从物联网与增强现实专利分析与技术结合看未来物联网的发展

周鹏志　韩宇

摘 要：研究以物联网与增强现实技术的专利分析与技术结合，并以微软全息眼镜HoloLens为例，分析未来个人终端的发展趋势，为我国未来的物联网发展路径提供建议。

关键词：物联网；增强现实技术；HoloLens；专利；

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）04-00-03

0 引 言

资讯与网路科技进步迅速，从最初为行政办公及工商业应用的网际网路及自动化系统，演变成在生活中随处都可以见到这些科技的应用，网际网路也明显的普及化，直到现在家家户户都有网路地覆盖。人们开始追求更便利、更美好的生活环境，便开始研究起将行动装置、App 与行动网路应用在环境监测、机器自动化、智能居家等，这些应用面都会用到物联网（Internet of Things， IoT），而增强现实技术给物联网的普及提供了新的契机，2015年1月26日微软发布了增强现实技术设备全息眼镜HoloLens[1]，Hololens是一套在现实场景中显示全息图像的设备，而这些虚拟全息图像是可以被使用者用手势控制与远程设备和环境互动的，对未来物联网地发展十分有利。研究结合物联网与增强现实技术的专利分析研究，并以微软全息眼镜HoloLens为例，从专利看布局，从平台看发展，分析未来个人智能终端设备的发展趋势，为我国未来的物联网发展路径提出建议。

1 物联网与增强现实技术的概念与特性

1.1 物联网的概念与特性

物联网（Internet of Things， IOT），最早的概念是出现在 1995 年比尔盖茨所撰写的《未来之路》（《The Road Ahead》）[2]一书中，书中提到遗失的物件会发讯息给用户，告知其所在位置。这在当时是一个崭新的科技概念，以目前的科技发展来看，尚未完全发展完成，无法普遍的运用此种概念，但也利用此概念发展出利用电子标等技术来锁定货物所在位置，应用在供应链、货运、物流等行业 。接着在 1999 年，美国麻省理工学院（MIT）的 Kevin Ashton 教授提到将 RFID 及感测器应用于日常生活中，将物品标记应用[3]。由此可知，物联网的概念早在 1995 年开始就已经提出许多应用模式，主要方式是透过感测器嵌入电网、建筑等环境，或是物件中，由网际网路连通，并以特定的程式达成远端操作[4，5]。

近年网际网路越来越发达，云端技术的应用日趋成熟，使物联网由云端技术产生更多的应用面。在2010年，物联网被视为快速发展的技术，其中也包含近年来提倡的智能城市，以及未来的车联网等[6]。物联网的应用有三大特征：多种多样的数据采集、无所不在的传输网路及智能化云端后台数据处理。而在 2005 年由国际电信联盟 （International Telecommunication Union， ITU）发布的报告中提出，物联网是指在网际网路的时代中，网际网路不再只是人与人的互相联络，也可以达成人与物地沟通和物与物之间地控制及获取资讯（ITU 2005）[7]。

随着物联网的持续发展，其中涵盖了三大范畴，分别是人与人、人与物以及物与物。

（1）人与人

人与人之间通过手机、电脑等随身装置（智能手机、平板电脑等）来进行沟通。

（2）人与物件

人们可以通过随身装置操作感应器、伺服器等设备来控制远端物件，达到人与物件间地交流。

（3）物件与物件

利用感测元件（RFID 标签、感应器等）、伺服器、处理器等设备来进行物与物之间地控制及感应。

依据上述三维度及三个范畴所表达的物联网，意在任何时间、地点、物件，人与人、人与物、物与物之间都能相互沟通、操作。而依据上述资料推论物联网的定义为：不论何时何地、不论使用何种物件，只要透过感测（收发）元件或网际网路达成人与物件、物件与物件间的双向交流即可称为物联网[8]。

