此文為北京市人工智能專利產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心《物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)與專利系列研究報(bào)告》之四，后續(xù)將定期發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)其他幾項(xiàng)核心技術(shù)與專利研究報(bào)告，敬請(qǐng)關(guān)注。

每一個(gè)人，每一件物品，在這個(gè)地球上都有一個(gè)空間位置信息，這就是定位，它很重要，我們靠它來(lái)找到這個(gè)人或這件物。

自從有人類文明開(kāi)始，地圖就被發(fā)明出來(lái)，用于標(biāo)示位置信息。但是，因?yàn)榧夹g(shù)手段的落后，人們只能通過(guò)參照物來(lái)“佛系”定位。后來(lái)，有了羅盤、指南針，人類的定位能力不斷進(jìn)步，定位的精度也不斷提升。

進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，我們都在說(shuō)“萬(wàn)物互聯(lián)”，那么，物在哪里，你總要知道的吧?大到航海航空、測(cè)繪救災(zāi)、軍事國(guó)防，小到車輛導(dǎo)航、物流跟蹤、交通管理，都離不開(kāi)定位。所以，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，定位技術(shù)得到前所未有的重視和發(fā)展。

1

定位正在從室外走向室內(nèi)

藍(lán)牙定位、紅外定位、RFID射頻定位、超聲波定位、Zigbee定位、UMB定位，這些短距離的室內(nèi)定位技術(shù)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也在各種應(yīng)用場(chǎng)景快速發(fā)展。

定位，我們通常按使用場(chǎng)景，分為室內(nèi)定位和室外定位。

我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)用得最多的室外定位。目前最主流的室外定位方式有兩種：衛(wèi)星定位和基站定位。

衛(wèi)星定位，是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量的技術(shù)，也是目前使用最為廣泛、最受用戶歡迎的定位技術(shù)。它的特點(diǎn)非常突出，就是精度高、速度快、使用成本低。但是，目前世界上只有少數(shù)國(guó)家，具備建設(shè)和維護(hù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的能力。如美國(guó)的GPS，中國(guó)的北斗(BDS)、歐洲的伽利略(Galileo)、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)。此外，還有日本的準(zhǔn)天頂系統(tǒng)(QZSS)和印度的IRNSS。

衛(wèi)星定位圖

基站定位的原理和雷達(dá)有相似之處。雷達(dá)定位大家都知道，就是發(fā)射雷達(dá)波，根據(jù)目標(biāo)的反射，進(jìn)行空間位置測(cè)算。基站定位的話，基站就相當(dāng)于是一個(gè)“雷達(dá)”。通常，在城市中，一部手機(jī)會(huì)在多個(gè)基站的信號(hào)覆蓋之下。手機(jī)會(huì)對(duì)不同基站的下行導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行“測(cè)量”，得到各個(gè)基站的信號(hào)TOA(到達(dá)時(shí)刻)或TDOA(到達(dá)時(shí)間差)。根據(jù)這個(gè)測(cè)量結(jié)果，結(jié)合基站的坐標(biāo)，就能夠計(jì)算出手機(jī)的坐標(biāo)值。

基站定位圖

事實(shí)上，像GPS這樣的定位技術(shù)，雖然精度高，但是有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是無(wú)法穿透建筑物，不能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。

但是，人們對(duì)室內(nèi)定位是有強(qiáng)烈需求的。例如地下車庫(kù)，人們經(jīng)常會(huì)忘記自己的車停在哪里。此外，在大型商場(chǎng)人流較多，找人會(huì)存在困難，小孩走失的話，也會(huì)需要定位。在工業(yè)方面，也有定位需求，例如廠房?jī)?nèi)的生產(chǎn)線跟蹤，資產(chǎn)管理等。

對(duì)于這種室內(nèi)定位需求，我們應(yīng)該采用什么樣的定位手段呢?

其實(shí)，任何一種通信技術(shù)，本身都會(huì)帶有定位功能。比如基站定位和Wi-Fi定位，本身都是通信技術(shù)，通過(guò)測(cè)量時(shí)間差，都能夠進(jìn)行位置測(cè)量。所以，短距離通信技術(shù)有哪些，室內(nèi)定位技術(shù)，就有哪些。

例如，藍(lán)牙定位、紅外定位、RFID射頻定位、超聲波定位、Zigbee定位、UMB定位，全部都屬于室內(nèi)定位技術(shù)。Wi-Fi定位，其實(shí)也一樣適用于室內(nèi)。

藍(lán)牙定位網(wǎng)組

另外一個(gè)比較受歡迎的室內(nèi)定位技術(shù)，是UWB超寬帶。超寬帶(UWB)定位技術(shù)利用事先布置好的已知位置的錨節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn)，與新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，并利用三角定位或者“指紋”定位方式來(lái)確定位置。由于UWB技術(shù)具有穿透力強(qiáng)、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)，前景也是相當(dāng)廣闊。

UMB室內(nèi)定位技術(shù)

