我國無人機物流產(chǎn)業(yè)專利分析

阮 瑩，趙宏偉，劉 柳 RUAN Ying, ZHAO Hongwei, LIU Liu

（沈陽大學(xué) 信息工程學(xué)院，遼寧 沈陽110044）

0 引 言

隨著我國由工業(yè)化時代步入智能化時代，科技的發(fā)展正逐步伴隨著人工智能、信息技術(shù)的發(fā)展。在物流行業(yè)，智能化、信息化與無人機技術(shù)、無人車技術(shù)、現(xiàn)代物流倉儲等技術(shù)相互交織和促進。人工智能的發(fā)展正逐漸地影響著我們的工作和生活，而智能物流行業(yè)典型代表就是無人機物流。

無人機物流，即通過利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱無人駕駛的飛行器運載包裹[1]。主要使用無人機技術(shù)方案進行規(guī)劃和控制，將貨物從供應(yīng)地運送到接收地。簡單來說，就是借助無人機來實現(xiàn)物流活動，解決中遠距離的支線運輸、末端配送、應(yīng)急救援，以及倉儲管理、盤點等工作。其中無人機物流以末端配送為主，以倉儲、分揀、運輸為輔。以解決“最后一公里”的配送問題為重點，在無人機物流上投入大量科研工作。其優(yōu)點在于可以規(guī)避偏遠山區(qū)道路不通及城市交通擁擠的風(fēng)險，彌補地面交通的不足，合理進行配送。同時可以提高物流效率、靈活調(diào)度、急速送達、降低配送成本、減少人工成本。具有高價值、高時效、新業(yè)態(tài)等特點。

隨著20 世紀(jì)90年代無人機物流專利申請的出現(xiàn)，大量的公司都將目光投向了智能物流行業(yè)，但無人機物流專利申請量卻處于緩慢增長階段。直到2003年，亞馬遜公司提出了“Prime Air”計劃，各大物流公司也積極參與到了無人機物流業(yè)務(wù)，無人機物流的申請專利量才有了明顯的漲幅。直至今日，“Prime Air”已經(jīng)迭代到了第九代，這些無人機可以承載重量不超過5磅的貨物，飛行距離最長可達15 英里，可以將貨物在30 分鐘之內(nèi)送至接受地，大大提高了物流效率，“Prime Air”未來將大規(guī)模交付到物流企業(yè)中。而我國的順豐、京東、餓了么，大疆等眾多電商，物流和科技公司在進行了大量調(diào)研及深度分析后，已經(jīng)將目光瞄準(zhǔn)到了該領(lǐng)域，并將技術(shù)開發(fā)拓展到了無人機物流行業(yè)。2015年12月，京東無人機項目正式立項，2017年，在經(jīng)歷了兩年的技術(shù)發(fā)展后，京東無人機已經(jīng)初見規(guī)模，京東因此在物流配送方面成為了國家試點企業(yè)，該企業(yè)著重于邊遠地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品運輸，在特色農(nóng)產(chǎn)品上行通道打造方向也進行了諸多嘗試[2]。2018年，順豐公司已經(jīng)獲得了我國首個無人機物流商業(yè)牌照，并成為我國首個獲得該牌照的物流企業(yè)，這也證明了該企業(yè)在無人機物流的應(yīng)用上再一次成為行業(yè)內(nèi)的“領(lǐng)路人”[3]。

1 課題背景

1.1 課題設(shè)定。無人機作為物流行業(yè)非常有價值的配送工具，是當(dāng)前物流行業(yè)中著重研究的課題之一。近年來全球有大量的無人機物流相關(guān)專利問世，其中專利申請主要來自中國和美國，分別占據(jù)全球申請量的40%和35%。本文選擇無人機物流為主題，以國家知識產(chǎn)權(quán)局專利信息檢索庫為基礎(chǔ)，以沈陽市知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)平臺作為數(shù)據(jù)庫來源，從專利申請量趨勢、重點申請人分布、技術(shù)重點分布特征、無人機物流生命周期等角度，對近年來我國無人機物流專利展開分析，為我國進一步研究開發(fā)無人機物流提供切實理論依據(jù)。

