精準農(nóng)業(yè)領域專利競爭態(tài)勢分析

吳曉燕 許海云 宋 琪 陳 方 丁陳君 鄭 穎

（中國科學院成都文獻情報中心，成都610041）

精準農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture）主要基于3S技術、傳感器技術、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化技術手段，實現(xiàn)對耕種過程進行精準控制，對作物長勢、受災等各方面的情況進行精準監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況精準調(diào)節(jié)耕作投入，實現(xiàn)精準耕作、精準灌溉、精準施肥施藥、精準播種、精準收獲，以最少的投入實現(xiàn)同等收入或更高收入［1］。精準農(nóng)業(yè)領域主要技術包括遙感技術（Remote Sensing，RS）、地理信息技術（Geographic Information Systems，GIS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、專家系統(tǒng)（Expert System，ES）、決策支持系統(tǒng)（Decision Support System，DSS）、作物生長模擬系統(tǒng)（Simulation System，SS）、物聯(lián)網(wǎng)技術（Internet of Things Technology，ITT）和變量投入技術（Variable Rate Technology，VRT）等，根據(jù)其功能可以分為信息采集和傳輸、信息處理、變量作業(yè)、集成系統(tǒng)和裝備自動化五大類［2］。

美國是最早發(fā)展精準農(nóng)業(yè)的國家，1974年最先開展“大面積作物估產(chǎn)試驗”（即 LACIE計劃），利用陸地衛(wèi)星影像對農(nóng)作物進行識別并估算農(nóng)作物的面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)；1980年制定“基于空間遙感技術的農(nóng)業(yè)和資源調(diào)查計劃”（即AGRISTARS計劃）［3］，對全球的多種糧食作物的長勢和總產(chǎn)量進行評估和預報。1999年美國研究專著《二十一世紀的精準農(nóng)業(yè)——作物管理中的地理空間和信息技術》［4］闡述了精準農(nóng)業(yè)領域研究現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)化面臨的機遇和挑戰(zhàn)等。2016年美國《聯(lián)邦土壤科學戰(zhàn)略計劃框架》提出美國土壤科學未來的重點發(fā)展建議［5］。2018年，美國國家科學院發(fā)布《至2030年推動農(nóng)業(yè)與食品研究的科學突破戰(zhàn)略研究報告》［6］，重點關注提高糧食和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)效率、提高農(nóng)業(yè)發(fā)展可持續(xù)性和調(diào)控農(nóng)業(yè)系統(tǒng)應對環(huán)境變化等。

歐洲對精準農(nóng)業(yè)的關注也相對較早，歐盟于1987年提出農(nóng)業(yè)遙感計劃（MARS計劃）以期利用遙感技術建立歐盟區(qū)農(nóng)作物估產(chǎn)系統(tǒng)。2014年，歐洲聯(lián)合研究中心（Joint Research Centre，JRC）發(fā)布《精準農(nóng)業(yè)：歐盟2014—2020年行動計劃為歐盟農(nóng)民提供潛在支持》報告［7］，對耕地、永久性作物和奶牛養(yǎng)殖領域中的精準農(nóng)業(yè)最新技術進行了總結，探討了精準農(nóng)業(yè)技術的應用趨勢和影響因素。在2017年歐盟發(fā)布的《地平線2020工作計劃（2016—2017）》［8］中，機器人技術在精準農(nóng)業(yè)中的發(fā)展被單獨列出，利用智能機器人技術幫助現(xiàn)代農(nóng)業(yè)達到較高精度被作為一項重要行動。2019年4月，歐洲建立更穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)知識和創(chuàng)新系統(tǒng)（Agricultural Knowledge and Innovation System，AKIS）以促進農(nóng)業(yè)和農(nóng)村地區(qū)的知識、技術和創(chuàng)新，充分利用精準農(nóng)業(yè)技術，使農(nóng)業(yè)變得更智能、更高效和更可持續(xù)。英國政府高度重視利用大數(shù)據(jù)技術和信息技術提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，2013年啟動《農(nóng)業(yè)技術戰(zhàn)略》政府報告［9］，旨在解決英國農(nóng)業(yè)科技成果轉化的瓶頸問題，以提高英國農(nóng)業(yè)競爭力。德國是全球農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化強國，擁有高度發(fā)達的農(nóng)業(yè)科技，政府對于精準農(nóng)業(yè)發(fā)展重視程度高、資金投入量大。法國是僅次于美國的世界第二大農(nóng)產(chǎn)品出口國，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、產(chǎn)值均居歐洲之首，政府主導的農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫已十分完備，打造“大農(nóng)業(yè)”數(shù)據(jù)體系以支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展，同時，政府、農(nóng)業(yè)合作組織以及私人企業(yè)共同承擔農(nóng)業(yè)信息化建設，構成獨特的“三位一體”農(nóng)業(yè)信息化體系。

