我国智慧农业相关专利现状分析

张杨勋

（广东技术师范大学 广东广州 510665）

一、引言

智慧农业是指利用先进的科技和信息技术来提高农业生产效率和农产品质量的一种现代农业模式，主要通过应用传感器、无人机、人工智能等技术，实现对农田环境、作物生长情况、病虫害状况等进行精准监测和管理，从而优化农业生产过程，提高农作物产量和质量。智慧农业的业务场景主要涵盖了农业生产过程管理、食品溯源防伪、农业电子商务、农业休闲旅游、农业信息服务等内容，是云计算、传感网、3S 等多种信息技术在农业中综合、全面的应用，可以实现农业生产全程信息化，提高农民的劳动效率与农业生产的精细化程度，对于推动我国农业高质量发展具有重要意义。

当前，已有相关文献根据所属学科的不同可以分为理工科和文科两个类别。其中，理工科文献主要从生物大数据（高通量表型分析）、新一代信息技术（AI 技术、3S 技术和IoT 技术）和智能农业机械装备（农业机器人和无人机）等三个方面开展研究（郑倩等，2023）；而文科文献则主要从智慧农业的发展模式探究（刘长全，2023；游青山，2023）、应用场景探索（李伟嘉和苏昕，2023）、存在问题与对策分析（李建军和白鹏飞，2023）等几个方面开展研究。

本文以国家统计局发布的《数字经济及其核心产业统计分类（2021）》和国家知识产权局发布的《国际专利分类与国民经济行业分类参照关系表（2018）》为基础，识别了智慧农业下属专利大组，并结合专利数据库，从专利的维度检索筛选并对专利数据进行加工解读，对该技术领域的总体发展趋势、国家/地区分布、主要专利权人、热点技术领域等进行分析，以期为企业和相关政府部门在智慧农业的专利技术布局和研究提供专利情报，为推动智慧农业高质量发展提供参考。

二、研究方法与数据来源

本文主要基于incoPat 专利数据库（www.incopat.com）所提供的全球专利申请数据，利用专利可视化分析方法开展数据分析。首先，利用国家统计局发布的《数字经济及其核心产业统计分类（2021）》文件，识别出属于“智慧农业”的国民经济行业分类，具体包括：01*农业；02* 林业；03* 畜牧业；04* 渔业；0211* 林木育种；0212* 林木育苗；0511* 种子种苗培育活动；0531* 畜牧良种繁殖活动；0541* 鱼苗及鱼种场活动；05* 农、林、牧、渔专业及辅助性活动。其次，利用国家知识产权局发布的《国际专利分类与国民经济行业分类参照关系表（2018）》文件，识别出上述国民经济行业分类所对应的专利大组（IPC Maingroup），共计57 个。进而，结合《数字经济及其核心产业统计分类（2021）》文件中对于智慧农业技术特征的描述，对专利申请的主技术分类属于前述57 个智慧农业相关专利大组，且题目、摘要或关键词中包含了“数字”“遥感”“地理信息系统”“全球定位系统”“物联网”“人工智能”“大数据”“云计算”“无人机”的发明专利数据进行了检索。最后，从专利申请趋势、专利区域分布特征、专利技术特征、申请主体类型等多个维度对检索得到的共计867581 条发明专利申请记录进行整理与分析，转化为兼具可视化和专利情报价值的数据图表。统计时间截止到2023 年9 月。

三、智慧农业相关专利发展现状分析

（一）专利申请趋势和国内外地域分布情况

（图1）和（图2）分别显示了智慧农业发明专利申请数量在全球范围和我国的发展趋势。据（图1）可知，全球范围内的发明专利申请量在2000-2007 年间保持平稳态势，自2008 年开始出现快速上升趋势，至2018 年达到最高值5.79 万件。相比之下，我国的发明专利申请量在2008 年以前的增长速率较低，我国当时尚处于大力推进农业机械化建设的历史时期，因此智慧农业相关研究仍处于萌芽阶段；2009-2017 年间是我国专利申请数量快速增长的时期，智慧农业发明专利申请数量受到全国实施战略性新兴产业建设规划和发展智慧农业相关政策的影响与刺激，出现快速上升的趋势，至2017 年达到3.92万件。总体来看，我国智慧农业的发明专利申请量与全球申请量相比，在发展趋势上存在一定的滞后，这也是由我国国情所决定的。

