引言
物联网(The Internet of Things)的产生和发展是继计算机、互联网和移动通信之后的新一轮信息技术革命，它是新一代信息技术的重要组成部分。其定义为通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。业内专家认为，物联网的发展一方面可以提高经济效益，大大节约成本;另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。中国也正在高度关注、重视物联网的研究。工业和信息化部会同有关部门，正在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。
本文拟从专利技术视角，运用专利情报分析方法，从申请趋势、技术领域、区域分布、竞争机构、核心技术等方面分析中、美两国物联网的发展概况，比较两国存在的研究差异，判断目前两国所处的技术发展阶段，预测物联网技术未来在中美两国的发展方向和趋势，以期为中国物联网的研究和发展提供信息参考。
1 分析方法与数据来源
1. 1 分析方法
专利情报分析是指对来自专利说明书和专利公报中大量的、个别的专利信息进行加工及组合，并利用统计方法或技术手段使这些信息具有纵览全局及预测的功能，并且通过分析将原始的专利信息从量变到质变，使它们由普通的信息上升为有价值的情报。本文针对物联网的技术特点及中美两国的实际情况，从物联网相关专利的申请总量和专利的分布情况等几个方面展开分析，采用的专利情报分析方法主要包括:申请趋势分析、技术成长曲线分析、技术主题分析、重点技术领域分析、重要研究机构分析等。
1. 2 数据来源
根据上海市知识产权信息平台物联网专题数据库给出的提示和相关文献的检索，确定本研究的检索关键词为:物联网、电子标签、射频识别、二维码、无线通信、全球定位、传感器、IPV6。按小类确定专利分类号，如表1所示，确保最大范围地包含该产业发明创造所涉及到的领域，同时剔除不涉及的领域，提高检索的准确度。将关键词和分类号逻辑与结合构建检索式，分别在中国国家知识产权局(SIPO)专利数据库和美国专利商标局(USPTO)专利数据库检索获得两国的专利信息数据。检索的结果为:SIPO中物联网专利共32629件;USPTO中物联网专利共46809件。
表1 按小类确定的专利分类号
2 中美两国物联网专利情报对比分析
物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机，而物联网(the Internet of Things)这个概念是1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出。美国作为物联网概念提出以及应用实践最早的国家，对于物联网的研究、发展和应用非常的重视。现任美国总统奥巴马在2009年上台后明确提出“物联网经济促进论”，将基于传感网的“智慧地球”计划上升至国家战略。此外，美国还在全球推行EPC标准体系，力图主导全球物联网的发展，确保美国在国际上的信息控制地位。
中国早在1999年就启动了物联网核心传感网技术研究，研发水平处于世界前列。2009年8月，温家宝总理视察无锡新区时提出“感知中国”中心战略。其后，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注。对中国来说，物联网的发展不仅有助于中国工业化和信息化的融合，也有助于中国抢占信息产业第三次浪潮的制高点。
2.1 专利申请趋势和成长曲线分析
中美两国历年来物联网相关专利申请量的变化情况如图1所示。作为最早产生物联网概念的国家，美国由1970年Load Cushion的申请开启了物联网技术发展之路。经过22年的缓慢增长，1993年其年申请量突破百件。从2001年开始，也就是“智慧地球”国家战略化两年后，物联网相关技术专利的申请在美国呈现出爆炸性的发展，每年的申请量都在千件以上，2008年更是达到了峰值5603件，之后出现了一定的回落，但仍保持在每年2000件以上。
另一方面，中国从1985年开始就有了物联网相关专利的申请。发展的势头基本上落后美国约3~5年，2001-2005年为高速发展期，2006-2010年稳中有升，表现出良好的成长性。2011年专利申请量有所回落，很重要的一个原因是专利申请公开的滞后性，即2010年申请的专利至公开需要一段审查时间。
