智慧城市中的人工智能专利技术应用分析

程德理 傅春晓

摘要：我国已经将发展人工智能技术与产业上升至国家战略，发布了资源配置方案和发展保障措施以确保落实发展规划。在政府规划中也纷纷提出“智慧城市”的建设目标。随着人工智能技术的迅猛发展，该领域的专利活动情况反映了技术应用的发展趋势。通过对人工智能在智慧城市应用中的专利问题进行分析，得出人工智能在智慧城市各个应用领域方面专利及相关技术发展所面临的问题，以期引发相关议题的思考，推动该产业的不断发展与进步。

关键词：智慧城市;人工智能;专利分析

DOI：10.3969/j.issn.1674-7739.2020.05.012

引言

人工智能的迅速发展深刻地改变着人类社会生活。为抢占人工智能发展的重大战略机遇，构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国，国务院于2017年7月发布了《新一代人工智能发展规划》，文件明确提出我国新一代人工智能“三步走”的战略目标，提出各参与方的六大重点任务，同时配套发布了资源配置方案和发展保障措施以确保落实发展规划。

经过60多年的演进，人工智能发展进入新阶段，特别是在移动互联网、大数据、超级计算、传感网、脑科学等新理论新技术以及经济社会发展强烈需求的共同驱动下，人工智能加速发展，呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放、自主操控等新特征。[1]人工智能技术作为科技先驱，起到了带领和推动智慧城市发展的作用。人工智能技术不断应用在智慧城市的过程也就是智慧城市发展的高级阶段，是数字中国战略的具体体现。

因此，随着人工智能技术的迅猛发展，对专利相关领域也提出了新的要求。本文将对人工智能在智慧城市应用中的专利问题进行分析，以期引发相关议题的思考，推动产业的不断发展与进步。

一、AI视角的智慧城市

人工智能城市（Artificial Intelligence City， AI City）是指：在遵循城市发展和满足社会经济发展需求前提下，以城市科学、人工智能、信息物理系统（Cyber-Physical Systems， CPS）、系统工程理论为支撑，在“城市大脑”统一管理下，在人类智慧空间、信息空间、物理空間三大空间支撑下，综合采用人工智能、大数据、云计算、物联网、移动互联网、工业互联网、现代通信、区块链、量子计算等新一代信息技术实现实时感知、高效传输、自主控制、自主学习、智能决策、自组织协同、自寻优进化、个性化定制八大特征的高度智能化城市。[2]“人工智能城市”简称为“AI城市”。“人工智能城市”兼具“人工智能+城市”和“城市+人工智能”双重内涵。“人工智能+城市”注重的是人工智能科技，“城市+人工智能”注重的是城市垂直应用。

如图1所示，智慧城市在中国的发展可以划分成四个阶段。至今，我国智慧城市的发展迈进“AI+智慧城市”“人工智能城市”阶段，2018年是人工智能城市的历史元年。

从定义来看，人工智能结合了多种学科，包含了诸方面的能力。[3]根据新兴技术产业研究公司Venture Scanner对人工智能的分类，主要分为“人工智能”“深度学习”“机器学习”“神经网络”“语言处理”“语音识别”“计算机视觉”“手势控制”“智能机器人”“视频识别”“语音翻译”和“图像识别”等，从以上关键技术的全球分布来看，前二十名的公司大多数是美国和日本公司。

人工智能在智慧城市行业领域应用层包括AI智能系统和AI产品（装置、装备），其中AI智能系统分为单系统（商业智能系统、智能家居、智能仓储、智能安防、智能电网等）和行业领域复杂大系统（能源互联网、智慧社区、智慧建筑、智慧物流等），AI产品包括：AGV、无人机、自动驾驶汽车、虚拟助手、智能客服、智能音箱、智能冰箱、智能床垫、智能轮椅、智能医疗机器人等。

二、人工智能专利在智慧城市应用中的分析

专利活动情况是评价高科技领域技术及应用发展的关键指标，本文将从专利活动情况分析人工智能在智慧城市的技术应用情况。[4]人工智能在智慧城市的应用领域众多，智能交通领域目前由于产品距离市场化较远，因此主要集中在研发阶段;智能电网、智能医疗、智能家居和智能环保领域的产品则在全球存在大量的专利申请。

（一）智能交通

本文以自动驾驶、语音识别、自然语言处理、智能搜索和智能推荐作为智能交通的关键技术检索了公开日在2020年3月31日之前的专利，全球目前申请量在82 629件，中国申请量25 127件。中国申请人居前五位的是百度（包括百度在线、百度网讯和百度美国）、本田（包括本田技研和本田自动车）、平安、腾讯、三星。另外，清华大学、联想、科大讯飞、微软及中科院自动化所位居前十名（图2）。

百度非常注重专利布局，在上述四个领域内分别进行了严密的专利布局。截至2020年3月31日，百度公司智能汽车领域相关专利申请达968件。在开展大量专利布局后，百度诸多技术都是通过开源平台和开源代码提供的，比如自动驾驶、深度学习框架等。如图3所示为百度智能汽车领域相关专利地图，在驾驶模式、特征提取、控制指令、语音指令、图形用户界面、语言模型及音频数据等方向进行了重点布局。