在1993年由東京農(nóng)工大學與北海道大學聯(lián)合舉辦的農(nóng)業(yè)機械學會的研討會上，有學者提出特定地點作物管理（Site-Specific Crop Management，SSCM）的概念，日本的精準農(nóng)業(yè)自此開始發(fā)展。農(nóng)業(yè)信息化和數(shù)字化是日本政府重點支持的領域，2004年農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被列入日本政府計劃，日本總務省提供了U-Japan計劃［10］，旨在構建一個人與物互聯(lián)的網(wǎng)絡社會，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是其重要組成部分。直接服務于農(nóng)民的全國聯(lián)機網(wǎng)絡有效推進農(nóng)業(yè)信息基礎設施建設，全國聯(lián)機網(wǎng)絡運用計算機管理農(nóng)業(yè)信息，病蟲害防治、農(nóng)業(yè)技術及作物栽培等專業(yè)數(shù)據(jù)庫為日本精準農(nóng)業(yè)的開展提供了保障［11］。如今日本精準農(nóng)業(yè)更側重物聯(lián)網(wǎng)技術和航空植保精準作業(yè)，使用物聯(lián)網(wǎng)技術作業(yè)的農(nóng)戶占到50%以上，應用農(nóng)業(yè)裝備自動化技術的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門達到92%，航空植保精準作業(yè)面積超過了50%。

20世紀90年代中后期，我國才開始出現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)概念，政府自此開始重視精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展，國家“863計劃”開展“智能化農(nóng)業(yè)信息技術應用示范工程”［12］，利用現(xiàn)代信息技術改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)信息化水平，提高科技在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中的貢獻率，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。同期我國還建立了北方多省市冬小麥的氣象遙感估產(chǎn)運行系統(tǒng)，開展作物遙感估產(chǎn)的研究和實驗［13］。工信部等五部委發(fā)布的《農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化行動計劃（2010—2012年）》［14］強調(diào)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息科技發(fā)展，完善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和市場監(jiān)管信息服務體系，用現(xiàn)代信息技術改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。《“十三五”全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展規(guī)劃》《全國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016—2020年）》［15］等政策部署為推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和精準農(nóng)業(yè)進一步發(fā)展奠定基礎。2018年9月，國務院印發(fā)《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》［16］，表示要加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐，對耕地面積、耕地質(zhì)量、以及精準化管理提出要求，強調(diào)農(nóng)業(yè)裝備智能化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準化。2019年5月國務院印發(fā)的《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》［17］強調(diào)推進農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉型，強化農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，加快推廣云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理中的運用，促進新一代信息技術與種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等全面深度融合應用，建設智慧農(nóng)（牧）場，推廣精準化農(nóng)（牧）業(yè)作業(yè)。

專利文獻匯集技術、經(jīng)濟、法律信息于一體，最能反映最新的研究開發(fā)及技術創(chuàng)新水平。本文通過調(diào)研分析全球精準農(nóng)業(yè)領域專利文獻，運用文獻計量和可視化方法，展現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)專利技術的發(fā)展態(tài)勢和研發(fā)活動特點，為我國相關研發(fā)工作的開展和政策制定提供參考信息。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

本文以北京合享智慧科技有限公司的inco-Pat專利數(shù)據(jù)庫作為檢索來源，通過關鍵詞和專利分類號進行組合檢索，選用發(fā)明專利文本作為研究對象，進行申請?zhí)柡喜⒆鳛閷＠獢?shù)（件）統(tǒng)計，進行簡單同族合并進行專利家族數(shù)（項）統(tǒng)計，專利申請時間選擇是1999—2018年，檢索日期為2019年6月13日。

