專利視角下的無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)

摘要：隨著智慧農(nóng)業(yè)的興起，無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)田病蟲害檢測領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。本文從專利視角出發(fā)，對無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)進(jìn)行了全面分析。首先，概述了無人機(jī)在該領(lǐng)域的應(yīng)用背景和重要性，隨后系統(tǒng)地梳理了無人機(jī)病蟲害檢測技術(shù)的發(fā)展歷程和當(dāng)前的專利狀況。通過專利檢索和分析，識(shí)別了關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)發(fā)展趨勢以及主要的技術(shù)持有者。并且進(jìn)一步對無人機(jī)病蟲害檢測技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)和潛在的應(yīng)用場景進(jìn)行了探討，并基于專利分析結(jié)果，提出了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的建議和未來研究方向。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；農(nóng)田；病蟲害；檢測

農(nóng)業(yè)病蟲害是影響作物健康生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的病蟲害檢測方法存在效率低下、準(zhǔn)確性不足等問題，難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。近年來，無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為農(nóng)田病蟲害的監(jiān)測和管理提供了新的解決方案。無人機(jī)可以搭載高清攝像頭、多光譜傳感器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田的快速、大范圍監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲害問題，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供決策支持。

在這一背景下，無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)[1]成為研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。專利作為技術(shù)創(chuàng)新和市場競爭的重要指標(biāo)，對無人機(jī)病蟲害檢測技術(shù)的專利分析可以揭示該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及存在的挑戰(zhàn)[2]。本文通過專利檢索和分析方法，對無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)進(jìn)行了深入研究，旨在為該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和專利布局提供參考和指導(dǎo)。

首先，將統(tǒng)計(jì)和分析專利申請的總量，以揭示該領(lǐng)域的整體研發(fā)活躍度和技術(shù)成熟度。其次，將識(shí)別并分類主要的申請人類型，包括企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和個(gè)人等，以了解不同創(chuàng)新主體在該領(lǐng)域的參與程度和貢獻(xiàn)。同時(shí)，將探討專利申請量在不同國家和地區(qū)的分布情況，以反映該技術(shù)的全球研發(fā)態(tài)勢和地域特色。此外，將深入分析病蟲害檢測技術(shù)的構(gòu)成，包括圖像處理、數(shù)據(jù)分析、飛行控制等關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合具體專利案例，詳細(xì)介紹幾種典型的病蟲害檢測技術(shù)，以展示這些技術(shù)的工作原理和應(yīng)用場景。最后，基于專利數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，本文提出促進(jìn)技術(shù)發(fā)展和優(yōu)化專利布局的策略建議。這些建議旨在推動(dòng)無人機(jī)病蟲害檢測技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新，加速其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和作物產(chǎn)量，保障食品安全。通過對無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)的專利分析，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究者、開發(fā)者和決策者提供有價(jià)值的參考和指導(dǎo)。

1 無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)專利概述

1.1 專利總量與分布

圖1是作者在Incopat數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出來無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)專利近二十年來的整體申請數(shù)據(jù)。由圖1可以清晰地觀察到該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展軌跡、創(chuàng)新活躍程度以及可能的趨勢變化，檢索截止時(shí)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(shí)間內(nèi)，專利申請量呈現(xiàn)出顯著的增長和波動(dòng)。起初，在2005年，專利申請量相對較低，僅有35項(xiàng)。隨后幾年，申請量逐漸增加，顯示出該領(lǐng)域的研究和開發(fā)活動(dòng)開始加速。到了2010年，專利申請量達(dá)到了309項(xiàng)，表明技術(shù)成熟度的提升和市場需求的增長。此后，專利申請量經(jīng)歷了幾次高峰，特別是在2013年和2018年，分別達(dá)到了401項(xiàng)和413項(xiàng)，這充分反映了技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期和可能的市場推動(dòng)因素。

通過進(jìn)一步分析這一變化趨勢，我們可以看出無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)的創(chuàng)新活動(dòng)在不斷增強(qiáng)。專利申請量的增長不僅代表了技術(shù)的進(jìn)步，也反映了市場對于高效、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)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?qū)珳?zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)解決方案的日益關(guān)注有關(guān)。此外，這種增長也可能受到政策支持、技術(shù)突破以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化和智能化不斷增長的需求所驅(qū)動(dòng)。

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(gè)月，這導(dǎo)致2023年之后部分申請專利目前還未完全公開，數(shù)據(jù)存在一定的偏差，并不是專利申請量的波動(dòng)?？傮w而言，無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測領(lǐng)域的專利申請量進(jìn)入了一個(gè)相對穩(wěn)定且較高的發(fā)展階段。

