引言
物聯網(The Internet of Things)的產生和發展是繼計算機、互聯網和移動通信之后的新一輪信息技術革命，它是新一代信息技術的重要組成部分。其定義為通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。業內專家認為，物聯網的發展一方面可以提高經濟效益，大大節約成本;另一方面可以為全球經濟的復蘇提供技術動力。目前，美國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯網。中國也正在高度關注、重視物聯網的研究。工業和信息化部會同有關部門，正在新一代信息技術方面開展研究，以形成支持新一代信息技術發展的政策措施。
本文擬從專利技術視角，運用專利情報分析方法，從申請趨勢、技術領域、區域分布、競爭機構、核心技術等方面分析中、美兩國物聯網的發展概況，比較兩國存在的研究差異，判斷目前兩國所處的技術發展階段，預測物聯網技術未來在中美兩國的發展方向和趨勢，以期為中國物聯網的研究和發展提供信息參考。
1 分析方法與數據來源
1. 1 分析方法
專利情報分析是指對來自專利說明書和專利公報中大量的、個別的專利信息進行加工及組合，并利用統計方法或技術手段使這些信息具有縱覽全局及預測的功能，并且通過分析將原始的專利信息從量變到質變，使它們由普通的信息上升為有價值的情報。本文針對物聯網的技術特點及中美兩國的實際情況，從物聯網相關專利的申請總量和專利的分布情況等幾個方面展開分析，采用的專利情報分析方法主要包括:申請趨勢分析、技術成長曲線分析、技術主題分析、重點技術領域分析、重要研究機構分析等。
1. 2 數據來源
根據上海市知識產權信息平臺物聯網專題數據庫給出的提示和相關文獻的檢索，確定本研究的檢索關鍵詞為:物聯網、電子標簽、射頻識別、二維碼、無線通信、全球定位、傳感器、IPV6。按小類確定專利分類號，如表1所示，確保最大范圍地包含該產業發明創造所涉及到的領域，同時剔除不涉及的領域，提高檢索的準確度。將關鍵詞和分類號邏輯與結合構建檢索式，分別在中國國家知識產權局(SIPO)專利數據庫和美國專利商標局(USPTO)專利數據庫檢索獲得兩國的專利信息數據。檢索的結果為:SIPO中物聯網專利共32629件;USPTO中物聯網專利共46809件。
表1 按小類確定的專利分類號
2 中美兩國物聯網專利情報對比分析
物聯網的實踐最早可以追溯到1990年施樂公司的網絡可樂販售機，而物聯網(the Internet of Things)這個概念是1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在美國召開的移動計算和網絡國際會議首先提出。美國作為物聯網概念提出以及應用實踐最早的國家，對于物聯網的研究、發展和應用非常的重視。現任美國總統奧巴馬在2009年上臺后明確提出“物聯網經濟促進論”，將基于傳感網的“智慧地球”計劃上升至國家戰略。此外，美國還在全球推行EPC標準體系，力圖主導全球物聯網的發展，確保美國在國際上的信息控制地位。
中國早在1999年就啟動了物聯網核心傳感網技術研究，研發水平處于世界前列。2009年8月，溫家寶總理視察無錫新區時提出“感知中國”中心戰略。其后，物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一，寫入“政府工作報告”，物聯網在中國受到了全社會極大的關注。對中國來說，物聯網的發展不僅有助于中國工業化和信息化的融合，也有助于中國搶占信息產業第三次浪潮的制高點。
2.1 專利申請趨勢和成長曲線分析
中美兩國歷年來物聯網相關專利申請量的變化情況如圖1所示。作為最早產生物聯網概念的國家，美國由1970年Load Cushion的申請開啟了物聯網技術發展之路。經過22年的緩慢增長，1993年其年申請量突破百件。從2001年開始，也就是“智慧地球”國家戰略化兩年后，物聯網相關技術專利的申請在美國呈現出爆炸性的發展，每年的申請量都在千件以上，2008年更是達到了峰值5603件，之后出現了一定的回落，但仍保持在每年2000件以上。
另一方面，中國從1985年開始就有了物聯網相關專利的申請。發展的勢頭基本上落后美國約3~5年，2001-2005年為高速發展期，2006-2010年穩中有升，表現出良好的成長性。2011年專利申請量有所回落，很重要的一個原因是專利申請公開的滯后性，即2010年申請的專利至公開需要一段審查時間。