虽然我国人工智能技术发展十分迅猛，但智能交通领域的很多应用相关专利仍然存在很多问题。表1为中美在智能汽车领域相关专利的指标对比（数据取自有效专利及授权专利）。如表1所示，中美申请人在专利申请的策略上仍然存在较大的差距。在权利要求数量、同族专利个数及被引证次数上，美国申请人明显高于中国申请人。国内申请人应重视专利申请质量及布局策略，在新技术与城市交通治理的融合还处于早期阶段时，掌握专利布局的先机。

此外，国家政策的引导、共享机制的建立都很关键，相关部门应该加快各交通部门的标准制定，推动基础设施的智能化改造，积极实施智能交通应用示范区等举措并推广全国，争取缩短产品市场化的时间，在全球智能汽车领域占领一席之地。

（二）智能电网

智能电网是智慧城市的“主动脉”。智慧城市建设得到各级政府的高度重视，而智能电网是构建整个智慧城市神经系统中的重要的一部分，是智慧城市建设的核心基础。

本文以关键词“智能电网”“Smart grid”“Intelligent grid”检索公开日在2020年3月31日之前的专利，从专利申请人以及国别分布、技术分布等角度，来分析智能电网专利的情况。

从2009年开始，中国开始在智能电网领域进行了大量的专利申请，说明从2009年开始，传统电网已经无法满足经济发展的需求（图4）。如图5所示，智能电网专利技术市场主要分布在中国，公开量达72%，美国11%，韩国9%，欧洲3%，日本1%。

通过分析IPC分类，专利技术分布主要集中在智能电网供配电系统和局部或外部之间的通信。另外还涉及系统中各个组件等的运行监测以及故障报警。其中，运行状况和故障检测对于系统稳定十分重要（图6）。

通过检索得知，中国专利申请人主要集中在国家电网、电力科学研究院等，其他申请人均比较分散，因此，需要申请人整合研发能力，梳理技术脉络，集中攻克关键技术难点。另外智能电网的技术应用市场的需求不断增长，对于智能电网的技术热点，国内申请人应规避侵权风险，避免专利纠纷。

（三）智能家居

智能家居是指以住宅为平台，利用综合天线技术、网络通信技术、安全方法技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统。[5]

不论是从市场应用角度还是专利态势分析，智能家居都是最火的领域之一。如图7所示，在智能家居的整体态势上，住宅配套系统相关技术的专利申请量占22%，智能管理与控制相关技术的专利申请量占18%，安全方法系统相关技术的专利申请量占17%，智能家电终端系统相关技术的专利申请量占43%。其中，国内申请趋势经历了缓慢增长、大幅增长和跳跃式增长三个阶段，从技术分布来看，布局的重点在智能家电终端系统，比如智能厨卫、家庭影音等，这也体现出智能家居概念对传统家电的技术改革。

产品市场的热度也相应引发了专利战场的硝烟滚滚。近两年来，国内外家电业的专利战几乎成为常态。夏普、海信、格力、TCL、Yunmi等爆發了专利拉锯战。中国家电企业也拿起专利武器开始针对国外的竞争对手进行专利诉讼，但也经历着国外竞争对手的诉讼考验。专利战的同时，侵权调查也时有发生，国内外均发生了多起调查事件。

面对如此激烈的竞争形势，企业必须具有强烈的专利意识，应提早做好全面的专利战略规划，包括专利申请计划、专利布局等，通过知识产权管理体系建设来完善和提高企业的竞争能力，将知识产权的管理纳入日常工作中，保留完整的财务账簿和资料，保全证据，以备后续的专利诉讼风险。

（四）智能医疗

医疗产业是人工智能落地较早和较为成熟的领域之一。[6]从技术层面来看，图像识别、语音语义识别、深度学习、智能传感、大数据分析等技术在医学影像诊断、智慧医院建设、远程医疗系统、基因图谱研究和靶向药物研发等方面均已得到广泛应用。从产业层面来看，IBM、谷歌、微软等IT巨头以及腾讯、百度等国内领军企业也纷纷布局医疗产业，以自身的技术优势和数据优势推动人工智能在医疗领域的落地。

不同于智能家居火热的专利战，智能医疗的专利问题可能更多的是专利在国内授权的前景问题。由于智能医疗涉及医疗和计算机领域两个方面的专利性，因此涉及“是否属于疾病的诊断和治疗方法”与“是否具备实用性”两个问题。由于两个领域属于完全不同的技术领域，在撰写专利申请文件时应该由两个领域的专利代理师共同撰写申请文本，才能更加有效地布局权利要求。此外，在其他专利问题的处理过程中，处理团队也应配备专业的技术人员，才能避免技术领域的空缺。

人工智能技术与医疗领域的结合产生了创新解决方案，如何有效地保护新成果、通过多元化的权利要求撰写形式为专利权人提供更为灵活的主张权利的便利，满足专利权人的需求才是应该关注的热点。

