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我国无人机物流产业专利分析

2020-08-21赵宏伟RUANYingZHAOHongweiLIULiu

物流科技 2020年8期
关键词:申请量专利申请专利

阮 莹,赵宏伟,刘 柳 RUAN Ying, ZHAO Hongwei, LIU Liu

(沈阳大学 信息工程学院,辽宁 沈阳110044)

0 引 言

随着我国由工业化时代步入智能化时代,科技的发展正逐步伴随着人工智能、信息技术的发展。在物流行业,智能化、信息化与无人机技术、无人车技术、现代物流仓储等技术相互交织和促进。人工智能的发展正逐渐地影响着我们的工作和生活,而智能物流行业典型代表就是无人机物流。

无人机物流,即通过利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵无人驾驶的飞行器运载包裹[1]。主要使用无人机技术方案进行规划和控制,将货物从供应地运送到接收地。简单来说,就是借助无人机来实现物流活动,解决中远距离的支线运输、末端配送、应急救援,以及仓储管理、盘点等工作。其中无人机物流以末端配送为主,以仓储、分拣、运输为辅。以解决“最后一公里”的配送问题为重点,在无人机物流上投入大量科研工作。其优点在于可以规避偏远山区道路不通及城市交通拥挤的风险,弥补地面交通的不足,合理进行配送。同时可以提高物流效率、灵活调度、急速送达、降低配送成本、减少人工成本。具有高价值、高时效、新业态等特点。

随着20 世纪90年代无人机物流专利申请的出现,大量的公司都将目光投向了智能物流行业,但无人机物流专利申请量却处于缓慢增长阶段。直到2003年,亚马逊公司提出了“Prime Air”计划,各大物流公司也积极参与到了无人机物流业务,无人机物流的申请专利量才有了明显的涨幅。直至今日,“Prime Air”已经迭代到了第九代,这些无人机可以承载重量不超过5磅的货物,飞行距离最长可达15 英里,可以将货物在30 分钟之内送至接受地,大大提高了物流效率,“Prime Air”未来将大规模交付到物流企业中。而我国的顺丰、京东、饿了么,大疆等众多电商,物流和科技公司在进行了大量调研及深度分析后,已经将目光瞄准到了该领域,并将技术开发拓展到了无人机物流行业。2015年12月,京东无人机项目正式立项,2017年,在经历了两年的技术发展后,京东无人机已经初见规模,京东因此在物流配送方面成为了国家试点企业,该企业着重于边远地区农产品运输,在特色农产品上行通道打造方向也进行了诸多尝试[2]。2018年,顺丰公司已经获得了我国首个无人机物流商业牌照,并成为我国首个获得该牌照的物流企业,这也证明了该企业在无人机物流的应用上再一次成为行业内的“领路人”[3]。

1 课题背景

1.1 课题设定。无人机作为物流行业非常有价值的配送工具,是当前物流行业中着重研究的课题之一。近年来全球有大量的无人机物流相关专利问世,其中专利申请主要来自中国和美国,分别占据全球申请量的40%和35%。本文选择无人机物流为主题,以国家知识产权局专利信息检索库为基础,以沈阳市知识产权服务平台作为数据库来源,从专利申请量趋势、重点申请人分布、技术重点分布特征、无人机物流生命周期等角度,对近年来我国无人机物流专利展开分析,为我国进一步研究开发无人机物流提供切实理论依据。

1.2 专利数据来源。本课题数据均来自沈阳市知识产权公共服务平台。此平台以各种自主开发的专题专利、非专利数据库为基础,在基于人工智能等新一代信息技术之上,以个体、大中小企业和知识产权管理等为主体,开展知识产权评估、保护和预警分析等产品的研发;开展知识产权公共服务平台产品研发和模式研究,开展智能专利运营模式与机制的研究。通过采用人工智能和大数据技术,实现知识产权数据深度加工、智能检索、智能组合分析、对比分析、自动估价、隐性知识挖掘、知识推送等技术和产品的创新,来提高知识产权转让和转化率。

1.3 专利数据范围。将专利检索年限设定为2010年至2019年,检索数据来源于沈阳市知识产权公共服务平台,设置检索条件,并将符合要求的2439 件专利导入专利分析库。据相关调查研究,我国无人机物流专利的申请始于2010年,发展增速最快为2016年至2019年,所以根据无人机物流分类提取2010年至2019年数据进行专利分析。