1.2 專利數(shù)據(jù)來源。本課題數(shù)據(jù)均來自沈陽市知識產(chǎn)權(quán)公共服務(wù)平臺。此平臺以各種自主開發(fā)的專題專利、非專利數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在基于人工智能等新一代信息技術(shù)之上，以個體、大中小企業(yè)和知識產(chǎn)權(quán)管理等為主體，開展知識產(chǎn)權(quán)評估、保護和預(yù)警分析等產(chǎn)品的研發(fā)；開展知識產(chǎn)權(quán)公共服務(wù)平臺產(chǎn)品研發(fā)和模式研究，開展智能專利運營模式與機制的研究。通過采用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)深度加工、智能檢索、智能組合分析、對比分析、自動估價、隱性知識挖掘、知識推送等技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新，來提高知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓和轉(zhuǎn)化率。

1.3 專利數(shù)據(jù)范圍。將專利檢索年限設(shè)定為2010年至2019年，檢索數(shù)據(jù)來源于沈陽市知識產(chǎn)權(quán)公共服務(wù)平臺，設(shè)置檢索條件，并將符合要求的2439 件專利導(dǎo)入專利分析庫。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究，我國無人機物流專利的申請始于2010年，發(fā)展增速最快為2016年至2019年，所以根據(jù)無人機物流分類提取2010年至2019年數(shù)據(jù)進行專利分析。

根據(jù)無人機物流行業(yè)的技術(shù)關(guān)鍵詞與IPC 分類號進行搜索。對無人機物流、無人機配送、無人機運輸、無人機控制、無人機通信、無人機計算、無人機信號、無人機測量、無人機儲運等多個關(guān)鍵詞進行搜索。通過無人機物流行業(yè)可知，對應(yīng)搜索的IPC 分類號可分為10 類，分別是：G05、B64、H04、G06、G01、G08、H02、B60、B65、G07。從知識產(chǎn)權(quán)平臺中篩選與無人機物流發(fā)展息息相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)專利，進行分析、對比。

1.4 專利數(shù)據(jù)分析架構(gòu)。首先，確定對國內(nèi)無人機物流行業(yè)進行專利分析，結(jié)合國外無人機物流專利申請量來分析我國無人機物流的發(fā)展態(tài)勢。對無人機物流技術(shù)進行資料收集，通過搜索大量的專利文獻、非專利文獻及論文等進行調(diào)研，確定技術(shù)分類的標(biāo)準(zhǔn)，與導(dǎo)師探討技術(shù)分類的細節(jié)，最終選擇以國家知識產(chǎn)權(quán)局專利信息檢索庫為分類基礎(chǔ)，以沈陽市知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)平臺作為無人機物流相關(guān)專利的數(shù)據(jù)庫來源。其次，根據(jù)大量參考文獻，確定無人機物流技術(shù)關(guān)鍵詞及IPC 分類號，通過知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)平臺進行搜索，在專利庫中進行專利的檢索與篩選，選擇出與無人機物流行業(yè)相關(guān)專利，全部添加至專利分析狀態(tài)欄，則可以對文獻庫進行專利數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計。

對2010年至2019年間的無人機物流行業(yè)專利申請量進行分析，可分析出歷年來國內(nèi)外的無人機物流行業(yè)趨勢，以及在該領(lǐng)域中我國在全球申請量的所占比重。通過對專利申請人以及技術(shù)重點進行分析，可分析占據(jù)我國無人機物流專利主導(dǎo)地位及技術(shù)發(fā)展的重點組織。最后根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)進行無人機物流行業(yè)生命周期的預(yù)測，并分析我國無人機智能物流行業(yè)處于何種狀態(tài)，詳細流程如圖1 所示。

圖1 專利數(shù)據(jù)分析流程圖

2 趨勢分析

2.1 專利申請量趨勢分析。無人機物流專利全球申請量比例如圖2 所示?？梢钥闯?，中國和美國無人機物流申請量分別占比40%和35%，這在一定程度上說明了中國和美國在無人機物流領(lǐng)域具有高強度的科技研發(fā)技術(shù)，原因在于中國和美國在物流、電子商務(wù)和無人機行業(yè)的蓬勃發(fā)展[4]。韓國的申請量占比12%也是不容小覷的，作為科技前沿的國家，韓國在技術(shù)領(lǐng)域時時刻刻都在不斷的突破。而德國在專利研究領(lǐng)域有一個著名的專利研究公司FIZ Karlsruhe，該公司在開展調(diào)查研究分析后，也確認(rèn)了這一增長態(tài)勢。FIZ Karlsruhe 公司發(fā)現(xiàn)，在過去五年中, 全球在涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量及公開數(shù)量都有著大幅的增加，無人機技術(shù)領(lǐng)域正呈現(xiàn)持續(xù)繁榮的態(tài)勢[5]。此外，法國和日本的申請量也有一定程度的占比，日本是較早的無人機使用國家，但是應(yīng)用于物流行業(yè)的專利并不多，但仍然說明這些國家對無人機物流行業(yè)發(fā)展的貢獻。