2 結果與討論

2.1 專利申請年度趨勢

1999—2018年期間，全球申請精準農(nóng)業(yè)領域專利共計6985項（9455件），專利申請趨勢如圖1所示。1999—2012年期，相關專利數(shù)量增長緩慢，其主要驅動因素是GPS、GIS和RS技術對農(nóng)業(yè)的支撐作用日漸明顯；2013年后，隨著傳感器技術和信息技術的快速發(fā)展，精準農(nóng)業(yè)技術進一步迭代更新，專利數(shù)量大幅度增長，精準農(nóng)業(yè)技術進入繁榮發(fā)展階段。由于專利申請到公開最長有18個月遲滯，截至檢索日，2018年還有部分專利申請尚未公開。

圖1 精準農(nóng)業(yè)領域專利申請趨勢Fig.1 Trend of Patent Application in Precision Agriculture

2.2 關鍵專利技術

本研究根據(jù)功能將精準農(nóng)業(yè)技術分為5大分支，分別為信息采集和傳輸、信息處理、變量作業(yè)、集成系統(tǒng)和裝備自動化技術。所有精準農(nóng)業(yè)領域專利中信息采集和傳輸?shù)膶＠麛?shù)量最多（3327項），排名第二的是變量作業(yè)（2867項），其次是集成系統(tǒng)（1158項）和裝備自動化（805項），最后是信息處理系統(tǒng)（759項）。

各類型的專利申請趨勢如圖2所示，總體看來，五種類型的專利數(shù)量增長趨勢與專利總數(shù)趨勢保持一致，專利數(shù)量前期增長緩慢，2013年后增長明顯。其中信息采集和傳輸技術、變量作業(yè)技術兩類的專利數(shù)量占據(jù)主導優(yōu)勢，增長趨勢最為明顯，特別是2014年之后增長迅速；集成系統(tǒng)、裝備自動化和信息處理技術專利數(shù)量并駕齊驅，增長也較為明顯。

圖2 分支技術專利申請趨勢Fig.2 Trends in Patent Applications for Branch Technology Types

對專利文獻進行專利地圖聚類，如圖3所示，目前全球精準農(nóng)業(yè)領域專利活動大致分為以下6個主題：1）土壤、作物、病蟲害及氣象信息采集；2）數(shù)據(jù)采集、圖像處理；3）農(nóng)業(yè)機械和變量作業(yè)裝備控制；4）專家系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)；5）系統(tǒng)集成和智能控制系統(tǒng)；6）作業(yè)部件及其裝備自動化。其中土壤、作物、病蟲害及氣象信息采集，農(nóng)業(yè)機械和變量作業(yè)裝備控制，系統(tǒng)集成和智能控制系統(tǒng)是當前精準農(nóng)業(yè)領域專利研發(fā)活動的熱點主題。

信息采集和傳輸技術是精準農(nóng)業(yè)的源頭環(huán)節(jié)，土壤、氣象、作物生長和病蟲草害等田間信息，是精準農(nóng)業(yè)實踐的基礎和前提。當前信息采集和傳輸技術主要包括：全球定位導航系統(tǒng)、遙感技術、信息采集傳感器、機器視覺和信息傳輸。如表1所示，信息采集和傳輸技術專利數(shù)量最多的技術主題是信息采集傳感器，接下來依次是機器視覺、全球定位導航系統(tǒng)、信息傳輸技術和遙感技術。信息采集傳感器專利以氣象信息傳感器專利最多，遠超于排名其后的是土壤信息傳感器，再次是作物病/蟲/草害傳感器、作物生長傳感器和畜牧/水產(chǎn)養(yǎng)殖信息傳感器；機器視覺專利以圖像采集和圖像處理技術為主要構成。

圖3 精準農(nóng)業(yè)專利技術景觀圖Fig.3 Landscape Map of Precision Agriculture Patent Technology

表1 精準農(nóng)業(yè)專利技術構成（單位：項）Tab.1 Composition of Precision Agriculture Patent Technology

變量作業(yè)是指按區(qū)內(nèi)要素的空間變量數(shù)據(jù)精確設定和實施最佳播種、施肥、灌溉、用藥、收割等多種農(nóng)事操作。變量作業(yè)裝備專利數(shù)量最多的是變量灌溉機和變量播種/插秧機，其次是智能收割機、變量施肥機、變量農(nóng)藥噴灑機和畜牧/水產(chǎn)管理控制。變量作業(yè)導航利用最多的是速度傳感器，其次是紅外傳感器、雷達、激光傳感器、慣性傳感器、超聲波傳感器，最后是陀螺儀、地磁方位傳感器。

