全球人工智能技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展監(jiān)測與中國機(jī)會

趙程程 邵魯寧

(1 上海工程技術(shù)大學(xué)管理學(xué)院，上海 201620；2 同濟(jì)大學(xué)管理學(xué)院，上海 200092)

在大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算等新型技術(shù)的驅(qū)動下，全球人工智能(Artificial Intelligence，AI)發(fā)展進(jìn)入了新的膨脹式爆發(fā)階段。為了了解中國人工智能在全球所處水平，論文基于德溫特創(chuàng)新專利檢索平臺，利用知識圖譜分析工具CiteSpace對全球人工智能領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢展開分析。從技術(shù)的角度，識別出該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)、熱點(diǎn)技術(shù)，同時發(fā)現(xiàn)AI領(lǐng)域發(fā)展活躍的技術(shù)分支；從創(chuàng)新主體的角度，識別出行業(yè)內(nèi)專利強(qiáng)度高的專利權(quán)人，同時發(fā)現(xiàn)AI領(lǐng)域潛在專利權(quán)人，為我國人工智能技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)政策制定提供重要參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本次研究使用的專利來源于德溫特創(chuàng)新專利引文索引數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫收錄了自1963年以來全球40多個專利機(jī)構(gòu)的大量專利文獻(xiàn)，并且是全球科技情報和情報機(jī)構(gòu)的權(quán)威機(jī)構(gòu)。

本研究的檢索策略是根據(jù)中國專利保護(hù)協(xié)會發(fā)布的《人工智能技術(shù)專利深度分析報告》[1]中列舉的人工智能的主要技術(shù)關(guān)鍵詞以及張振剛等人[2]的檢索方法，從而重新構(gòu)造檢索式為TS=(“artificial intelligence*”or“AI”or“Depth learning*” or “Basic algorithm*”or “Natural language processing*” or “Smart search*” or “Speech Recognition*” or “Computer vision*” or “Gesture control*” or “Smart recommendation*” or “smart robot*” or “Video recognition*” or “Voice translation*” or “Automatic drive*” or “Image Recognition*” or “Machine learning*”)，在德溫特?cái)?shù)據(jù)庫進(jìn)行主題檢索，時間2010—2019，檢索到53 134條記錄。檢索日期為2019年10月。

1.2 研究方法

研究包括兩個部分，即基礎(chǔ)專利分析和知識圖譜繪制?；A(chǔ)專利分析，通過對檢索的53 134條專利數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，重點(diǎn)分析人工智能技術(shù)專利年度變化、國家(地區(qū))分布、主要機(jī)構(gòu)識別等。知識圖譜分析，一方面，借助信息可視化軟件CiteSpace繪制人工智能專利類別知識圖譜，展示人工智能領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)與識別人工智能關(guān)鍵技術(shù)。另一方面，借助信息可視化軟件CiteSpace繪制人工智能專利權(quán)人知識圖譜，識別人工智能領(lǐng)域的關(guān)鍵專利權(quán)人，并對其專利強(qiáng)度進(jìn)行分析。

2 全球人工智能技術(shù)專利分布與關(guān)鍵技術(shù)識別

2.1 年度趨勢

使用檢索策略在德溫特?cái)?shù)據(jù)庫里檢索，全球AI領(lǐng)域發(fā)明專利授權(quán)為53 134件，按照專利申請年份(Filing Year)統(tǒng)計(jì)，圖1展現(xiàn)2010—2019年中國AI領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔輬D。

圖1 2010—2019年全球AI發(fā)明專利授權(quán)趨勢

由圖1可知，全球AI發(fā)明專利呈逐年上升趨勢，2012年以前的專利相對較少，近五年(2015年至2019年)專利增長速度明顯加快。從2015年2 849件至2019年的14 094件，不到5年授權(quán)專利超過了5倍，說明全球人工智能技術(shù)處在高速發(fā)展階段。由此可見，人工智能領(lǐng)域技術(shù)已引起業(yè)界極大的關(guān)注，AI技術(shù)正在成為研究熱點(diǎn)。