1.2 增强现实技术的概念与特性

增强现实技术（Augmented Reality Technique，AR），是在虚拟现实基础上发展起来的新技术，是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”。它将计算机生成的虚拟物体或关于真实物体的非几何信息叠加到真实世界的场景之上，实现了对真实世界的增强[9]。我们以具体产品来分析更容易理解增强现实技术的优势，本研究以微软的HoloLens（如图2）为例，HoloLens效果不像虚拟现实那样让用户进入一个完全由计算机生成的虚拟世界，而是通过在眼镜上的摄像头扫描建模当前环境，呈现逼真的全息影像，将虚拟物体叠加到真实世界的场景中“升维”现实世界，实现对真实世界的增强感，让用户在不脱离周边环境的情况下享受数字生活，由于与真实世界的联系并未切断，交互方式也就显得更加自然。

其增强现实技术的特性就是：虚实结合、三维建模、实时交互。

（1）三维感知能力，可以对身边的三维场景进行建模。

（2）三维渲染能力，建模后具体化场景。

（3）人机交互能力，可以用手势来进行控制。

正因为其超脱现实又不脱离现实的特殊属性，使得增强现实技术在未来有广阔的应用前景。

2 物联网与增强现实可穿戴技术的相关专利分析

2.1 专利分析工具

因发明类专利为提出申请后18个月强制公开（世界各国略有不同），故专利资料目前为已公开、已核准资料，可推估2015 年公开的资料，可能为2013、2014年所申请，基于公开日的限制，2014、2015年资料并非完全符合，但可大致了解2014年前的脉络。分析重点为申请量、专利申请/申请权人、国家等信息。

本研究专利文献分析部分，使用 Web of Science（http：//webofknowledge.com/）的 Derwent Innovations Index SM 资料分析及 Thomson Innovation 的分析工具。

2.2 专利分析关键词

2.3 专利分析

2.3.1 物联网技术专利分析

从表1上看，与物联网相关的三项专利：物联网、机器对机器、智能系统中排在前面的有美国、中国、日本和韩国，其次是欧盟和其他国家。美国不但在份额上占优势，而且专利分布均匀，布局完整。中国在这几项专利方面紧随其后，尤其对智能系统的发展十分重视，正处在快速发展时期。日本和韩国在物联网方面也各有千秋，在世界范围内也是名列前茅，颇有值得借鉴之处。综上所述，我国在物联网布局方面有待加强，也要做好顶层规划与核心技术的加强。

2.3.2 增强现实技术专利分析

从表1中增强现实技术方面可以明显看出美国和韩国在这方面的优势，其中美国掌握大部分技术专利，且专利转化率很高，已经做出类似HoloLens这样的增强现实技术产品。比较意外的是占据第二位的是韩国，却以此可以看出韩国对此项技术的重视程度。日本的份额虽然不多，但依旧凭借相机成像技术在增强现实技术中站稳脚跟。我国在增强现实技术专利方面仍处于初级发展阶段，距离发达国家仍有差距，却不妨碍现在开始打好基础，平衡发展，做好布局规划，尤其是对核心技术的扶持。

3 未来个人智能终端的发展趋势与物联网的关系

3.1 未来个人智能终端的发展趋势

增强现实可穿戴设备Hololens打破了数字计算机十多年来的小型化发展瓶颈。在过去，台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等，这些产品的显示器一般都被玻璃的物理边界所限制着。传统的人机交互，主要是通过键盘和触摸，包括并不能被精确识别的语音等。Hololens的出现，则给新一代体验更好的人机交互指明道路，不再争取用户对屏幕的注意力而是对视网膜的注意力，让用户带上眼镜而不是去特意看某个屏幕。HoloLens将昔日的2D界面转化成3D全息投影。HoloLens这款增强现实可穿戴技术产品使穿戴者同时拥有现实、扩展实境（在现实世界中叠合平面虚拟物件）和虚拟实境（立体的虚拟世界）。与电脑、手机相比，其信息交互的优点是可以实时、持续地获取场景以及支持更自然的手势输入。与个人电脑和智能手机相比其特点比较如表2所示。