根据无人机物流行业的技术关键词与IPC 分类号进行搜索。对无人机物流、无人机配送、无人机运输、无人机控制、无人机通信、无人机计算、无人机信号、无人机测量、无人机储运等多个关键词进行搜索。通过无人机物流行业可知,对应搜索的IPC 分类号可分为10 类,分别是:G05、B64、H04、G06、G01、G08、H02、B60、B65、G07。从知识产权平台中筛选与无人机物流发展息息相关的知识产权专利,进行分析、对比。

1.4 专利数据分析架构。首先,确定对国内无人机物流行业进行专利分析,结合国外无人机物流专利申请量来分析我国无人机物流的发展态势。对无人机物流技术进行资料收集,通过搜索大量的专利文献、非专利文献及论文等进行调研,确定技术分类的标准,与导师探讨技术分类的细节,最终选择以国家知识产权局专利信息检索库为分类基础,以沈阳市知识产权服务平台作为无人机物流相关专利的数据库来源。其次,根据大量参考文献,确定无人机物流技术关键词及IPC 分类号,通过知识产权服务平台进行搜索,在专利库中进行专利的检索与筛选,选择出与无人机物流行业相关专利,全部添加至专利分析状态栏,则可以对文献库进行专利数据的分析和统计。

对2010年至2019年间的无人机物流行业专利申请量进行分析,可分析出历年来国内外的无人机物流行业趋势,以及在该领域中我国在全球申请量的所占比重。通过对专利申请人以及技术重点进行分析,可分析占据我国无人机物流专利主导地位及技术发展的重点组织。最后根据所得到的数据进行无人机物流行业生命周期的预测,并分析我国无人机智能物流行业处于何种状态,详细流程如图1 所示。

图1 专利数据分析流程图

2 趋势分析

2.1 专利申请量趋势分析。无人机物流专利全球申请量比例如图2 所示。可以看出,中国和美国无人机物流申请量分别占比40%和35%,这在一定程度上说明了中国和美国在无人机物流领域具有高强度的科技研发技术,原因在于中国和美国在物流、电子商务和无人机行业的蓬勃发展[4]。韩国的申请量占比12%也是不容小觑的,作为科技前沿的国家,韩国在技术领域时时刻刻都在不断的突破。而德国在专利研究领域有一个著名的专利研究公司FIZ Karlsruhe,该公司在开展调查研究分析后,也确认了这一增长态势。FIZ Karlsruhe 公司发现,在过去五年中, 全球在涉及无人机技术领域的专利申请量及公开数量都有着大幅的增加,无人机技术领域正呈现持续繁荣的态势[5]。此外,法国和日本的申请量也有一定程度的占比,日本是较早的无人机使用国家,但是应用于物流行业的专利并不多,但仍然说明这些国家对无人机物流行业发展的贡献。

图2 无人机物流专利全球申请量分析

我国无人机物流专利申请量趋势如图3 所示。国内无人机物流方向专利申请始于2010年,截止在2014年之前专利年均申请量均维持在10 件以内,申请量增长缓慢,技术发展滞后。以2013年为拐点,随着亚马逊、淘宝、顺丰等物流企业推进无人机物流业务的计划,无人机物流行业进入快速发展期,以至2014年开始专利申请量呈爆发式增长。2014年至2017年这四年间保持持续增长的态势,最高达到每年714 件,无人机物流的爆发式增长表明国内智能物流的飞速发展,并在技术领域有重大的突破。2017年至2018年间,我国无人机物流行业专利申请数量为1404 件,占比为历年来的58%,充分表明国家及企业对这一领域加大投入和开发力度。2017年至2018年为我国无人机物流行业的技术发展阶段,也是爆发式增长的阶段。直至2019年增长才有所放缓,但是增长速度减缓并不代表无人机物流行业即将进入冷却期,只是由于很多专利申请还未公开。根据目前物流及电商行业的市场来看,可以预测未来的很长一段时间,无人配送以及智能物流有着大好的发展前景,专利申请量也势必会有快速的增长。