圖1 中美兩國物聯網技術專利申請曲線
“技術生命周期理論”認為技術的成長經歷四個階段:萌芽期、成長期、成熟期、飽和期。整個周期以圖形表示就像S型曲線，如同人類的生命周期，因此又被稱為“成長曲線”。本文根據中美兩國物聯網相關專利歷年的申請量，運用Logistic Curve Model預測模擬中美兩國物聯網技術發展的成長曲線。選擇LogletLab2軟件計算Logistic增長模式，采用的模型公式為:
其中，P(t)為專利累積數;α代表S曲線斜率，即技術成長率;β代表成長曲線中轉折點的時間點;k則代表成長的飽和水平，并定義[k×10%，k×90%]為成長區間，也就是成長期轉為成熟期所需的時間。
圖2 物聯網技術Logistic成長曲線
得到中美兩國物聯網技術發展的成長曲線，如圖2所示。可以看出，雖然物聯網技術在中美兩國經歷的發展時間大不相同，但目前均處于相同的發展階段-成熟期。相比較而言美國的物聯網專利技術已經接近飽和期，而中國還處于成熟期的正中，還有相當的改進和發展的空間。從預測的情況來看物聯網技術在中國的發展將在2015年左右進入飽和期，比美國晚3年左右。最終中美兩國的物聯網相關專利量將分別達到4．7萬件和5．4萬件左右。也就是說，對于中國，物聯網技術的發展留給我們的時間相當緊迫，但是發展空間還是十分巨大的。
2.2 專利技術領域分布分析
按照IPC大類對中美兩國的物聯網專利進行統計分析可以了解兩國專利技術主題申請情況。如圖3所示，無論中國還是美國，物聯網專利研究重點都集中在G部(物理)和H部(電學)，相關專利都占到了各自全部專利的90%以上。顯然，目前物聯網的技術原理研究(G部)及其在電學方面的應用研究(H部)是兩大主要研究內容，在生活需要、作業運輸、固定物建筑等領域的相關研究應用還未深入展開。對比兩國的具體情況發現，中國更偏重于電學應用方面的研究，而美國的專利則更集中在工作原理方面。
圖3 物聯網專利IPC按大類分
詳細分析兩國在各自側重技術主題中的具體信息發現，中國在基本電氣元件和電通信技術領域申請了大量的專利，其申請量占了該部的86%，集中在通信、數字信息傳輸、半導體器件、傳輸、電話通信和直接將化學能轉為電池這幾個方面(圖4(a));而美國在物聯網工作原理方面申請的專利集中在G01(測量、測試)、G06(計算、推算、計數)、G08(信號裝置)三個領域，申請量占了該部的94%，其中信號裝置、無線電定向、電數字數據處理、測量距離、數據識別五大領域的專利申請突破千件(圖4(b))。顯然，美國作為物聯網的產生和最早應用的國家在底層技術方面擁有非常大的專利優勢，比如物聯網使用傳感器和RFID設備芯片結構等基礎硬件技術。而中國申請涉及的技術主題則多是使用底層芯片進行數據的讀取和存儲等物聯網設備的二次開發。這一方面是因為作為物聯網產業的后進國家，國內更側重物聯網應用的研發;另一方面也反映出中國芯片設計制造能力較薄弱的現狀，需要引起足夠的重視并加以改進。
圖4 物聯網技術研究重點
2.3 專利地區分布分析
2.3.1 各國在華申請專利統計分析。
目前在中國物聯網相關專利共申請32629件，其中發明專利申請17726件，發明授權6247件，實用新型8462件，外觀設計194件，發明專利略低于實用新型專利，但高于中國國內累計授權專利中，發明專利數量只占實用新型專利42%，說明物聯網技術在中國屬于源頭創新的新科技。
從申請(專利權)人的國別看，共有55個國家和地區在中國申請專利，說明各國都很重視中國市場，通過專利申請實現各自在中國市場上的專利戰略部署。圖5列出了申請量100件以上的國家和地區。其中，國內的申請量為20771件，占64%，表現出一定的“本國優勢”。作為物聯網技術較為發達的國家，日本、美國、韓國分別以4424、2626、1959件專利申請位列第二、三、四位，并且這三個國家都是與中國貿易關系非常緊密的國家。緊隨其后的是歐洲的發達國家，如果將歐盟作為一個整體，那么其在華專利申請量甚至還要超過美國，也反映出了歐盟對于物聯網領域和中國市場的重視。
圖5 在中國申請量超百件的國家和地區
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