图1：全球智慧农业发明专利申请趋势

图2：中国智慧农业发明专利申请趋势

受到AI 技术、3S 技术和IoT 技术等数字技术的快速发展推动，近10 年来全球智慧农业领域的研发与发明专利申请呈现高速发展态势。结合（图1）和（图2）中的数据可以发现，我国在全球智慧农业研发浪潮中后来居上，从2000 年的发明专利申请全球占比5.74%，到2011年占比超过30%，至2021 年占比已经达到57.87%。在此过程中，我国关于农业信息化建设工作的提早规划与布局起到了关键作用。我国最早于1999 年3 月由科学技术部发布了《关于农业信息化科技工作的若干意见》和《国家863计划智能化农业信息技术应用示范工程实施办法》两份文件，提出要加强农业信息化关键技术的研究与开发，并重点关注包括农业信息采集、集成和动态监测、预测技术，研究遥感遥测技术、地理信息系统、全球定位系统、农业智能化决策系统和相关网络应用关键技术等，这标志着我国的智慧农业研发工作的开端。农业信息化系统也被列入1999 年国家优先发展的高技术产业化重点领域指南中。此后，从1999 至2023 年，每年中央有关部门的政策文件中，均有关于推进农业信息化的表述与具体规划。

从专利申请的全球区域分布来看，排名前5 的专利申请人国家/地区依次为中国、美国、日本、德国和韩国，可见智慧农业领域的研究主要集中在发达国家和发展水平较高的发展中国家。截至2023 年9 月，我国发明专利申请量累计达到330014 件，是第二名日本的2.8 倍，是第三名美国的4.3 倍，这显示当前我国在智慧农业发明专利申请维度在全球已经处于领先地位，也显示了我国的企业与科研院所在智慧农业领域的研发投入与知识产权保护意识在近10 年间得到了较大提升。

（二）专利申请人分布和专利价值度

关于我国智慧农业发明专利申请数据中的申请人类型分布，本文基于incoPat 专利数据库提供的相关数据进行统计，发现发明专利申请人中的主体为企业，占比为44.25%。其次是高校和科研单位，占比总计29.78%。从企业申请人的占比可以发现，我国智慧农业相关产业的市场化程度仍然有待进一步提升，这可能是由于市场规模本身所决定的。我国地域广阔，不同地区之间的农业机械化与信息化水平相差较大，包括智能农机设备在内的智慧农业终端在操作人员素质要求和初期投入成本等方面存在一定的门槛，在我国的大部分地区仍未得到大规模推广，因此会出现企业申请人占比有待进一步提升的现状。

（图3）是我国智慧农业发明专利申请人的专利申请累计数量排名情况。根据（图3）可知，我国排名前10 的发明专利申请人均为高校和科研院所。这一数据进一步验证了本文此前的分析，即由于智慧农业产业规模不大、相关技术与设备普及度不高，导致企业申请人的动力不足。由于高校和科研院所的研发行为主要受到政策和相关部门研发经费分配指引的影响，因此可能与市场的实际需求存在一定程度的脱节现象，因此智慧农业领域的研发工作主要由高校和科研院所主导，可能并不利于相关技术的推广与落地。另外，我国当前整体的知识产权保护水平和市场化水平仍有待进一步优化提升，对于专利侵权行为的执法力度不足，也使得企业申请人的研发与专利申请动机受到影响。此外，根据incoPat 专利数据库利用专利技术水平、法律状态、市场价值等多维度参数计算得出的技术功效价值度指标对我国智慧农业发明专利申请的专利价值进行分析发现，排名前10 的发明专利申请人中，高价值专利（评分为10 分）占比较低，均在2%以下，这显示我国智慧农业技术的先进性与原创度有待进一步提升。