图3 无人机物流专利申请量趋势

2.2 重点申请人分布。对申请量较多的企业申请量分布进行分析(如图4 所示)。可以看到出,在企业的申请中, 深圳市大疆创新科技有限公司的申请量最大, 这也与目前大疆在无人机领域中占据着绝对优势地位的情况相吻合[6]。大疆公司是无人机行业的标杆,所以申请量遥遥领先。其他公司大多数为物流行业或者是电商行业,无人机物流是近几年才兴起的智能物流,所以大部分专利也只是近两年才申请的,专业的电商和物流行业的专利申请数量相比于专业制造无人机的大疆公司还是有明显的差距。京东、顺丰公司研发无人机的主要目的是智能物流,近些年智能物流迅速发展,无人机物流致力于让物流分配效率更高、速率更快。在物流行业内京东和顺丰公司专利申请量均处于领先地位。

图4 重点申请人分布

2.3 技术重点分布特征。无人机物流技术领域分布非常广泛,各行业中对无人机的使用都有一些共性或特定性的技术难点[7]。涉及IPC 分类号中10 个领域,对数据专利进行统计分析并得到表1。本文结合专利分析筛选出的数据,采用排名前十的IPC 作为主分类号,用来分析我国无人机物流主要专利技术领域的构成及趋势。

表1 我国无人机物流主要技术领域

如表1 所示,从IPC 分类号中专利数量及占比统计结果可以看出,我国无人机物流行业大体围绕在10 类进行研究,从占比上可以看出我国无人机物流技术领域大体围绕在控制调节系统,飞行器,通信技术与计算等几个方面。现如今,无人机物流技术尚未稳定,其中关键技术之一的配送任务具有高度的随机特性,受实际问题的影响很大,对无人机的故障容错能力、写作能力、数量要求、响应能力、无人机的性能和无人机的系统性能要求很高[8],而这些都属于控制调节等系统,对无人机物流技术起到了举足轻重的作用。无人机物流专利的增长体现着我国物流技术向更智能化的进程迈进。

通过对以上10 个IPC 分类号的研究,对无人机物流专利数据进行分析统计,得出技术领域分析图,如图5 所示。

累计专利申请数量排名前五的IPC 分类,分别是H04、G01、B64、G05、G06 大类,如图6 所示。控制、调节系统(G05)一直是我国无人机物流专利研究的重要组成部分,是科技创新的重要领域之一,尤其是在2015年至2017年间呈现了爆发式增长,仅两年间专利申请数量达到了257 项,这表明了我国无人机物流在控制,调节系统中实现了重大的突破。飞行器、航空、宇宙航行(B64)方向专利也呈现出快速增长的趋势,虽不及控制、调节系统,但同样在2015年至2017年增长迅猛,这体现了无人机的硬件技术也在飞速的发展。通信技术(H04)、测量(G01)和计算、推算、计数(G06)这三个方面专利在无人机智能物流大环境的影响之下也处于逐步发展的阶段,虽没呈现出爆发式增长,但2015年至2017年的专利数量增长率也保持在80%左右,对于无人机来说, 其控制系统是一个非常关键的技术因素, 而测量与测绘目前正是无人机的一个重大应用, 在此方面, 该专利技术的申请量[9]也非常之大。这体现出无人机物流在通信、测量和计算方面的发展取得了显著的成效。

图5 技术领域分析图

累计专利申请数量排名6~10 的IPC 分类,分别是G08、H02、B60、B65、G07 大类,如图7 所示。信号装置(G08)和发电,变电或配电(H02)从2014年开始增长迅速,势头迅猛,年均专利数量增长率保持在70%左右,但从2017年开始,势头有所下降并且波动幅度较大。一般车辆(B60)在2016年之前一直保持缓慢增长,直至2016年开始才明显增长加快,这也体现了无人机物流方向发展的先后顺序,是先从软件再到硬件方面。输送、包装、储存、搬运(B65)和核算装置(G07)2015年之前增长缓慢,2015年后开始加快增长趋势,但是涨幅一直波动较大,这也体现出了无人机物流方面尚处于摸索发展的阶段。

图6 IPC 分类排名1~5 技术专利趋势分析图

图7 IPC 分类排名6~10 技术专利趋势分析图

3 无人机物流生命周期

通常我们把一种技术的生命周期分为五个阶段,分别是起步阶段、技术发展阶段、技术成熟阶段、技术衰退阶段和技术再发展阶段。一个完整的技术生命周期是一段时间内专利申请人与专利申请量之间的曲线变化关系而定,呈现出了技术生命周期图,如图8 所示。