图1 中美两国物联网技术专利申请曲线
“技术生命周期理论”认为技术的成长经历四个阶段:萌芽期、成长期、成熟期、饱和期。整个周期以图形表示就像S型曲线，如同人类的生命周期，因此又被称为“成长曲线”。本文根据中美两国物联网相关专利历年的申请量，运用Logistic Curve Model预测模拟中美两国物联网技术发展的成长曲线。选择LogletLab2软件计算Logistic增长模式，采用的模型公式为:
其中，P(t)为专利累积数;α代表S曲线斜率，即技术成长率;β代表成长曲线中转折点的时间点;k则代表成长的饱和水平，并定义[k×10%，k×90%]为成长区间，也就是成长期转为成熟期所需的时间。
图2 物联网技术Logistic成长曲线
得到中美两国物联网技术发展的成长曲线，如图2所示。可以看出，虽然物联网技术在中美两国经历的发展时间大不相同，但目前均处于相同的发展阶段-成熟期。相比较而言美国的物联网专利技术已经接近饱和期，而中国还处于成熟期的正中，还有相当的改进和发展的空间。从预测的情况来看物联网技术在中国的发展将在2015年左右进入饱和期，比美国晚3年左右。最终中美两国的物联网相关专利量将分别达到4．7万件和5．4万件左右。也就是说，对于中国，物联网技术的发展留给我们的时间相当紧迫，但是发展空间还是十分巨大的。
2.2 专利技术领域分布分析
按照IPC大类对中美两国的物联网专利进行统计分析可以了解两国专利技术主题申请情况。如图3所示，无论中国还是美国，物联网专利研究重点都集中在G部(物理)和H部(电学)，相关专利都占到了各自全部专利的90%以上。显然，目前物联网的技术原理研究(G部)及其在电学方面的应用研究(H部)是两大主要研究内容，在生活需要、作业运输、固定物建筑等领域的相关研究应用还未深入展开。对比两国的具体情况发现，中国更偏重于电学应用方面的研究，而美国的专利则更集中在工作原理方面。
图3 物联网专利IPC按大类分
详细分析两国在各自侧重技术主题中的具体信息发现，中国在基本电气元件和电通信技术领域申请了大量的专利，其申请量占了该部的86%，集中在通信、数字信息传输、半导体器件、传输、电话通信和直接将化学能转为电池这几个方面(图4(a));而美国在物联网工作原理方面申请的专利集中在G01(测量、测试)、G06(计算、推算、计数)、G08(信号装置)三个领域，申请量占了该部的94%，其中信号装置、无线电定向、电数字数据处理、测量距离、数据识别五大领域的专利申请突破千件(图4(b))。显然，美国作为物联网的产生和最早应用的国家在底层技术方面拥有非常大的专利优势，比如物联网使用传感器和RFID设备芯片结构等基础硬件技术。而中国申请涉及的技术主题则多是使用底层芯片进行数据的读取和存储等物联网设备的二次开发。这一方面是因为作为物联网产业的后进国家，国内更侧重物联网应用的研发;另一方面也反映出中国芯片设计制造能力较薄弱的现状，需要引起足够的重视并加以改进。
图4 物联网技术研究重点
2.3 专利地区分布分析
2.3.1 各国在华申请专利统计分析。
目前在中国物联网相关专利共申请32629件，其中发明专利申请17726件，发明授权6247件，实用新型8462件，外观设计194件，发明专利略低于实用新型专利，但高于中国国内累计授权专利中，发明专利数量只占实用新型专利42%，说明物联网技术在中国属于源头创新的新科技。
从申请(专利权)人的国别看，共有55个国家和地区在中国申请专利，说明各国都很重视中国市场，通过专利申请实现各自在中国市场上的专利战略部署。图5列出了申请量100件以上的国家和地区。其中，国内的申请量为20771件，占64%，表现出一定的“本国优势”。作为物联网技术较为发达的国家，日本、美国、韩国分别以4424、2626、1959件专利申请位列第二、三、四位，并且这三个国家都是与中国贸易关系非常紧密的国家。紧随其后的是欧洲的发达国家，如果将欧盟作为一个整体，那么其在华专利申请量甚至还要超过美国，也反映出了欧盟对于物联网领域和中国市场的重视。
图5 在中国申请量超百件的国家和地区
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