图3：中国智慧农业发明专利申请人申请量排名

专利的权利要求数量指一项专利申请所声明要求保护其专利权利的项目个数，代表着专利文件的保护范围。专利权利要求是专利申请中最为核心的部分之一，其数量通常与专利申请的技术创新性和复杂性成正比。一个具有多个权利要求的专利申请通常涵盖了更广泛的技术领域和更深入的技术细节，因此，可以视为专利申请的技术创新性和复杂性较高的体现。权利要求数量越多，所涉及的技术保护范围越多，专利申请的潜在质量更高。图4 是智慧农业发明专利申请权利要求数量分布情况的中美对比。2017 年，我国与美国的专利平均权利要求数分别为13.1 和16.3，结合（图4）的结果可以发现，我国智慧农业发明专利主要集中分布在3 ～5 和6 ～10 项权利要求的区间，而美国专利则主要集中分布在16 ～20和21 ～30 的区间。这种差异可能源于两国的数字技术发展情况。我国在智慧农业领域的发展相对较晚，但进展迅速。虽然在一些高端技术领域与美国存在差距，但在智慧农业技术应用方面，如无人机、智能传感器、物联网等，中国已经取得了重要进展。因此，中国的专利申请更注重实际应用和商业化，更关注如何快速将技术转化为生产力，提高农业效率。而美国在智慧农业领域的发展已经相对成熟，农业科技研发历史悠久，且得到了政府的大力支持。美国的农业科技研究不仅注重技术创新，而且注重研发具有前瞻性的技术，为未来的农业发展做准备。此外，美国的专利申请还注重跨学科研究，将生物学、化学、物理学等多学科的前沿技术应用于农业领域。总的来说，中美两国在智慧农业发明专利申请的权利要求数量上的差异，主要反映了两个国家在农业科技研发的侧重点和整体技术发展水平上的不同。

图4：中美智慧农业发明专利申请权利要求数量对比

四、我国智慧农业产业发展的对策建议

随着农业信息化建设的持续推进，我国农业逐步由机械化向智慧化转型，智慧农业产业当前正处于快速发展阶段。本文基于我国智慧农业相关技术发展现状和专利数据分析，提出以下建议：

（一）提升专利申请质量

尽管我国智慧农业发明专利申请数量已经位居全球首位，但从专利有效性的角度来看，截至2023 年9 月，我国总计330014 件智慧农业发明专利中，失效专利占比达60.17%，有效专利占比为21%，在审中的专利占比为18.83%。根据此数据来看，当前我国智慧农业发明专利的申请质量有待进一步提升。

对此，应当重视专利申请本身的质量。鼓励科研机构和企业开展探索性的深入研发活动，提升专利申请的原创性和创新性。同时，在专利申请实质审查和政策性补助审查等方面，提升相关的审查标准，避免诱发企业的策略性与投机性专利申请行为。其三，围绕智慧农业相关产业培育专业的专利代理人和律师团队与公司，提升专利申请材料的撰写质量，提升专利申请的有效性与质量。

（二）加强多主体跨学科的研究和合作

根据对发明专利申请人的特征分析发现，尽管从总体来看，企业在当前我国智慧农业发明专利申请活动的数量统计中占主体地位；但从个体来看，高校和科研院所是我国智慧农业创新活动的主导群体。这一现状并不利于我国推动智慧农业产业研发活动的市场化推广，因此，应当加强多主体跨学科的研究和合作，降低企业研发难度，提升企业研发动力。

首先，应鼓励不同领域的企业、高校与科研机构之间就智慧农业这一领域开展“校-企”合作。通过共同研发项目，实现市场需求与科研的融合，推动智慧农业技术的高质量发展。其次，针对智慧农业的专利申请活动，建立跨学科的专利评审和保护机制，确保相关专利申请的权利要求具备合适的技术覆盖范围。其三，鼓励企业通过参与国际合作项目或加入相关技术领域的国际性标准化组织，了解和学习国际先进的智慧农业技术，推动我国智慧农业技术的发展。

（三）强化专利布局

当前，中美贸易摩擦所导致的技术封锁，不利于我国智慧农业国际化发展。通过中美智慧农业发明专利质量对比发现，美国在高质量、高原创性专利上处于优势地位。对此，为提升我国智慧农业创新质量，本文提出当前各研发主体应当强化专利布局。

首先，相关企业应利用专利数据分析手段，加强对全球智慧农业技术发展趋势的跟踪和分析，制定合理的专利布局策略，并在关键技术领域进行深入研发和专利布局，以形成具有自主知识产权的技术优势。其次，对于可能对我国智慧农业产业造成冲击的专利申请，应建立预警机制，及时发现并采取应对措施，降低其对于产业健康发展的影响。