激光雷達技術的專利分析

摘要：伴隨著智能汽車的快速發(fā)展，逐漸被廣泛使用的激光雷達技術也在快速發(fā)展。鑒于此，基于專利數(shù)據(jù)分析挖掘，探究激光雷達技術發(fā)展歷程，分析了激光雷達技術的全球及國內(nèi)專利申請趨勢、主要申請人、申請地域，可為我國激光雷達產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一些參考。

關鍵詞：激光雷達；專利分析；智能汽車

中圖分類號：TN958.98? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）12-0082-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.12.021

0? ? 引言

激光雷達是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)。其工作原理是向目標發(fā)射探測信號（激光束），然后將接收到的從目標反射回來的信號（目標回波）與發(fā)射信號進行比較，作適當處理后，就可獲得目標的有關信息。激光雷達是一種可以精確、快速獲取目標三維空間信息的主動探測技術。三維成像激光雷達作為一種主動成像系統(tǒng)，與被動成像系統(tǒng)相比，具有可獲得高精度距離信息以及不受光照條件限制的優(yōu)勢；與微波成像系統(tǒng)相比，具有角分辨力高、測量精度高、抗干擾能力強以及系統(tǒng)易小型化的優(yōu)點；在目標識別、分類和高精度三維成像及測量方面有著獨特的技術優(yōu)勢，因而被廣泛應用于軍事、航空航天以及民用三維傳感等領域[1]。

智能網(wǎng)聯(lián)背景下，電動汽車不再是單純的交通工具，網(wǎng)聯(lián)信息以及激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、定位及導航裝置等各類車載傳感器，將為車輛提供全方位的信息交互、共享和狀態(tài)感知能力[2]。其中激光雷達由于其自身具有的優(yōu)勢，已經(jīng)成為智能汽車技術中至關重要的高精度傳感器，而核心技術創(chuàng)新仍是當前階段智能網(wǎng)聯(lián)汽車加速發(fā)展的關鍵[3]。伴隨著智能汽車的快速發(fā)展，逐漸被廣泛使用的激光雷達技術也在快速發(fā)展。本文基于專利數(shù)據(jù)分析挖掘，探究激光雷達技術發(fā)展歷程，可為我國激光雷達產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一些參考。

1? ? 全球?qū)＠暾埱闆r

1.1? ? 申請趨勢分析

激光雷達技術的發(fā)明專利申請趨勢如圖1所示。由于發(fā)明專利申請的公開在時間上存在一定的滯后性，因此2022—2023年的專利申請數(shù)量未能統(tǒng)計完全，數(shù)量有所減少。

由圖1可知，申請量總體上逐年呈上升趨勢，每年專利申請量的變化趨勢可以細化分為以下幾個階段：

1）技術萌芽期：2000年以前，激光雷達技術研究工作剛剛起步，發(fā)展較慢，專利的申請數(shù)量極少，呈現(xiàn)出一種十分緩慢的增長形勢。這一時期專利申請主要集中在日本，申請人涉及電子信息、汽車電子等技術領域，具有代表性的企業(yè)有三菱電機、日產(chǎn)汽車、日本電氣、豐田汽車等，這得益于當時日本在電子技術領域技術較為先進。

2）平穩(wěn)發(fā)展期：2001—2014年，電子技術不斷發(fā)展，汽車技術不斷進步，家用轎車逐漸普及，這都促進了激光雷達技術的發(fā)展，全球?qū)＠暾埩恐鹉暝龆啵瑓s發(fā)展平穩(wěn)，并未得到快速發(fā)展。在眾多申請人中，全球最大汽車供應鏈企業(yè)——博世公司在申請量上處于明顯優(yōu)勢地位。日本電裝、德國大陸公司也都加入到激光雷達的研發(fā)中。

3）高速發(fā)展期：2015年至今，激光雷達的全球?qū)＠暾埩砍尸F(xiàn)出高速增長態(tài)勢，增長曲線急劇陡峭，時至今日仍然是其發(fā)展的高速期。隨著信息通信技術、大數(shù)據(jù)、云計算以及人工智能技術的發(fā)展，搭載了先進傳感系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)的智能汽車得到了快速發(fā)展，其中先進傳感系統(tǒng)中的激光雷達也得到了快速發(fā)展。這一時期具有代表性的申請人主要有博世公司、谷歌母公司Alphabet旗下自動駕駛汽車企業(yè)Waymo以及深圳市速騰聚創(chuàng)科技有限公司。

1.2? ? 主要申請人申請量分布

圖2為2015—2023年高速發(fā)展期激光雷達全球?qū)＠暾埖闹饕暾埲说纳暾埩颗琶闆r，其中申請量最多的為博世公司，排名第二的是谷歌母公司Alphabet旗下自動駕駛汽車企業(yè)Waymo，排名第三的是深圳市速騰聚創(chuàng)科技有限公司。

從申請量排名前十位的企業(yè)來看，既包括汽車電子供應商博世公司、三星電子，也包括傳統(tǒng)汽車公司通用全球技術、福特全球技術、現(xiàn)代汽車、戴姆勒公司，還包括智能駕駛提供商Waymo、華為；而速騰聚創(chuàng)是一家智能激光雷達系統(tǒng)科技企業(yè)，通過激光雷達硬件、感知軟件與芯片三大核心技術閉環(huán)，為市場提供自動駕駛激光雷達環(huán)境感知解決方案；大疆則是全球領先的航拍無人機科技公司，激光雷達的應用使其能夠出色地完成避障和自動飛行任務功能。