2

中國(guó)授權(quán)專利全球第一

全球共有30132件授權(quán)的定位跟蹤發(fā)明專利，中國(guó)占34%，美國(guó)占27%，歐洲占13%，日本占11%，基本形成了以中美為第一梯隊(duì)，日本和歐洲為二梯隊(duì)的全球市場(chǎng)布局。

從授權(quán)發(fā)明的數(shù)量來(lái)看，中國(guó)已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，在涉及到定位跟蹤的具體地應(yīng)用場(chǎng)景，比如超市、醫(yī)院、停車場(chǎng)等室內(nèi)定位以及全球定位系統(tǒng)等的專利申請(qǐng)。中國(guó)年申請(qǐng)量增長(zhǎng)極快，這將導(dǎo)致兩者之間在定位跟蹤技術(shù)領(lǐng)域的專利量差距進(jìn)一步增大。

精確的室內(nèi)定位對(duì)于商業(yè)應(yīng)用、公共安全都具有非常重要的意義。

在商業(yè)應(yīng)用方面，可以使用室內(nèi)定位系統(tǒng)進(jìn)行家庭護(hù)理輔助，跟蹤老人、小孩，導(dǎo)航盲人；在醫(yī)院里可以定位特殊的便攜式醫(yī)療設(shè)備；在倉(cāng)庫(kù)里可以尋找特定的物品；在超市、購(gòu)物中心可以幫助人們快速定位所需商品。

在公共安全和軍事方面可以跟蹤監(jiān)獄中犯人，為警察、消防員和士兵提供大樓內(nèi)的導(dǎo)航服務(wù)。因此，室內(nèi)定位的應(yīng)用潛力引起了很多研究機(jī)構(gòu)的注意。

室內(nèi)定位的常用可選技術(shù)包括紅外（IR）、超聲波、射頻識(shí)別（RFID）、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）、藍(lán)牙和超寬帶等?；谶@些基本技術(shù)，很多不同的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案被開(kāi)發(fā)出來(lái)。每個(gè)系統(tǒng)或者只利用一種技術(shù)或者組合幾種技術(shù)，最終達(dá)到總體性能和復(fù)雜度的折中。各種定位技術(shù)的組合與具體應(yīng)用，衍生出了大量的定位跟蹤技術(shù)專利。

北京人工智能專利產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心通過(guò)對(duì)定位跟蹤技術(shù)全球全球?qū)＠M(jìn)行檢索及篩選，共得到了89843篇發(fā)明專利，其中美國(guó)的發(fā)明專利共13765篇，中國(guó)的發(fā)明專利共32294篇；美國(guó)和中國(guó)的發(fā)明專利分別占全球發(fā)明專利的15%和36%。在中國(guó)的發(fā)明專利申請(qǐng)中，北京共有5909篇發(fā)明申請(qǐng)，占中國(guó)申請(qǐng)的18%。

從上表中可以看出，全球共有30132件授權(quán)的發(fā)明專利，其中，中國(guó)的授權(quán)發(fā)明專利為10272件，在全球中的占比為34.09﹪，排名全球第一，并且中國(guó)本土申請(qǐng)人在中國(guó)申請(qǐng)的專利為7830件，遠(yuǎn)高于國(guó)外申請(qǐng)人在中國(guó)的專利申請(qǐng)量，北京在定位跟蹤技術(shù)授權(quán)發(fā)明中的占比也達(dá)到7.35%，中關(guān)村企業(yè)持有4.12%的全球授權(quán)發(fā)明專利。美國(guó)的授權(quán)發(fā)明專利為8293件，占總體比例的,27.52﹪，從授權(quán)發(fā)明的數(shù)量來(lái)看，中國(guó)已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，特別是涉及到定位跟蹤的具體地應(yīng)用場(chǎng)景，比如超市、醫(yī)院、停車場(chǎng)等室內(nèi)定位以及全球定位系統(tǒng)等的專利申請(qǐng)，中國(guó)年申請(qǐng)量增長(zhǎng)極快，這將導(dǎo)致兩者之間在定位跟蹤技術(shù)領(lǐng)域的專利量差距進(jìn)一步增大。

近年來(lái)隨著貿(mào)易保護(hù)主義的興起，通過(guò)專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)所發(fā)起的貿(mào)易摩擦、訴訟也不斷增多，同時(shí)由于專利保護(hù)具有地域性，因此專利公開(kāi)的國(guó)別能在一定程度上反映出專利市場(chǎng)的占有情況，其中該比例越高，說(shuō)明領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)研發(fā)主體對(duì)該國(guó)市場(chǎng)越重視，在該國(guó)進(jìn)行專利布局的效果越佳。