1.2 專利申請量國家和地區(qū)分布情況

我國以1691項(xiàng)專利申請量遙遙領(lǐng)先，顯示出其在無人機(jī)技術(shù)，尤其是農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面的強(qiáng)烈研發(fā)動(dòng)力和市場潛力。美國以425項(xiàng)專利申請量位居第二，作為科技創(chuàng)新的領(lǐng)先國家，這一數(shù)字同樣反映出美國在該領(lǐng)域的技術(shù)積累和創(chuàng)新能力。印度通過世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織和歐洲專利局提交的專利申請也顯示出一定的研發(fā)活躍度，分別以216項(xiàng)和170項(xiàng)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(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注和投入。特別是日本和韓國，作為技術(shù)發(fā)達(dá)國家，它們在高精度農(nóng)業(yè)技術(shù)方面的研發(fā)同樣不容小覷。其余國家和地區(qū)的專利申請量合計(jì)117項(xiàng)，表明無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)是一個(gè)全球性的技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域，各國都在積極探索其應(yīng)用潛力。

專利申請量的地域分布不僅揭示了各地區(qū)在無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)活躍度，還暗示了不同市場對這項(xiàng)技術(shù)的潛在需求和接受程度。我國和美國作為最大的兩個(gè)申請國，可能已經(jīng)擁有較為成熟的無人機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用市場，或者在政策和資金上給予了較大的支持，推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展。印度的活躍申請量可能代表了其在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中對新技術(shù)的渴望和需求。此外，通過歐洲專利局和世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織提交的專利申請表明，許多創(chuàng)新實(shí)體正在尋求跨國保護(hù)其技術(shù)，這可能與歐洲市場對高科技農(nóng)業(yè)解決方案的需求增長有關(guān)。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(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)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(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)專利申請主體的類型作出解讀，主要包括企業(yè)、高?？蒲袡C(jī)構(gòu)以及個(gè)人。如圖3所示。

圖3反映了不同申請人在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)專利申請的活躍度和趨勢。從圖中可以看出，企業(yè)申請人在專利申請中占據(jù)了主導(dǎo)地位，其申請量遠(yuǎn)超過高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)以及其他類型的申請人。企業(yè)申請人的專利申請量在2014—2024年間呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，這表明企業(yè)在推動(dòng)無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的商業(yè)化和創(chuàng)新方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。相比之下，高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)的專利申請量也呈現(xiàn)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(dòng)該領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步中的重要作用。

通過進(jìn)一步分析這些數(shù)據(jù)，我們可以推測企業(yè)申請人的高活躍度可能與其對市場需求的快速響應(yīng)和商業(yè)利益的追求有關(guān)。企業(yè)通常擁有將技術(shù)創(chuàng)新快速轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品的能力，是其在專利申請中占主導(dǎo)地位的原因之一。而高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)雖然在專利申請量上不及企業(yè)，但它們在基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)方面發(fā)揮著不可或缺的作用，很多創(chuàng)新技術(shù)最初源自這些機(jī)構(gòu)的研究。此外，其他類型的申請人包括個(gè)人，他們在專利申請中所占比例較小，但同樣為技術(shù)創(chuàng)新的多樣性和活躍度做出了貢獻(xiàn)。

從時(shí)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(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)整體上是一個(gè)不斷發(fā)展和創(chuàng)新的領(lǐng)域。隨著技術(shù)的成熟和市場的認(rèn)可，預(yù)計(jì)未來這一領(lǐng)域的專利申請量將繼續(xù)增長，特別是在企業(yè)申請人的推動(dòng)下。這種增長趨勢也反映了無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景和潛在的經(jīng)濟(jì)效益。

2 主要病蟲害檢測技術(shù)介紹

無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，涉及航空、遙感、圖像處理、數(shù)據(jù)分析等多個(gè)技術(shù)構(gòu)成。以下是該技術(shù)的主要構(gòu)成部分：

飛行平臺(tái)技術(shù)：無人機(jī)本身作為飛行平臺(tái)，需要具備穩(wěn)定的飛行性能和適應(yīng)不同農(nóng)業(yè)環(huán)境的能力。這包括無人機(jī)的設(shè)計(jì)、動(dòng)力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)和穩(wěn)定性。

遙感傳感器技術(shù)：無人機(jī)搭載的傳感器是病蟲害檢測的關(guān)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(nóng)田的圖像和光譜數(shù)據(jù)。

圖像處理技術(shù)：收集到的圖像數(shù)據(jù)需要通過圖像處理技術(shù)進(jìn)行分析，以識(shí)別和定位病蟲害。這包括圖像增強(qiáng)、特征提取、分類和識(shí)別算法。

導(dǎo)航與定位技術(shù)：無人機(jī)需要精確的導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，如GPS或?qū)崟r(shí)運(yùn)動(dòng)測量（RTK），以確保在農(nóng)田中的精確飛行路徑和數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)技術(shù)：大量的圖像和傳感器數(shù)據(jù)需要高效的處理和存儲(chǔ)解決方案，以便于后續(xù)分析和存檔。

通信技術(shù)：無人機(jī)與地面控制站之間的數(shù)據(jù)傳輸需要穩(wěn)定可靠的通信鏈路，包括無線通信協(xié)議和數(shù)據(jù)加密技術(shù)。