2.2 機(jī)構(gòu)分布

通過對比專利權(quán)人的情況，可以了解領(lǐng)域的競爭態(tài)勢。對全球AI領(lǐng)域的53 134件發(fā)明專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出Top30的專利權(quán)人，如圖2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，從發(fā)明專利授權(quán)數(shù)量上來看，專利權(quán)人排名首位是IBM，擁有1 744件專利，遙居榜首，其次是谷歌(913件)、微軟技術(shù)授權(quán)有限公司(617件)。Top30專利權(quán)人中大部分是美國企業(yè)，前30位中美國企業(yè)12家、日本企業(yè)9家、中國企業(yè)6家、韓國企業(yè)3家。其中百度、中國國家電網(wǎng)、阿里巴巴集團(tuán)、平安科技代表了我國AI領(lǐng)域?qū)＠跈?quán)數(shù)最多的科技公司。

圖2 全球AI領(lǐng)域?qū)＠鸗OP30專利權(quán)人分布

3 全球人工智能技術(shù)專利知識圖譜繪制

3.1 專利類別圖譜

以2010—2019年的人工智能相關(guān)專利為數(shù)據(jù)源，借助CiteSpace 5.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和可視化處理。繪制人工智能專利類別共詞圖譜，得到共有85個節(jié)點(diǎn)，309個連接，網(wǎng)絡(luò)密度為0.086 6。圖中的每一個節(jié)點(diǎn)代表一個技術(shù)類別，節(jié)點(diǎn)越大表示相應(yīng)時段內(nèi)對應(yīng)的技術(shù)類型專利數(shù)量越多。經(jīng)過LSI、LLR聚類，最終得到共詞圖譜(見圖3)。

圖3 2010—2019年全球人工智能領(lǐng)域?qū)＠悇e共詞

3.1.1 關(guān)鍵技術(shù)識別

在一個表征技術(shù)領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)共詞網(wǎng)絡(luò)中，中心度強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)一般代表該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。同時，出現(xiàn)詞頻越高的專利類別說明該類別的技術(shù)得到越廣泛的研究[3]。

通過對德溫特手工代碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對排名Top30細(xì)分技術(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)AI技術(shù)大多歸類于T01(數(shù)字計(jì)算機(jī))，特別是用于T01-J(數(shù)據(jù)處理系統(tǒng))與T01-N(網(wǎng)絡(luò)與信息傳輸)。這說明人工智能領(lǐng)域的大多數(shù)關(guān)鍵技術(shù)都涉及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

同時發(fā)現(xiàn)，AI的關(guān)鍵技術(shù)主要聚焦在字符識別、圖像識別、語言識別、軟件產(chǎn)品、機(jī)器學(xué)習(xí)、便攜式移動終端等領(lǐng)域。特別是視覺識別(包括字符識別、圖像識別)、語言識別是人工智能諸多細(xì)分領(lǐng)域的共性技術(shù)。智能產(chǎn)品、智能教育、智能終端是人工智能的重要應(yīng)用領(lǐng)域(見表1)。

表1 人工智能領(lǐng)域技術(shù)類別中心度分析

3.1.2 熱點(diǎn)技術(shù)判斷

結(jié)合圖3和表2可知，人工智能的熱點(diǎn)技術(shù)分布在智能診療、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域；聚焦在機(jī)器學(xué)習(xí)、識別技術(shù)(字符、圖像、語音)、數(shù)據(jù)庫算法等基礎(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。這與人工智能關(guān)鍵技術(shù)所在領(lǐng)域一致，說明人工智能企業(yè)或機(jī)構(gòu)已識別并著重研發(fā)出人工智能領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。