在起步阶段,根据统计数据并结合折线图中的趋势,发现当技术正在处于实验、开发阶段,这时“专利申请数量和专利申请人数量”都相对较少,此时该阶段还并未商品化。 随后进入到技术发展阶段,根据统计数据并结合折线图中的趋势分析后,发现专利申请数量大幅提升,随之而来,专利申请人数也会显著增加,此时呈现出的增长态势为正向,而此阶段表明与专利相关产品已经面向市场,此时多为产品导向专利。当技术达到一定的水平,那么技术将进入成熟阶段。结合折线图中的生命周期趋势,并根据统计数据分析,发现当技术处于成熟阶段时,“专利数量持续增加,申请人数量维持不变”,表明此阶段以占有市场为目的商品为主,以商品改良设计型专利为主。而当技术发展已经相对成熟时,就很容易遇到技术瓶颈,从而使技术步入了衰退阶段,结合折线图中的生命周期趋势,并根据统计数据分析,会发现此时“专利数量维持不变,申请人数量大大减少”,呈现反向增长态势,表明此阶段正处于市场淘汰阶段,此时商品型态已经固定,专利技术在之前母专利的基础上进行小幅度的改良,此时市场以小幅改进型专利为主,专利技术暂无重大突破,仅有少数具有优势的厂商在当前市场中生存。当之前的技术瓶颈被攻克时,技术又得到发展时,进入技术再发展阶段。结合折线图中的生命周期趋势,并根据统计数据分析,会发现此时“专利数量逐渐增加”,申请人数量同步有所增长,表明此阶段通常突破了瓶颈期,出现了新的技术发展方向。

通过模型公式可以得出现阶段无人机物流行业的技术处于何种时期,可以更好地反映出变化趋势。技术成长速率公式如下:

其中:v 代表技术成长速率,x 代表该技术在该年内的发明专利申请量或授权量,R 代表该技术在5年内的发明专利申请量或授权量。如果得出技术成长速率v 的结果持续增加,说明该技术正处于发展阶段。

技术成熟速率系数公式如下:

其中:k 代表技术成熟速率系数,y 代表技术在该年实用新型专利申请量或授权量。如果得出结果k 系数逐渐减小,说明该技术处于成熟期。

技术衰退速率系数公式如下:

其中:l 代表技术衰退速率系数,z 代表技术在该年外观专利申请量或授权量。如果得出结果l 系数逐渐减小,说明该技术处于衰退期。

图8 技术生命周期图

表2 是根据2010年至2019年对无人机物流等相关发明专利、外观专利、实用新型专利申请量数据进行的归纳统计,得出10年内相关系数。可以看出,在2010年至2018年之间技术成长速率v 一直处于稳定增长趋势,增长速度越来越快,说明该技术正处于成长阶段。在2018年至2019年之间技术成长速率v 虽然处于缓慢下降趋势,但技术成熟速率系数k 依然处于缓慢增长趋势,说明该技术在近两年在成长阶段正趋向成熟。技术衰退速率系数l 虽有所下降,但幅度基本保持不变,且系数居高不下,说明该技术基本未开始衰退。综上所述,无人机物流技术正处于发展且趋向成熟阶段[10]。

表2 近10年内无人机物流相关系数统计表

4 结束语

中国专利已历经多年的沉淀和洗礼,越来越受到社会各界的关注,影响力越发深远,对社会创新工作的促进和对行业发展的引领作用正在进一步显现[11]。无人机物流专利申请是面向全球背景下的一种科技创新发展,本文主要从专利申请量趋势、重点申请人分布、技术重点分布特征、无人机物流生命周期四个方面对此前的无人机物流相关专利申请概况进行了综合分析。可知,根据无人机物流专利申请量方面来看,我国正处于高速发展阶段,增长趋势仍会延续。在物流行业和电子商务行业的带领下,我国无人机物流专利申请量处于领头羊的位置,在该领域的应用已经逐步赶超其他国家。从技术重点分布特征方面,我国在控制、调节系统方面有深入的科技研究。无人机物流是智慧物流和传统物流的结合,用无人机对货物进行运输,配送是物流行业发展的趋势,但无人机物流行业的规范仍不完整,仍受政策、技术的制约,虽然有一定的困难,但仍然给智能物流行业带来了期待,无人机物流行业需要实际应用来推动,从而不断的向前发展。

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