圖2 無人機物流專利全球申請量分析

我國無人機物流專利申請量趨勢如圖3 所示。國內(nèi)無人機物流方向?qū)＠暾埵加?010年，截止在2014年之前專利年均申請量均維持在10 件以內(nèi)，申請量增長緩慢，技術(shù)發(fā)展滯后。以2013年為拐點，隨著亞馬遜、淘寶、順豐等物流企業(yè)推進無人機物流業(yè)務(wù)的計劃，無人機物流行業(yè)進入快速發(fā)展期，以至2014年開始專利申請量呈爆發(fā)式增長。2014年至2017年這四年間保持持續(xù)增長的態(tài)勢，最高達到每年714 件，無人機物流的爆發(fā)式增長表明國內(nèi)智能物流的飛速發(fā)展，并在技術(shù)領(lǐng)域有重大的突破。2017年至2018年間，我國無人機物流行業(yè)專利申請數(shù)量為1404 件，占比為歷年來的58%，充分表明國家及企業(yè)對這一領(lǐng)域加大投入和開發(fā)力度。2017年至2018年為我國無人機物流行業(yè)的技術(shù)發(fā)展階段，也是爆發(fā)式增長的階段。直至2019年增長才有所放緩，但是增長速度減緩并不代表無人機物流行業(yè)即將進入冷卻期，只是由于很多專利申請還未公開。根據(jù)目前物流及電商行業(yè)的市場來看，可以預(yù)測未來的很長一段時間，無人配送以及智能物流有著大好的發(fā)展前景，專利申請量也勢必會有快速的增長。

圖3 無人機物流專利申請量趨勢

2.2 重點申請人分布。對申請量較多的企業(yè)申請量分布進行分析（如圖4 所示）?？梢钥吹匠觯谄髽I(yè)的申請中, 深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司的申請量最大, 這也與目前大疆在無人機領(lǐng)域中占據(jù)著絕對優(yōu)勢地位的情況相吻合[6]。大疆公司是無人機行業(yè)的標(biāo)桿，所以申請量遙遙領(lǐng)先。其他公司大多數(shù)為物流行業(yè)或者是電商行業(yè)，無人機物流是近幾年才興起的智能物流，所以大部分專利也只是近兩年才申請的，專業(yè)的電商和物流行業(yè)的專利申請數(shù)量相比于專業(yè)制造無人機的大疆公司還是有明顯的差距。京東、順豐公司研發(fā)無人機的主要目的是智能物流，近些年智能物流迅速發(fā)展，無人機物流致力于讓物流分配效率更高、速率更快。在物流行業(yè)內(nèi)京東和順豐公司專利申請量均處于領(lǐng)先地位。

圖4 重點申請人分布

2.3 技術(shù)重點分布特征。無人機物流技術(shù)領(lǐng)域分布非常廣泛，各行業(yè)中對無人機的使用都有一些共性或特定性的技術(shù)難點[7]。涉及IPC 分類號中10 個領(lǐng)域，對數(shù)據(jù)專利進行統(tǒng)計分析并得到表1。本文結(jié)合專利分析篩選出的數(shù)據(jù)，采用排名前十的IPC 作為主分類號，用來分析我國無人機物流主要專利技術(shù)領(lǐng)域的構(gòu)成及趨勢。

表1 我國無人機物流主要技術(shù)領(lǐng)域

如表1 所示，從IPC 分類號中專利數(shù)量及占比統(tǒng)計結(jié)果可以看出，我國無人機物流行業(yè)大體圍繞在10 類進行研究，從占比上可以看出我國無人機物流技術(shù)領(lǐng)域大體圍繞在控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，飛行器，通信技術(shù)與計算等幾個方面?，F(xiàn)如今，無人機物流技術(shù)尚未穩(wěn)定，其中關(guān)鍵技術(shù)之一的配送任務(wù)具有高度的隨機特性，受實際問題的影響很大，對無人機的故障容錯能力、寫作能力、數(shù)量要求、響應(yīng)能力、無人機的性能和無人機的系統(tǒng)性能要求很高[8]，而這些都屬于控制調(diào)節(jié)等系統(tǒng)，對無人機物流技術(shù)起到了舉足輕重的作用。無人機物流專利的增長體現(xiàn)著我國物流技術(shù)向更智能化的進程邁進。