表2 研究熱度排前10的技術(shù)類別

3.1.3 技術(shù)前沿領(lǐng)域識別

CiteSpace的突現(xiàn)度(Burst term)代表該技術(shù)的前沿領(lǐng)域。筆者聚焦2010—2019年的突現(xiàn)詞，借以探究人工智能領(lǐng)域技術(shù)前沿(見圖4)。研究發(fā)現(xiàn)，近十年人工智能前沿領(lǐng)域主要聚焦在智能穿戴設(shè)備(便攜式技術(shù)、智能手機(jī))、語音識別技術(shù)(智能自然語音翻譯、語音控制)、機(jī)器學(xué)習(xí)(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯關(guān)系)、視覺識別技術(shù)(色彩處理)。其中，智慧商業(yè)、智能制造、語音識別是AI未來最有發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。

圖4 近10年人工智能領(lǐng)域技術(shù)前沿

3.2 專利權(quán)人圖譜

節(jié)點(diǎn)類行選擇“Institution(機(jī)構(gòu))”，主題詞來源選擇“title(標(biāo)題)”“abstract(摘要)”“author keywords(作者關(guān)鍵詞)”和“keywords(關(guān)鍵詞)”，閾值調(diào)節(jié)為(2，3，15)、(3，3，20)、(4，3，20)，分別表示相應(yīng)類別的出現(xiàn)、共現(xiàn)次數(shù)及詞間相似系數(shù)的最低要求，同時設(shè)置每年出現(xiàn)頻次最高的50個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。最終得到共有254個節(jié)點(diǎn)，503個連接，網(wǎng)絡(luò)密度為0.015 7。經(jīng)過LSI、LLR聚類，最終得到人工智能專利權(quán)人共詞圖譜(見圖5)。

圖5 2010—2019年全球人工智能領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人共詞

3.2.1 專利強(qiáng)度較高的專利權(quán)人識別

專利強(qiáng)度是專利價值判斷的綜合指標(biāo)，其高低可從總體上反映目標(biāo)專利的價值大小。該指標(biāo)囊括了專利權(quán)利要求數(shù)量、專利引用與被引用頻次、專利家族、專利訴訟數(shù)量、專利年齡、專利申請時長等多個專利價值衡量要素，是一個綜合性的專利價值判斷指標(biāo)[4]。一方面，CiteSpace可以通過對中心度測度，挖掘出人工智能領(lǐng)域的關(guān)鍵專利權(quán)人。另一方面，CiteSpace可以通過被引用頻次排序，探索出人工智能領(lǐng)域的熱點(diǎn)專利權(quán)人。筆者將關(guān)鍵專利權(quán)人和熱點(diǎn)專利權(quán)人進(jìn)行交叉對比，揀選出專利強(qiáng)度TOP20的專利權(quán)人(見表3)。

3.2.2 具有潛力的專利權(quán)人識別

CiteSpace的突現(xiàn)度(Burst term)代表該技術(shù)的前沿領(lǐng)域。筆者聚焦2010—2019年的突現(xiàn)詞，識別出人工智能領(lǐng)域最有潛力的專利權(quán)人(見表4)。

透過表4，不難發(fā)現(xiàn)百度、努比亞、小米、廣東工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、西安電子科技大學(xué)是全球人工智能領(lǐng)域最有發(fā)展?jié)摿Φ闹袊髽I(yè)和高校。

百度深耕人工智能多年，涉及領(lǐng)域眾多，從基礎(chǔ)層的人臉檢測深度學(xué)習(xí)算法PyramidBox、技術(shù)層的百度云手勢，到應(yīng)用層的自動駕駛領(lǐng)域的Apollo平臺、小度人臉閘機(jī)、小度機(jī)器人。未來百度或?qū)⒁I(lǐng)全球人工智能技術(shù)的革新。

表3 專利強(qiáng)度TOP20的專利權(quán)人

表4 近3年人工智能領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人突現(xiàn)詞分析結(jié)果

小米在人工智能領(lǐng)域投入巨大，在聲學(xué)、語音、自然語言理解、圖像視覺、深度學(xué)習(xí)、智能設(shè)備接入等領(lǐng)域都獲得巨大突破。2019年推出的“手機(jī)+AIoT”戰(zhàn)略(包括小愛同學(xué)、小米智能家居等)就是讓最新技術(shù)“落地”的產(chǎn)業(yè)布局。同樣，德勤《全球人工智能發(fā)展白皮書2019》篩選出了全球50家高增長企業(yè)，其中中國有14家，小米赫然在榜。