2.3 重要國家/地區(qū)分布

2.3.1 專利來源國家/地區(qū)分布

專利技術來源國家/地區(qū)信息反映了技術創(chuàng)新發(fā)源地的創(chuàng)新能力和活躍程度，為區(qū)域間的技術合作和競爭提供有用的信息。由表2可知，中國是精準農(nóng)業(yè)領域專利最大的來源國，在專利數(shù)量上占有絕對優(yōu)勢；美國最早開始精準農(nóng)業(yè)相關研究，是精準農(nóng)業(yè)專利技術的重要來源國家；日本盡管并非農(nóng)業(yè)大國，但在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)先進技術行列占有一席之地，相關專利量位列全球第三；德國和俄羅斯分別位列第四和第五，也是精準農(nóng)業(yè)領域專利主要產(chǎn)出國。

表2 精準農(nóng)業(yè)領域TOP10專利來源國家/地區(qū)Tab.2 Distribution of Country/Region Patents for Precision Agriculture

2.3.2 專利受理國家/地區(qū)分布

專利受理國家/地區(qū)分布反映了國家/地區(qū)市場受重視程度以及專利保護強度。由表3可知，在精準農(nóng)業(yè)領域專利技術方面，中國是最重要的專利布局地，占比44.58%，美國和日本位列中國之后，分別占比12.90%和10.85%，其次是EPO和WIPO，德國、加拿大和俄羅斯也是重要的專利布局國家?？傮w而言，精準農(nóng)業(yè)領域專利受理國家/地區(qū)與技術來源國/地區(qū)基本重合，主要集中于東亞、北美和歐洲地區(qū)。澳大利亞、巴西、印度、阿根廷也存在少量專利受理，非洲市場尚未成為受重視的技術輸出和保護地。

表3 精準農(nóng)業(yè)TOP15專利受理國家/地區(qū)Tab.3 Distribution of Countries/Regions Acceptance Patent for Precision Agriculture

2.3.3 重要國家專利申請趨勢

1999至2018年期間，中、美、日三國共申請精準農(nóng)業(yè)領域專利5994項，占全球相關專利的85.81%。2010年之前的精準農(nóng)業(yè)領域專利由日本和美國主導，兩者專利數(shù)量并駕齊驅，呈現(xiàn)較為緩慢的波動上升，至2017年的專利數(shù)量分別達到98和118項；中國于2002年申請了第一件精準農(nóng)業(yè)領域專利（苜草種植管理與病蟲害防治專家系統(tǒng)），專利數(shù)量前期增長緩慢，隨著信息技術發(fā)展和精準農(nóng)業(yè)政策的出臺，2010年后專利數(shù)量開始快速增長，2011年趕超美國和日本成為專利數(shù)量最多的國家，隨著我國精準農(nóng)業(yè)領域研究機構的不斷增加，2014年之后相關專利數(shù)量增長迅猛，2017年專利數(shù)量達到933項，遙遙領先于其他國家（圖4）。

圖4 重要國家專利申請趨勢Fig.4 Patent Application Trends of Major Countries

2.3.4 重要國家專利技術構成

比較中國、日本、美國和其他國家精確農(nóng)業(yè)專利技術構成（表4），既存在相同的重點布局技術分支，又各有側重。總體看來，變量作業(yè)裝備及其導航技術和信息采集傳感器是所有國家都很關注的技術分支，而地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集成、軟件集成和機器人技術關注度普遍不高。此外，中國還關注硬件控制集成、系統(tǒng)集成；日本還重點布局機器視覺；美國在系統(tǒng)集成、自動化裝備也有較高關注度；其他國家也較重視系統(tǒng)集成和自動化裝置。

2.4 重要專利申請人

2.4.1 各技術分類重要專利申請人

分析中國、日本、美國和其他國家重要專利申請人及其重點布局技術類型，如表5所示，在信息采集和傳輸方面，專利數(shù)量較多的是日本井關農(nóng)機公司（97）、美國DEERE公司（64）、日本洋馬公司（58）、CNH美國公司（52）；信息處理方面，江蘇大學（10）、日本日立公司（10）、洋馬公司（10）、美國 ITERIS公司（10）表現(xiàn)突出；變量作業(yè)以日本井關農(nóng)機公司（186）、日本洋馬公司（101）、美國DEERE公司（89）進行的專利研發(fā)最多；北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心（47）、美國DEERE公司（31）在集成系統(tǒng)上布局較多；井關農(nóng)機公司（31）、CNH美國公司（18）、北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心（16）也較重視裝備自動化技術。對比分析中國、日本、美國和其他國家的重要申請人類型，來源中國的精準農(nóng)業(yè)領域重要專利申請人以高校和研究所居多，來源日美和其他國家的重要專利申請人以企業(yè)居多。