全球有效發(fā)明專利地域分布

從圖中可以看出，定位跟蹤技術(shù)全球主要的申請(qǐng)人最為集中進(jìn)行專利布局的國(guó)家是中國(guó)和美國(guó)，這兩個(gè)國(guó)家的專利申請(qǐng)量超過(guò)全球的60%，其中中國(guó)占全球有效發(fā)明專利的34﹪，美國(guó)占全球有效發(fā)明專利的27﹪，因此，美國(guó)和中國(guó)是全球定位跟蹤技術(shù)最為重要的市場(chǎng)國(guó)?？紤]到歐洲作為整體市場(chǎng)，德國(guó)、法國(guó)和歐洲專利的占比之和為13%，日本的占比為11%，與中國(guó)和美國(guó)相比均有較大的差距，因此在全球定位跟蹤技術(shù)基本形成了以中美為第一梯隊(duì)，日本和歐洲為二梯隊(duì)的全球市場(chǎng)布局。

中國(guó)有效發(fā)明專利申請(qǐng)人地域分布

從圖中可以看出中國(guó)本土申請(qǐng)人的申請(qǐng)量遠(yuǎn)超國(guó)外申請(qǐng)人，本土申請(qǐng)人在中國(guó)的專利申請(qǐng)量中的占比達(dá)到76%，而國(guó)外的申請(qǐng)人在中國(guó)申請(qǐng)的比例僅為24﹪，定位跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)申請(qǐng)人在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的專利占有明顯優(yōu)勢(shì)。在中國(guó)進(jìn)行專利申請(qǐng)的申請(qǐng)人中，美國(guó)申請(qǐng)人和日本申請(qǐng)人在中國(guó)進(jìn)行了較多的專利布局，其分別在擁有798件和617件授權(quán)的發(fā)明專利。

3

中關(guān)村企業(yè)入選全球TOP50

早在2016年，北京的發(fā)明專利申請(qǐng)量將近900件，北京市的申請(qǐng)量已經(jīng)接近美國(guó)全國(guó)的申請(qǐng)量，反映出中國(guó)在定位跟蹤技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)力量已經(jīng)有了極大的發(fā)展。

北京四維圖形入選定位跟蹤全球有效發(fā)明專利權(quán)人TOP50，排名第34，可見(jiàn)北京企業(yè)在此領(lǐng)域的技術(shù)積累及整體實(shí)力。

中關(guān)村企業(yè)在華有效發(fā)明專利TOP10排名

從表中可以看出，中關(guān)村在定位跟蹤技術(shù)專利布局前十的企業(yè)是北京四維圖新、中國(guó)移動(dòng)、百度、中國(guó)電信、聯(lián)想、中國(guó)聯(lián)通等。其中，這十家企業(yè)從事不同的技術(shù)領(lǐng)域，北京四維圖新主要從事為室內(nèi)定位的相關(guān)業(yè)務(wù)，百度的相關(guān)產(chǎn)品百度地圖以及高德軟件有限公司的高德地圖也用到定位跟蹤技術(shù)，從事通信業(yè)務(wù)的企業(yè)有中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通。

值得一提的是北京四維圖形作為新銳企業(yè)入選全球有效發(fā)明專利權(quán)人TOP50，排名第34，該公司在室內(nèi)定位領(lǐng)域擁有較多專利。

全球有效發(fā)明專利權(quán)人TOP50排名

中國(guó)申請(qǐng)人中，華為和北航進(jìn)入了TOP10，中興的專利持有量也進(jìn)入了前30.其他的申請(qǐng)人如東南大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)等科研院所也擁有較多的專利。（END）

臻利洞察：

1）定位技術(shù)全球共有30132件授權(quán)的發(fā)明專利，其中，中國(guó)的授權(quán)發(fā)明專利為10272件，在全球中的占比為34.09﹪，排名全球第一，并且中國(guó)本土申請(qǐng)人在中國(guó)申請(qǐng)的專利為7830件，遠(yuǎn)高于國(guó)外申請(qǐng)人在中國(guó)的專利申請(qǐng)量。

2）定位技術(shù)應(yīng)用中國(guó)企業(yè)有優(yōu)勢(shì)。涉及到定位跟蹤的具體地應(yīng)用場(chǎng)景，比如超市、醫(yī)院、停車場(chǎng)等室內(nèi)定位以及全球定位系統(tǒng)等的專利申請(qǐng)，中國(guó)年申請(qǐng)量增長(zhǎng)極快，這是因?yàn)橹袊?guó)有更多的定位技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景和需求。

3）中國(guó)企業(yè)應(yīng)抓住室內(nèi)定位應(yīng)用市場(chǎng)。像GPS定位、基站定位這樣的方式，搭建系統(tǒng)有很高的門檻，不管是技術(shù)，還是資金，都不是一般企業(yè)能夠承受的。但是，室內(nèi)定位技術(shù)完全不同，它并不需要很大的投資，而且技術(shù)難度也小得多，所以，現(xiàn)在很多公司都在研究，也做出了不少成熟產(chǎn)品。這一塊的市場(chǎng)前景，還是非常廣闊的。

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物聯(lián)網(wǎng)系列

1）全國(guó)11626件RFID授權(quán)專利，北京排名第三，中關(guān)村占80%

2）智能傳感器全球?qū)＠鸗OP50，中國(guó)有6席，北京占1/3

3）全球物聯(lián)網(wǎng)授權(quán)專利20多萬(wàn)，北京“定位跟蹤”領(lǐng)域占7.3%

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