色水稻虫害识别仪与储存的稻飞虱虫害标准图像进行对比，及早识别稻飞虱的危害状况。

2.2 多光谱成像技术

多光谱成像技术能够捕捉植物在不同光谱波段下的反射特性，从而识别植物的健康状况和病虫害情况。专利（申请号：CN201611267053.5）涉及一种利用无人机携带多光谱光源进行植物生长监测的方法，能够实现对农田区域的快速扫描和数据采集。

2.3 红外热成像技术

红外热成像技术通过检测植物的热辐射来评估其温度分布，从而识别病虫害造成的局部温度变化。专利（申请号：CN201810089147.0）涉及一种基于无人机热成像技术的作物病害监测方法，通过物体自身各部分对红外热辐射的差异把红外辐射图像转换为可视图像，根据病害侵染作物叶片时，叶片表面温度会出现变化，从而判断作物是否发生病害。

2.4 激光雷达技术

激光雷达技术通过发射激光脉冲并测量反射回来的时间来创建植物的三维模型，可用于评估作物密度和健康状况。专利（CN202111393195.7）涉及一种农业物联网应用服务监测平台，设置激光雷达扫描单元，特征提取模块提取当前激光雷达扫描单元扫描后的反馈特征，扫描信号计算模块根据反馈特征实时计算当前扫描区域农作物的信号反馈值，逻辑判断模块用于判断无人机当前飞行下方区域农作物受虫害侵蚀程度。

3 未来发展趋势预测

首先，随着智慧农业的不断推进，无人机技术将更加深入地融入农业生产的各个环节，其应用范围和场景将不断扩大。其次，技术创新将持续推动无人机检测技术的精准度和效率，特别是在图像处理、数据分析、飞行控制等关键技术领域，预计会出现更多突破性进展。此外，企业作为创新的主导力量，将继续加大研发投入，推动技术成果的商业化和市场应用。同时，随着全球对精准农业和智慧农业解决方案需求的增长，无人机检测技术有望在国际市场上获得更广泛的认可和应用。最后，政策支持和资金投入的增加将进一步加速这一领域的发展，特别是在我国等研发活跃度较高的国家，无人机农田病虫害检测技术有望实现更快速的增长和更广泛的应用。

综上所述，无人机农田病虫害检测技术的未来发展前景广阔，有望在提高农业生产效率和保障食品安全方面发挥更加关键的作用。

4 结语

本文从专利视角对无人机农田病虫害检测技术进行了全面分析，揭示了该技术领域的发展趋势、主要创新点以及全球研发的地理分布。专利数据表明，无人机在农业病虫害检测方面的应用正迅速增长，尤其在中国市场表现突出。企业作为主要的创新主体，其活跃的专利申请反映了市场对无人机技术的高度需求和商业化潜力。

同时本文还指出，无人机技术在病虫害检测中的关键技术构成，正不断进步并推动精准农业的发展。尽管存在技术挑战和市场适应性问题，但专利分析结果表明，无人机农田病虫害检测技术前景广阔，有望在未来农业生产中发挥更加重要的作用。

综合专利分析，本论文提出建议，以促进技术进一步创新和优化专利布局，旨在加速无人机检测技术的广泛应用，提升农业生产效率，保障食品安全。通过对无人机农田病虫害检测技术的深入分析，本论文为相关领域的研究者、开发者和决策者提供了宝贵的参考和指导。

参考文献

[1] 蔺瑶，曾晏林，贺壹婷，等.一种改进的图像拼接技术及其在无人机病虫害检测中的应用[J].云南师范大学学报（自然科学版），2023，43（1）：34-39.

[2] 闵南燕，邓小明，胡小鹿，等.基于专利分析的农用无人机技术发展趋势[J].农业工程，2021，11（1）：8-14.

[3] 李旭光.无人机遥感技术在农业病虫害监测中的应用研究[J].河北农机，2024（2）：42-44.