表4 重要國家專利技術構成（單位：項）Tab.4 Major Countries Patent Technology Distribution

表5 不同技術類型重要專利申請人及其專利申請量Tab.5 Important Patent Applicants of Different Technology Types and Patent Application Number

2.4.2 重要申請人專利年度分布

中國精準農(nóng)業(yè)專利數(shù)量排名前四位的是北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心、中國農(nóng)業(yè)大學、北京農(nóng)業(yè)信息技術研究中心和江蘇大學。由表6可知，這四個專利申請人開始精準農(nóng)業(yè)領域專利研發(fā)時間較晚，近五年專利占比均在50%以上，專利數(shù)量總體都呈現(xiàn)增長趨勢。北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心成立于2007年，致力于突破農(nóng)業(yè)智能裝備設計、加工、制造關鍵技術，開發(fā)適用于我國生產(chǎn)規(guī)模和經(jīng)營方式的農(nóng)業(yè)智能裝備產(chǎn)品；中國農(nóng)業(yè)大學在2002年建立現(xiàn)代精細農(nóng)業(yè)系統(tǒng)集成研究教育部重點實驗室，開展精細農(nóng)業(yè)基礎研究和技術創(chuàng)新；北京農(nóng)業(yè)信息技術研究中心于2001年組建，進行農(nóng)業(yè)信息源頭技術創(chuàng)新、技術平臺構建和重大產(chǎn)品研發(fā)；江蘇大學2007年開始建設現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術教育部重點實驗室，開展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備和關鍵技術的研究。

日本精準農(nóng)業(yè)領域專利數(shù)量排名前四位是日本井關農(nóng)機株式會社、日本洋馬株式會社、日本久保田株式會社和日本三菱電機株式會社，這四家日本企業(yè)都較早進行精準農(nóng)業(yè)領域專利研發(fā)，近五年也保持較高的活躍度，專利占比在30%～50%，井關農(nóng)機和久保田保持增長趨勢，洋馬和三菱電機專利數(shù)量維持6項和2項左右波動。日本井關農(nóng)機株式會社成立于1926年，主要從事整地、栽培、收獲等農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)和銷售，2003年在中國設立井關農(nóng)機（常州）有限公司，2011年設立東風井關農(nóng)業(yè)機械（湖北）有限公司；日本洋馬農(nóng)機株式會社成立于1912年，是世界頂級農(nóng)業(yè)品牌，在亞洲、歐洲、北美洲和南美洲等地擁有多個生產(chǎn)制造基地、公司以及零部件經(jīng)銷中心；日本久保田株式會社成立于1890年，是一家拖拉機和重型設備制造商，該公司農(nóng)業(yè)和工業(yè)機械部門提供拖拉機、聯(lián)合收割機、水稻插秧機等農(nóng)業(yè)設備，2012年在中國成立久保田發(fā)動機（無錫）有限公司；日本三菱電機株式會社成立于1921年，在全球電力設備、通信設備、工業(yè)自動化、電子元器件等市場占據(jù)著重要的地位，三菱電機憑借其技術優(yōu)勢在精準農(nóng)業(yè)領域也占據(jù)一席之地。

美國精準農(nóng)業(yè)領域專利數(shù)量排名前四位的是CNH全球有限公司、美國DEERE公司、美國CLIMATE公司、美國AGCO公司，總體專利數(shù)量處于增長趨勢，近五年專利占比在50%以上；CLIMATE公司相關專利申請在2012年之后，其他三家公司布局精準農(nóng)業(yè)領域較早，AGCO公司專利數(shù)量從2016年開始下降。CNH全球有限公司1999年成立，總部在美國，其農(nóng)用拖拉機和聯(lián)合收割機的生產(chǎn)世界排名第一，工程機械生產(chǎn)列世界第三，1995年進入中國市場，后建立凱斯紐荷蘭機械（哈爾濱）有限公司、凱斯紐荷蘭機械貿(mào)易（上海）有限公司和上海紐荷蘭農(nóng)業(yè)機械有限公司；美國Deere公司成立于1837年，是全球非道路用柴油發(fā)動機的領先制造商，主要從事農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草坪等養(yǎng)護、灌溉設備制造和銷售；CLIMATE公司原本是一家意外天氣保險公司，2014年被孟山都（全球領先農(nóng)業(yè)公司）收購，其數(shù)據(jù)專長方面為孟山都提供強大的補充，CLIMATE正在向全球拓展其業(yè)內(nèi)領先的Climate FieldView數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺業(yè)務；AGCO公司是世界領先的農(nóng)業(yè)解決方案提供商，從事農(nóng)業(yè)設備和相關替換零件的制造與銷售，旗下五大核心品牌：麥賽福格森、維美德、芬特、挑戰(zhàn)者和谷瑞，提供精準農(nóng)業(yè)技術及農(nóng)場優(yōu)化服務。