在智能手機(jī)領(lǐng)域，努比亞成為最具發(fā)展?jié)摿Φ闹袊髽I(yè)。努比亞搭載智能人臉識別、智能邊緣處理、背景虛化、3D智能美顏、像素級膚質(zhì)增強(qiáng)、3D智能瘦臉、智能面部補(bǔ)光、智能膚色提亮等技術(shù)提升手機(jī)拍照效果，打造手機(jī)接近單反的拍照表現(xiàn)。

廣東工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、西安電子科技大學(xué)與國內(nèi)外企業(yè)和高校就云服務(wù)、云計(jì)算、人臉識別的算法技術(shù)層面展開了廣泛的合作研究，成為全球最有發(fā)展?jié)摿Φ娜斯ぶ悄苎芯繖C(jī)構(gòu)。

4 中國機(jī)會

2017年中國宣布了自己的人工智能發(fā)展規(guī)劃，即到2030年中國將成為全球人工智能的研發(fā)中心。對此，美國已采取舉國體制發(fā)展人工智能，并把中國作為首要競爭國家。中國并不是人工智能始發(fā)國家，整體上仍屬跟蹤發(fā)展階段，特別是在核心技術(shù)和核心零部件方面，我國較歐美先行者明顯“先天不足”。結(jié)合上文中對全球人工智能技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展態(tài)勢的分析，中國人工智能未來發(fā)展機(jī)會可能有以下幾點(diǎn)。

緊盯領(lǐng)先國家AI研發(fā)趨勢和戰(zhàn)略導(dǎo)向，與其他國家開展多領(lǐng)域合作，提升中國AI影響力。專利強(qiáng)度高的專利人和最具發(fā)展?jié)摿＠麢?quán)人大多聚焦在美國、中國、日本、韓國、德國。受到美國政府對華不友好政策的阻撓，難以與美國ICT巨頭企業(yè)開展多元合作，但不影響中國與其他國家展開AI多領(lǐng)域研發(fā)合作。

抓緊推出AI標(biāo)準(zhǔn)，提高中國AI話語權(quán)。AI標(biāo)準(zhǔn)的建立將為統(tǒng)一全球AI技術(shù)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。因此，美國、歐盟紛紛推出自己的AI標(biāo)準(zhǔn)。盡管2018年中國推出《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書2018》，明確了AI概念與范疇，但未能對技術(shù)層面劃定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也未涉及AI道德標(biāo)準(zhǔn)。中國作為緊逼美國的AI領(lǐng)先國家，急需學(xué)界、業(yè)界等多領(lǐng)域?qū)＜彝Υ蛟熘袊讉€系統(tǒng)、全面的AI標(biāo)準(zhǔn)，提高中國AI話語權(quán)。

以算法端為中心，芯片和開源數(shù)據(jù)作為AI發(fā)展的硬件和軟件，向產(chǎn)業(yè)上下游延伸，構(gòu)建完整AI產(chǎn)業(yè)鏈。中國專利強(qiáng)度高的專利人和最具發(fā)展?jié)摿＠麢?quán)人大多是AI某一領(lǐng)域的硬核企業(yè)，缺乏跨領(lǐng)域關(guān)鍵企業(yè)。這也反映出中國AI應(yīng)用場景廣而散的特點(diǎn)，缺乏跨領(lǐng)域關(guān)鍵企業(yè)帶動整個AI產(chǎn)業(yè)鏈升級。未來中國重點(diǎn)是從算法端向上下游延伸，芯片和開源開放平臺作為人工智能發(fā)展的硬件和軟件，以此挖掘跨領(lǐng)域關(guān)鍵企業(yè)，構(gòu)建完整的AI產(chǎn)業(yè)鏈。