激光雷達技術屬于重點前沿科技，主要應用于智能汽車領域，同時在無人機領域及其他機器人領域也有巨大潛力；不論是傳統(tǒng)的汽車電子供應商、汽車企業(yè)還是智能駕駛供應商，都加入了激光雷達領域的角逐，同時也孕育出專門提供自動駕駛激光雷達環(huán)境感知解決方案的公司，可見激光雷達技術的研究已經(jīng)呈現(xiàn)百家爭鳴、百花齊放的繁榮景象。

我國在激光雷達技術領域處于重要地位，但與國外科技巨頭相比還有差距，未來仍需持續(xù)加強在激光雷達技術上的科研投入，加強激光雷達技術研究成果在多種應用領域的轉(zhuǎn)化。

1.3? ? 申請區(qū)域分布

圖3為2015—2023年高速發(fā)展期激光雷達全球?qū)＠暾垍^(qū)域分布，該技術專利申請量排名前五位的國家/地區(qū)/組織分別是中國、美國、WIPO、德國和韓國。其中，中國、美國在這一領域的專利申請數(shù)量遠高于其他國家/地區(qū)/組織，占比為68.93%，主要原因是美國的汽車技術、電子技術發(fā)展成熟，同時人工智能發(fā)展較早，智能汽車、激光雷達發(fā)展的土壤肥沃、基礎扎實；而近年來，我國對智能汽車發(fā)展的重視，我國企業(yè)對知識產(chǎn)權(quán)保護認知的不斷提升，使得我國智能汽車、激光雷達發(fā)展勢如破竹，各大企業(yè)競相追逐，力爭在智能汽車這一新興領域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。

2? ? 中國專利申請情況

2.1? ? 中國專利申請趨勢

中國專利申請中激光雷達發(fā)明專利申請量趨勢如圖4所示。從圖中可以看出，激光雷達技術從1994開始出現(xiàn)國內(nèi)專利申請，1994—2002年，專利申請數(shù)量較少，屬于技術萌芽期；2003—2010年屬于平穩(wěn)發(fā)展期；2011—2015年屬于低速發(fā)展期；2016年至今屬于高速發(fā)展期，其間國內(nèi)專利申請數(shù)量快速增長，增長曲線急劇陡峭。由此可知，中國專利申請量與全球?qū)＠暾埩孔兓厔莼疽恢隆?/p>

2.2? ? 中國專利申請人分布

圖5為2016—2023年高速發(fā)展期激光雷達中國專利申請的主要申請人的申請量排名情況，可以看出研究力量主要分布在科技企業(yè)和高校中。其中高校主要有浙江大學、北京理工大學和清華大學，這得益于這些高校對于激光雷達方向的研究，比如浙江大學的劉東教授主要研究環(huán)境激光雷達。

在前十名的申請人中外國企業(yè)僅有一家——博世公司，國內(nèi)速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、華為、鐳神智能、大疆、萬集科技等企業(yè)憑借各自的優(yōu)勢，群雄逐鹿，市場競爭十分激烈。除大疆外，其他各公司的激光雷達均主要應用于車輛。

可見，在激光雷達專利申請中，中國主要企業(yè)和高校的專利申請總量遠遠高于國外企業(yè)，說明在國內(nèi)的激光雷達技術領域，中國企業(yè)和高校在市場競爭中占據(jù)主導地位，已形成頗具規(guī)模的激光雷達產(chǎn)業(yè)，促進了我國激光雷達的快速發(fā)展以及智能汽車的產(chǎn)業(yè)升級。

2.3? ? 中國專利申請各省市申請量分布

如圖6所示，從中國專利申請的各省市申請量分布來看，最多的是北京市，申請量有4 940項專利，主要申請人有北京理工大學、萬集科技、清華大學等；緊隨其后的是廣東省，有4 757項專利，主要申請人有速騰聚創(chuàng)、華為、鐳神智能、大疆等；之后分別為江蘇省、上海市和浙江省，代表申請人分別為東南大學、禾賽科技和浙江大學等。

3? ? 結(jié)論

本文分析了激光雷達技術的全球及國內(nèi)專利申請趨勢、主要申請人、申請地域，通過分析可以看出：激光雷達技術目前正處于快速發(fā)展時期，全球以及中國申請量快速增長；國內(nèi)激光雷達高科技企業(yè)也在快速發(fā)展，這得益于國內(nèi)智能汽車的飛速發(fā)展，但國內(nèi)高科技企業(yè)對于全球?qū)＠季植粔蛑匾?。因此，國?nèi)企業(yè)應當抓住智能汽車和激光雷達快速發(fā)展這一機遇，勇于迎接挑戰(zhàn)，找準激光雷達發(fā)展趨勢，不斷加大激光雷達技術研發(fā)投入，提高專利申請質(zhì)量，同時重視國外專利申請，加強全球戰(zhàn)略布局。

[參考文獻]

[1] 王海峰.激光雷達測距技術在無人駕駛場景中的專利布局研究[J].數(shù)碼設計（上），2021，10（5）：374.

[2] 申永鵬，袁小芳，趙素娜，等.智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車節(jié)能優(yōu)化控制研究進展與展望[J].自動化學報，2023，49（12）：2437-2456.

[3] 馬艷.智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展亟待構(gòu)建完善產(chǎn)業(yè)合作生態(tài)[N].中國工業(yè)報，2023-10-13（003）.

收稿日期：2024-02-21

作者簡介：王贊（1988—），男，天津人，知識產(chǎn)權(quán)師，研究方向：電子與通信技術。