通過對以上10 個IPC 分類號的研究，對無人機物流專利數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，得出技術(shù)領(lǐng)域分析圖，如圖5 所示。

累計專利申請數(shù)量排名前五的IPC 分類，分別是H04、G01、B64、G05、G06 大類，如圖6 所示?？刂?、調(diào)節(jié)系統(tǒng)（G05）一直是我國無人機物流專利研究的重要組成部分，是科技創(chuàng)新的重要領(lǐng)域之一，尤其是在2015年至2017年間呈現(xiàn)了爆發(fā)式增長，僅兩年間專利申請數(shù)量達到了257 項，這表明了我國無人機物流在控制，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中實現(xiàn)了重大的突破。飛行器、航空、宇宙航行（B64）方向?qū)＠渤尸F(xiàn)出快速增長的趨勢，雖不及控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但同樣在2015年至2017年增長迅猛，這體現(xiàn)了無人機的硬件技術(shù)也在飛速的發(fā)展。通信技術(shù)（H04）、測量（G01）和計算、推算、計數(shù)（G06）這三個方面專利在無人機智能物流大環(huán)境的影響之下也處于逐步發(fā)展的階段，雖沒呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，但2015年至2017年的專利數(shù)量增長率也保持在80%左右，對于無人機來說, 其控制系統(tǒng)是一個非常關(guān)鍵的技術(shù)因素, 而測量與測繪目前正是無人機的一個重大應(yīng)用, 在此方面, 該專利技術(shù)的申請量[9]也非常之大。這體現(xiàn)出無人機物流在通信、測量和計算方面的發(fā)展取得了顯著的成效。

圖5 技術(shù)領(lǐng)域分析圖

累計專利申請數(shù)量排名6～10 的IPC 分類，分別是G08、H02、B60、B65、G07 大類，如圖7 所示。信號裝置（G08）和發(fā)電，變電或配電（H02）從2014年開始增長迅速，勢頭迅猛，年均專利數(shù)量增長率保持在70%左右，但從2017年開始，勢頭有所下降并且波動幅度較大。一般車輛（B60）在2016年之前一直保持緩慢增長，直至2016年開始才明顯增長加快，這也體現(xiàn)了無人機物流方向發(fā)展的先后順序，是先從軟件再到硬件方面。輸送、包裝、儲存、搬運（B65）和核算裝置（G07）2015年之前增長緩慢，2015年后開始加快增長趨勢，但是漲幅一直波動較大，這也體現(xiàn)出了無人機物流方面尚處于摸索發(fā)展的階段。

圖6 IPC 分類排名1～5 技術(shù)專利趨勢分析圖

圖7 IPC 分類排名6～10 技術(shù)專利趨勢分析圖

3 無人機物流生命周期

通常我們把一種技術(shù)的生命周期分為五個階段，分別是起步階段、技術(shù)發(fā)展階段、技術(shù)成熟階段、技術(shù)衰退階段和技術(shù)再發(fā)展階段。一個完整的技術(shù)生命周期是一段時間內(nèi)專利申請人與專利申請量之間的曲線變化關(guān)系而定，呈現(xiàn)出了技術(shù)生命周期圖，如圖8 所示。

在起步階段，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)并結(jié)合折線圖中的趨勢，發(fā)現(xiàn)當(dāng)技術(shù)正在處于實驗、開發(fā)階段，這時“專利申請數(shù)量和專利申請人數(shù)量”都相對較少，此時該階段還并未商品化。 隨后進入到技術(shù)發(fā)展階段，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)并結(jié)合折線圖中的趨勢分析后，發(fā)現(xiàn)專利申請數(shù)量大幅提升，隨之而來，專利申請人數(shù)也會顯著增加，此時呈現(xiàn)出的增長態(tài)勢為正向，而此階段表明與專利相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)面向市場，此時多為產(chǎn)品導(dǎo)向?qū)＠?。?dāng)技術(shù)達到一定的水平，那么技術(shù)將進入成熟階段。結(jié)合折線圖中的生命周期趨勢，并根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)技術(shù)處于成熟階段時，“專利數(shù)量持續(xù)增加，申請人數(shù)量維持不變”，表明此階段以占有市場為目的商品為主，以商品改良設(shè)計型專利為主。而當(dāng)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對成熟時，就很容易遇到技術(shù)瓶頸，從而使技術(shù)步入了衰退階段，結(jié)合折線圖中的生命周期趨勢，并根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，會發(fā)現(xiàn)此時“專利數(shù)量維持不變，申請人數(shù)量大大減少”，呈現(xiàn)反向增長態(tài)勢，表明此階段正處于市場淘汰階段，此時商品型態(tài)已經(jīng)固定，專利技術(shù)在之前母專利的基礎(chǔ)上進行小幅度的改良，此時市場以小幅改進型專利為主，專利技術(shù)暫無重大突破，僅有少數(shù)具有優(yōu)勢的廠商在當(dāng)前市場中生存。當(dāng)之前的技術(shù)瓶頸被攻克時，技術(shù)又得到發(fā)展時，進入技術(shù)再發(fā)展階段。結(jié)合折線圖中的生命周期趨勢，并根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，會發(fā)現(xiàn)此時“專利數(shù)量逐漸增加”，申請人數(shù)量同步有所增長，表明此階段通常突破了瓶頸期，出現(xiàn)了新的技術(shù)發(fā)展方向。