其他國家的重要專利申請人有德國CLAAS公司和德國AMAZONENWERKE公司，兩者開展相關專利研發(fā)較早，前期專利數(shù)量較少，近兩年專利數(shù)量增長明顯。德國CLAAS公司于1913年創(chuàng)建，是世界著名的農(nóng)牧業(yè)機械和農(nóng)用車輛制造商，產(chǎn)品包括聯(lián)合收割機、農(nóng)用運輸機械、拖拉機和割草機、摟草機、翻曬機、打捆機等；AMAZONENWERKE創(chuàng)建于1883年，是全球農(nóng)業(yè)技術的先驅者，向全球70多個國家出口產(chǎn)品，年營業(yè)額超過4.68億歐元，重要產(chǎn)品包括播種機、耕地機、精準空氣播種機和農(nóng)作物保護噴霧器等。

表6 重要申請人專利年度分布Tab.6 Annual Trend of Major Applicants

2.4.3 重要專利申請人技術布局

從圖5可以看出，14個專利申請人都在變量作業(yè)裝備及其導航技術、信息采集傳感器方面申請了較多專利，其中日本井關農(nóng)機株式會社、洋馬株式會社、CNH全球公司均在變量作業(yè)裝備上布局了95項以上的專利，是該技術主題的領先者。北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心還在硬件控制、系統(tǒng)集成、機器視覺和自動化裝置方面開展較多研究；井關農(nóng)機株式會社、洋馬株式會社、久保田株式會社布局相似，還在全球定位系統(tǒng)布局較多專利，井關農(nóng)機株式會社還關注自動化裝置；CNH全球公司和DEERE公司還布局較多系統(tǒng)集成、硬件控制集成專利，自動化裝置也是關注方向；德國CLAAS公司也關注機器視覺和硬件控制集成。

2.4.4 專利被引情況和海外布局

圖5 重要專利申請人專利技術布局Fig.5 Patent Technology Layout of Important Patent Applicants

專利被引用情況可以從某種程度上反映專利價值，本研究依據(jù)專利申請人篇均被引次數(shù)和被引專利占比來評估專利申請人在該技術領域的影響力水平。綜合來看，排名前四的是美國DEERE公司、美國CLIMATE公司、美國AGCO公司和德國CLAAS公司，除CLIMATE外的其他三家都是農(nóng)業(yè)機械領域的元老，專利影響力最大，而CLIMATE有大數(shù)據(jù)優(yōu)勢加持，實力強勁；其次是德國AMAZONEN WERKE公司、中國農(nóng)業(yè)大學、北京農(nóng)業(yè)信息技術研究中心、江蘇大學和井關農(nóng)機株式會社；再次是日本洋馬株式會社、日本久保田株式會社、日本三菱株式會社和北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心，其中北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心被引用次數(shù)較少也可能與專利公開較晚有關。

專利的國際布局情況可以反映出專利的市場價值和專利申請人的海外專利保護意識。如表8所示，美國和德國的企業(yè)更加重視布局國際市場，海外專利占比均在45%以上，其中美國CLIMATE公司平均每個專利在4個地區(qū)進行布局，海外專利占比78.85%；日本的四家企業(yè)海外專利占比在10%～30%，平均每個專利布局1.06～1.32個區(qū)域；中國的四家研究單位海外專利占比在5%以下，平均每個專利布局少于1.05個區(qū)域，結合專利被引情況（表7），這四家機構的專利價值不弱，但海外專利保護意識還有待加強。

表7 精準農(nóng)業(yè)領域重要專利申請人影響力水平Tab.7 Influence of Important Applicants in Precision Agriculture