3.2 现实增强可穿戴设备将是未来物联网发展的新契机

物联网在现实增强可穿戴设备平台上是采用什么方式实现呢？以微软的HoloLens为例（图4）。例如，在家中引导监测无人驾驶汽车送孩子上学，控制智能家居设备对房间的温度与湿度随时检测，在墙上获取短信消息，与在几千公里外的总部进行实景会议，你的一举一动，每个表情，都会被数据传输到总部后进行虚拟场景还原，总部那边也一样。家庭设备坏了，再也不需要去预约修理，会有技师手把手教你怎么做，与真人在你身边无异。大部分需要人与人之间进行实地交流的场景，都可以被Hololens所接管，所有的情感交流、商务会议、客服维修、团队协作、在线教育，顿时变得简单、低成本化了。可以说这是物联网与增强现实技术的完美结合，从物联网过去的平面控制过渡到具体场景生动的立体控制，这种新的技术结合使人与人、人与物、物与物的信息交互方式产生变革，未来的物联网必定搭载在增强现实可穿戴设备上。

4 探讨适合我国的物联网发展路径

核心靠技术，发展靠平台。将物联网与增强现实技术相结合作为一个整体来看，对于未来的物联网发展的产、学、研都有好处。这样定位也更容易认清自身发展布局的不足，然后参照发达国家，结合自身特点，重点发展核心技术领域。参考发达国家的不足之处，甚至可以在某些领域超越对方。

加大政策扶持力度，加强企业专利知识产权保护意识，为未来国际化接轨做准备。

加强人才培养，强化企业自主创新意识，尤其在增强现实技术等方面提前布局，抢占技术制高点。

进一步放宽政策，加快产学研相互融合，促进企业专利科研成果转化为实际经济效益，如智能交通，智能工业，智能物流等。将技术转化的产业效益做为企业发展的潜力。

5 结 语

本研究结合物联网与增强现实技术的专利分析研究，并以微软全息眼镜HoloLens为例，分析未来个人终端的发展趋势，为我国未来的物联网发展提供政策建议。专利数据表明物联网作为近几年的下一个产业浪潮，已经近在眼前。将目光放长远，物联网与现实增强技术结合是符合未来发展规律的。相信在不久的将来，类似HoloLens的物联网与增强现实技术产品必将对现有的信息交互方式产生冲击，并走进人们的日常生活，而我们需要提前布局，迎头赶上，在这个全新的领域，让中国企业占有一席之地，争取在下一个个人智能移动终端时代市场分一杯羹。

参考文献

[1] Microsoft HoloLens [EB/OL]http：//www.microsoft.com/microsoft-hololens/en-us.

[2] Bill Gates.The Road Ahead[M].New York：Viking Adult，1995.

[3] Visiongain The Machine to Machine （M2M）2013-2023， Smart Devices & the Internet of Things （IoT）[R]：173.

[4] Stacie Petter， William DeLone， Ephraim R. McLean Information Systems Success： The quest for the independent variables[J]. Journal of Management Information Systems，2013， 29（4）： 7–61.

[5] Patrick Moorhead. How To Intelligently Build An Internet Of Things（IoT）[EB/OL].http：//wired.tw/iframes/full？inner=http%3A%2F%2Fwww.forbes.com%2Fsites%2Fpatrickmoorhead%2F2013%2F06%2F27%2Fhow-to-intelligently-build-an-internet-of-things-iot%2F，2013.

[6] BUSINESS WIRE. Intel adds Intelligence to Cloud for Internet of Things[EB/OL].http：//iotinternetofthingsconference.com/2013/10/09/intel-adds-intelligence-to-cloud-for-internet-of-things/，2013.

[7] International Telecommunication Union The Internet of Things[R].2013：3-4.

[8] Luigi Atzori， Antonio Iera， Giacomo Morabito The Internet of Things： A survey[J]， Science Direct， 2010，54（15）， 2787-2805.

[9]百度百科.增强现实技术[EB/OL]. http：//baike.baidu.com/link？url=X7Ca9wLjLxs_vXYPFBAAlREUn-PeuSdjbEEW2RkLtp1OSZ3TkNgGQq3CVfT9j42OFsJHPR_kl_GcT4RPcTttvsMLhO_OWEFT-KyNr35HbqYIxQoheuF-BLRIL5TMT--syqU-qABjH9KeVUnvtxTYZq，2012.