無人機(jī)采用的遙感傳感器技術(shù)為檢測病蟲害的關(guān)鍵技術(shù)[3]，本節(jié)將選取幾種具有代表性的專利技術(shù)進(jìn)行介紹，包括其工作原理、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用場景。通過這些典型案例，可以更深入地理解無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和創(chuàng)新點(diǎn)。

2.1 彩色遙感傳感器

專利（申請?zhí)枮椋篊N201301527319.5）涉及一種帶彩色水稻蟲害圖像識(shí)別儀消滅稻飛虱的無人機(jī)，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(chǔ)存系統(tǒng)儲(chǔ)存，接著輸入彩色水稻蟲害識(shí)別儀與儲(chǔ)存的稻飛虱蟲害標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比，及早識(shí)別稻飛虱的危害狀況。

2.2 多光譜成像技術(shù)

多光譜成像技術(shù)能夠捕捉植物在不同光譜波段下的反射特性，從而識(shí)別植物的健康狀況和病蟲害情況。專利（申請?zhí)枺篊N201611267053.5）涉及一種利用無人機(jī)攜帶多光譜光源進(jìn)行植物生長監(jiān)測的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)田區(qū)域的快速掃描和數(shù)據(jù)采集。

2.3 紅外熱成像技術(shù)

紅外熱成像技術(shù)通過檢測植物的熱輻射來評估其溫度分布，從而識(shí)別病蟲害造成的局部溫度變化。專利（申請?zhí)枺篊N201810089147.0）涉及一種基于無人機(jī)熱成像技術(shù)的作物病害監(jiān)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(zhuǎn)換為可視圖像，根據(jù)病害侵染作物葉片時(shí)，葉片表面溫度會(huì)出現(xiàn)變化，從而判斷作物是否發(fā)生病害。

2.4 激光雷達(dá)技術(shù)

激光雷達(dá)技術(shù)通過發(fā)射激光脈沖并測量反射回來的時(shí)間來創(chuàng)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(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)監(jiān)測平臺(tái)，設(shè)置激光雷達(dá)掃描單元，特征提取模塊提取當(dāng)前激光雷達(dá)掃描單元掃描后的反饋特征，掃描信號(hào)計(jì)算模塊根據(jù)反饋特征實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前掃描區(qū)域農(nóng)作物的信號(hào)反饋值，邏輯判斷模塊用于判斷無人機(jī)當(dāng)前飛行下方區(qū)域農(nóng)作物受蟲害侵蝕程度。

3 未來發(fā)展趨勢預(yù)測

首先，隨著智慧農(nóng)業(yè)的不斷推進(jìn)，無人機(jī)技術(shù)將更加深入地融入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，其應(yīng)用范圍和場景將不斷擴(kuò)大。其次，技術(shù)創(chuàng)新將持續(xù)推動(dòng)無人機(jī)檢測技術(shù)的精準(zhǔn)度和效率，特別是在圖像處理、數(shù)據(jù)分析、飛行控制等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)更多突破性進(jìn)展。此外，企業(yè)作為創(chuàng)新的主導(dǎo)力量，將繼續(xù)加大研發(fā)投入，推動(dòng)技術(shù)成果的商業(yè)化和市場應(yīng)用。同時(shí)，隨著全球?qū)珳?zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)解決方案需求的增長，無人機(jī)檢測技術(shù)有望在國際市場上獲得更廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。最后，政策支持和資金投入的增加將進(jìn)一步加速這一領(lǐng)域的發(fā)展，特別是在我國等研發(fā)活躍度較高的國家，無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更快速的增長和更廣泛的應(yīng)用。

綜上所述，無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)的未來發(fā)展前景廣闊，有望在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和保障食品安全方面發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。

4 結(jié)語

本文從專利視角對無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)進(jìn)行了全面分析，揭示了該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)以及全球研發(fā)的地理分布。專利數(shù)據(jù)表明，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)病蟲害檢測方面的應(yīng)用正迅速增長，尤其在中國市場表現(xiàn)突出。企業(yè)作為主要的創(chuàng)新主體，其活躍的專利申請反映了市場對無人機(jī)技術(shù)的高度需求和商業(yè)化潛力。

同時(shí)本文還指出，無人機(jī)技術(shù)在病蟲害檢測中的關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成，正不斷進(jìn)步并推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。盡管存在技術(shù)挑戰(zhàn)和市場適應(yīng)性問題，但專利分析結(jié)果表明，無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)前景廣闊，有望在未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更加重要的作用。

綜合專利分析，本論文提出建議，以促進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步創(chuàng)新和優(yōu)化專利布局，旨在加速無人機(jī)檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，保障食品安全。通過對無人機(jī)農(nóng)田病蟲害檢測技術(shù)的深入分析，本論文為相關(guān)領(lǐng)域的研究者、開發(fā)者和決策者提供了寶貴的參考和指導(dǎo)。

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