序號 機構名稱 篇均被引被引專利占比技術特長 高被引專利8 C N H全球公司 3.0 0 5 8.0 9%變量作業(yè)裝備，系統(tǒng)集成，硬件控制集成，自動化裝備U S 6 4 4 5 9 8 3 B 1 U S 6 3 8 5 5 1 5 B 1 U S 5 9 9 5 8 9 4 A U S 6 0 5 8 3 4 2 A 9 北京農(nóng)業(yè)信息技術研究中心 2.6 1 4 7.4 6%1 0 德國A M A Z O N E N W E R K E公司 2.4 2 5 8.0 6%1 1 日本井關農(nóng)機株式會社 2.0 0 5 0.7 3%1 2 日本久保田株式會社 1.9 1 4 6.5 9%1 3 日本三菱株式會社 1.5 0 5 0.0 0%變量作業(yè)導航技術，信息采集傳感器，變量作業(yè)裝備，系統(tǒng)集成變量作業(yè)裝備，變量作業(yè)導航技術，信息采集傳感器變量作業(yè)裝備，變量作業(yè)導航技術，信息采集傳感器變量作業(yè)裝備，變量作業(yè)導航技術，全球定位導航系統(tǒng)變量作業(yè)裝備，變量作業(yè)導航技術，信息采集傳感器C N 1 0 3 0 3 4 9 1 0 A C N 1 0 1 9 0 2 6 1 8 A C N 1 0 1 9 0 7 4 5 3 A C N 1 0 5 1 9 7 2 4 3 B D E 1 0 2 0 0 4 0 1 1 3 0 2 A 1 D E 1 9 9 2 1 9 9 5 A 1 E P 9 1 7 8 1 6 A 1 E P 1 4 4 4 8 7 9 A 1 J P 2 0 0 7 2 4 8 3 4 7 A J P 2 0 0 0 1 6 1 0 9 0 A J P 2 0 0 6 2 2 3 1 0 5 A J P 2 0 0 9 1 1 8 8 4 6 A J P 2 0 1 5 1 1 2 0 7 1 A J P 2 0 0 0 0 8 4 4 9 5 A J P 2 0 0 3 3 3 3 9 0 2 A J P 2 0 0 0 1 8 4 8 0 5 A J P 2 0 0 9 0 4 4 9 9 5 A J P 2 0 1 3 2 3 0 0 8 8 A J P 1 1 1 9 6 6 9 3 A J P 2 0 0 5 0 5 8 0 5 6 A 1 4 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心 1.4 0 3 2.8 8%變量作業(yè)裝備，變量作業(yè)導航技術，信息采集傳感器C N 1 0 1 8 0 3 5 0 7 A C N 1 0 1 9 6 3 5 8 4 A C N 1 0 2 5 2 3 8 3 9 A C N 1 0 2 2 4 6 6 2 0 A

表8 精準農(nóng)業(yè)重要專利申請人海外布局Tab.8 Overseas Distribution of Important Applicants

3 結論與展望

精準農(nóng)業(yè)通過信息技術實現(xiàn)更準確、更細致的農(nóng)作物管理，主要利用嵌入式和遠程傳感器在時間和空間上測量土壤和作物參數(shù)，通過軟件分析變化相關性和趨勢，為物料投入提供信息，從而更準確和更有針對性地應用種子、肥料、農(nóng)藥和其他投入。其總體目標是在減少投入的情況下增加（或維持）產(chǎn)量、降低成本、減少環(huán)境污染、節(jié)約資源、保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。近年來，氣候問題導致農(nóng)作物減產(chǎn)，糧食短缺問題日益突出，精準農(nóng)業(yè)技術也受到越來越多的關注，各國都紛紛制定精準農(nóng)業(yè)發(fā)展政策，其專利技術研發(fā)熱度也不斷攀升。

經(jīng)過分析全球范圍內(nèi)精準農(nóng)業(yè)技術相關專利，得到如下結論與啟示：

1）在過去的20年，精準農(nóng)業(yè)技術發(fā)展非常迅速，相關專利產(chǎn)出呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，說明精準農(nóng)業(yè)領域技術研發(fā)與應用仍然在快速發(fā)展之中，市場前景廣闊。2010年之前，精準農(nóng)業(yè)領域技術由美國和日本主導，中國進入該領域較晚；2010年之后，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)政策扶持下我國積極推進農(nóng)業(yè)信息化建設，北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心等精準農(nóng)業(yè)領域研究機構紛紛建立并取得階段性成果，中國的精準農(nóng)業(yè)領域專利數(shù)量也出現(xiàn)明顯增長，趕超美國和日本，成為專利數(shù)量排名第一的國家，并遙遙領先于其他國家，這說明我國在精準農(nóng)業(yè)領域的專利研發(fā)上已取得了巨大進步和發(fā)展。然而，我國精準農(nóng)業(yè)領域的研究與應用大部分局限于GIS、GPS、RS等單項技術領域與農(nóng)業(yè)領域的結合，沒有形成精準農(nóng)業(yè)完整的技術體系，目前我國關于精準農(nóng)業(yè)的研究應用還處于起步階段。