通過模型公式可以得出現(xiàn)階段無人機物流行業(yè)的技術(shù)處于何種時期，可以更好地反映出變化趨勢。技術(shù)成長速率公式如下：

其中：v 代表技術(shù)成長速率，x 代表該技術(shù)在該年內(nèi)的發(fā)明專利申請量或授權(quán)量，R 代表該技術(shù)在5年內(nèi)的發(fā)明專利申請量或授權(quán)量。如果得出技術(shù)成長速率v 的結(jié)果持續(xù)增加，說明該技術(shù)正處于發(fā)展階段。

技術(shù)成熟速率系數(shù)公式如下：

其中：k 代表技術(shù)成熟速率系數(shù)，y 代表技術(shù)在該年實用新型專利申請量或授權(quán)量。如果得出結(jié)果k 系數(shù)逐漸減小，說明該技術(shù)處于成熟期。

技術(shù)衰退速率系數(shù)公式如下：

其中：l 代表技術(shù)衰退速率系數(shù)，z 代表技術(shù)在該年外觀專利申請量或授權(quán)量。如果得出結(jié)果l 系數(shù)逐漸減小，說明該技術(shù)處于衰退期。

圖8 技術(shù)生命周期圖

表2 是根據(jù)2010年至2019年對無人機物流等相關(guān)發(fā)明專利、外觀專利、實用新型專利申請量數(shù)據(jù)進行的歸納統(tǒng)計，得出10年內(nèi)相關(guān)系數(shù)?？梢钥闯觯?010年至2018年之間技術(shù)成長速率v 一直處于穩(wěn)定增長趨勢，增長速度越來越快，說明該技術(shù)正處于成長階段。在2018年至2019年之間技術(shù)成長速率v 雖然處于緩慢下降趨勢，但技術(shù)成熟速率系數(shù)k 依然處于緩慢增長趨勢，說明該技術(shù)在近兩年在成長階段正趨向成熟。技術(shù)衰退速率系數(shù)l 雖有所下降，但幅度基本保持不變，且系數(shù)居高不下，說明該技術(shù)基本未開始衰退。綜上所述，無人機物流技術(shù)正處于發(fā)展且趨向成熟階段[10]。

表2 近10年內(nèi)無人機物流相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計表

4 結(jié)束語

中國專利已歷經(jīng)多年的沉淀和洗禮，越來越受到社會各界的關(guān)注，影響力越發(fā)深遠，對社會創(chuàng)新工作的促進和對行業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)作用正在進一步顯現(xiàn)[11]。無人機物流專利申請是面向全球背景下的一種科技創(chuàng)新發(fā)展，本文主要從專利申請量趨勢、重點申請人分布、技術(shù)重點分布特征、無人機物流生命周期四個方面對此前的無人機物流相關(guān)專利申請概況進行了綜合分析。可知，根據(jù)無人機物流專利申請量方面來看，我國正處于高速發(fā)展階段，增長趨勢仍會延續(xù)。在物流行業(yè)和電子商務(wù)行業(yè)的帶領(lǐng)下，我國無人機物流專利申請量處于領(lǐng)頭羊的位置，在該領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)逐步趕超其他國家。從技術(shù)重點分布特征方面，我國在控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)方面有深入的科技研究。無人機物流是智慧物流和傳統(tǒng)物流的結(jié)合，用無人機對貨物進行運輸，配送是物流行業(yè)發(fā)展的趨勢，但無人機物流行業(yè)的規(guī)范仍不完整，仍受政策、技術(shù)的制約，雖然有一定的困難，但仍然給智能物流行業(yè)帶來了期待，無人機物流行業(yè)需要實際應(yīng)用來推動，從而不斷的向前發(fā)展。