（五）智能环保

智慧环保是互联网技术与环境信息化相结合的概念。“智慧环保”是“数字环保”概念的延伸和拓展，它是借助物联网技术，把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，可以实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的智慧。[7]

国内智慧环保重点企业有聚光科技（杭州）股份有限公司、阿里云计算有限公司、航天科工智慧产业发展有限公司、上海延华智能科技（集团）股份有限公司、万达信息股份有限公司、深圳平安通信科技有限公司等。

智慧环保技术涉及的技术点多面广，人工智能算法通过环境治理技术的提高，不断推动着智慧环保的发展。对于智慧环保专利技术的申请多集中在底层技术领域，应用层面的专利申请量尚不庞大，从检索结果分析可知，技术构成主要集中在“垃圾的收集或清除”，其他技术分支处于空白点的较多，因此，申请人可从目前的空白点入手，抓紧布局战略的制定。

（六）其他智慧城市领域

除上述领域外，我国在智慧政务、智能仓储、智能安防与智慧物流等领域的专利也在不断增长，而且这个形势目前还在持续。而日本在近十年并没有明显的增长，在PCT申请量上，美国一直位居首位。我国也有申请人与美国的IBM、微软与谷歌等知名公司持平，申请数量巨大，但整体申请质量还有待提高，在这一次技术革新的浪潮中，中国能否跻身前列，仍然面临考验。

三、结论

从人工智能关键技术申请人的全球分布情况来看，美国和日本仍然排在前列，中国申请人仍需在人工智能的核心技术层面加大投入和研发。

首先，针对市场应用已经成熟的领域，如智能电网和智能家居领域等，应更加紧知识产权管理系统的构建，将完整的知识产权体系纳入管理当中，包括健全的知识产权管理制度等，有效规避专利侵权风险，在产品研发早期就应该开始专利战略布局。另外，在智能电网领域，还需要申请人整合研发能力，梳理技术脉络，寻求合作并集中攻克关键技术难点。

其次，针对市场应用较少的领域，例如智能汽車领域，中国申请人较美国申请人在各项专利价值评价指标上都存在着较大的差距，国内申请人应重视专利申请质量及布局策略，在新兴技术与城市融合的早期阶段，掌握专利布局的先机;除此以外，还应加强政策的引导和基础设施的建设。

再次，人工智能技术领域属于计算机领域，但应用到智慧城市中时会涉及更多跨学科技术，此时关于专利事务的处理需要更多跨学科人才的通力合作，才能为专利权人提供更多便利的途径或渠道。[8]

最后，针对智慧城市的政策应加紧制定、实施及推进，智慧城市政策对高科技领域技术的应用发展有着十分积极的促进作用。智慧城市不仅意味着国内外大公司的参与，更意味着地方公司及政府各部门之间的通力合作，将通用的技术方案转化为城市当地的地方需求才是实现智慧城市的最关键一步。通过数据检索分析可以得出，实施智慧城市政策的地区也更倾向于密集的申请专利，对于高科技领域这一影响更为突出。因此，相关政策的制定出台，更为积极的知识产权策略，两者之间有着共同促进的作用。

人工智能给社会生活带来的巨大的变化，城市的创新发展不是终结，而是一个新的开始。一项新的变化会带来不同的社会、技术和法律问题，相应的法律规范也应该根据发展的不同阶段而变化，从而适应科技的发展。本文从专利权人角度给出了以上建议，也期待法律制度能够尽早地做出调整，能够积极引领人工智能产业的发展，专利权作为保护发明成果的重要手段，无论现在或未来都会对智慧城市的发展具有长足的贡献。

说明：本文系教育部人文社会科学研究项目（项目名称：我国知识产权密集型产业集群国际竞争力提升研究，编号：19YJA630012）的阶段性研究成果。

参考文献：

[1]国务院.新一代人工智能发展规划[Z].2017-7-20.

[2]杜明芳.人工智能赋能智慧城市[J].智能建筑，2018（220）：19-22.

[3]Hu Shuijing， Jiang Tao.Artificial intelligence technology challenges patent laws：2019（ICITBS），241-244.

[4]Martin POTAN?OK， Jan ?ERN?.Competitive technical intelligence using patent data to determine smart city trends abstract， vol. XII， 1， 2020（12）： 5-17.

[5]曾宇昕，唐嫣.一张图看懂智能家居产业的专利布局现状[EB/OL].（2018-09-28）[2020-06-15].https：//m.sohu.com/a/256696005_518679/

[6]洪岩.浅析人工智能技术的专利保护[J].知识产权.2018（12）：75-82.

[7]陈鸿斌.启动智慧环保项目建设[EB/OL].（2012-12-31）[2020-05-12].http：//www.cusdn.org.cn/news_detail.php？id=224770

[8]Andrea Caragliua Chiara F. Del Bob.Smart innovative cities： The impact of smart city policies on urban innovation[J].Technological Forecasting & Social Change.2019（142）：373-383.