2）從專利技術布局來看，變量作業(yè)裝備是當前研發(fā)熱點，技術分支布局廣泛，各國的專利申請都較多，日本井關農(nóng)機株式會社、洋馬株式會社、CNH全球有限公司等機構均擁有較多的專利申請，重復研發(fā)風險非常高，分析當前專利特點，此類研發(fā)可關注實現(xiàn)構造簡單化與便攜化。與之相配合的變量作業(yè)導航技術也是各專利申請人技術研發(fā)的重點，其中速度傳感器、紅外傳感器、激光傳感器、慣性傳感器、超聲傳感器和雷達都有較多專利布局，可挖掘其他傳感器或者多傳感器組合改進變量作業(yè)的準確性和安全性。信息采集傳感器也存在較高的重復研發(fā)風險，具備較多的發(fā)明人和申請人，各國都有較多市場布局，其中氣象信息傳感器是研發(fā)重點，作物流量傳感器和產(chǎn)品信息傳感器專利數(shù)量還未形成優(yōu)勢，可以增加關注度，提高信息采集的靈敏度和準確性是該技術分支的努力方向。未來機器視覺在圖像處理算法上尚有很大改進空間，需要新理論、新方法的進一步有機結合，以便進一步提高結果的精準度和實時性。在決策支持系統(tǒng)類專利技術中，以專家系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)為主，在研發(fā)中可適當關注一些新的決策支持方法和系統(tǒng)開發(fā)。關于系統(tǒng)集成方面，可重點考慮提高安全性、增強穩(wěn)定性和降低功耗等需求。

3）從重要專利申請人類型的角度看，中國主要優(yōu)勢研發(fā)機構是高校和研究所，其他國家優(yōu)勢研發(fā)機構以企業(yè)為主，日本井關農(nóng)業(yè)株式會社、日本洋馬株式會社、CNH全球公司和DEERE公司是該領域的領先者。精準農(nóng)業(yè)領域專利的價值更多體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化應用上，因此，我國精準農(nóng)業(yè)領域研究機構應加強與企業(yè)的合作，促進科技成果轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，進一步提高在該領域的競爭力。相關部門需要大力推進精準農(nóng)業(yè)的技術研發(fā)、轉化、推廣和應用，例如啟動精準農(nóng)業(yè)示范項目，研發(fā)適合精準農(nóng)業(yè)的自主知識產(chǎn)權技術產(chǎn)品；加快精準農(nóng)業(yè)基地建設，主要支持建設精準農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化中試基地和生產(chǎn)基地；精準農(nóng)業(yè)涉及面廣，資源整合和共享問題突出，為了減少重復投資，需要進行頂層設計和規(guī)劃，建立“精準農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟”，為精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好環(huán)境。

4）對比國內(nèi)外重要專利申請人發(fā)現(xiàn)，中國主要專利申請人進入該領域較晚，近五年活躍度高，但未形成明顯優(yōu)勢技術主題，專利影響力中等，專利海外布局嚴重不足；歐美的主要專利申請人研發(fā)較早，在變量作業(yè)和信息采集技術主題上占據(jù)主導優(yōu)勢，影響力顯著，國際布局明顯。面對愈加激烈的競爭形勢，中國精準農(nóng)業(yè)領域研發(fā)機構應當整合當前已有研發(fā)基礎，結合當前的國情，利用我國5G技術的優(yōu)勢，集中力量加強公關，突破核心技術和重大共性關鍵技術，研發(fā)符合我國農(nóng)業(yè)不同應用目標的高可靠、低成本、適應惡劣環(huán)境的精準農(nóng)業(yè)技術和產(chǎn)品。同時專利申請人應重視制定有效的專利申請策略，加強專利的國際保護，重視我國精準農(nóng)業(yè)技術的全球化發(fā)展。