激光雷達(dá)技術(shù)的專利分析

0引言

激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè) 目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。其工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較,作適當(dāng)處理后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息。激光雷達(dá)是一種可以精確、快速獲取目標(biāo)三維空間信息的主動(dòng)探測(cè)技術(shù)。三維成像激光雷達(dá)作為一種主動(dòng)成像系統(tǒng),與被動(dòng)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(shì);與微波成像系統(tǒng)相比,具有角分辨力高、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)以及系統(tǒng)易小型化的優(yōu)點(diǎn);在目標(biāo)識(shí)別、分類和高精度三維成像及測(cè)量方面有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),因而被廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天以及民用三維傳感等領(lǐng)域^[1]。

智能網(wǎng)聯(lián)背景下,電動(dòng)汽車不再是單純的交通工具,網(wǎng)聯(lián)信息以及激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、定位及導(dǎo)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(dá)由于其自身具有的優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為智能汽車技術(shù)中至關(guān)重要的高精度傳感器,而核心技術(shù)創(chuàng)新仍是當(dāng)前階段智能網(wǎng)聯(lián)汽車加速發(fā)展的關(guān)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(dá)技術(shù)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(dá)技術(shù)發(fā)展歷程,可為我國(guó)激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一些參考。

1全球?qū)＠暾?qǐng)情況

1.1申請(qǐng)趨勢(shì)分析

激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)明專利申請(qǐng)趨勢(shì)如圖1所示。由于發(fā)明專利申請(qǐng)的公開(kāi)在時(shí)間上存在一定的滯后性,因此2022—2023年的專利申請(qǐng)數(shù)量未能統(tǒng)計(jì)完全,數(shù)量有所減少。

由圖1可知,申請(qǐng)量總體上逐年呈上升趨勢(shì),每年專利申請(qǐng)量的變化趨勢(shì)可以細(xì)化分為以下幾個(gè)階段:

1)技術(shù)萌芽期:2000年以前,激光雷達(dá)技術(shù)研究工作剛剛起步,發(fā)展較慢,專利的申請(qǐng)數(shù)量極少,呈現(xiàn)出一種十分緩慢的增長(zhǎng)形勢(shì)。這一時(shí)期專利申請(qǐng)主要集中在日本,申請(qǐng)人涉及電子信息、汽車電子等技術(shù)領(lǐng)域,具有代表性的企業(yè)有三菱電機(jī)、日產(chǎn)汽車、日本電氣、豐田汽車等,這得益于當(dāng)時(shí)日本在電子技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)較為先進(jìn)。

2)平穩(wěn)發(fā)展期:2001—2014年,電子技術(shù)不斷發(fā)展,汽車技術(shù)不斷進(jìn)步,家用轎車逐漸普及,這都促進(jìn)了激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展,全球?qū)＠暾?qǐng)量逐年增多,卻發(fā)展平穩(wěn),并未得到快速發(fā)展。在眾多申請(qǐng)人中,全球最大汽車供應(yīng)鏈企業(yè)—博世公司在申請(qǐng)量上處于明顯優(yōu)勢(shì)地位。日本電裝、德國(guó)大陸公司也都加入到激光雷達(dá)的研發(fā)中。

3)高速發(fā)展期:2015年至今,激光雷達(dá)的全球?qū)＠暾?qǐng)量呈現(xiàn)出高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),增長(zhǎng)曲線急劇陡峭,時(shí)至今日仍然是其發(fā)展的高速期。隨著信息通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能技術(shù)的發(fā)展,搭載了先進(jìn)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(jìn)傳感系統(tǒng)中的激光雷達(dá)也得到了快速發(fā)展。這一時(shí)期具有代表性的申請(qǐng)人主要有博世公司、谷歌母公司Alphabet旗下自動(dòng)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(qǐng)人申請(qǐng)量分布

圖2為2015—2023年高速發(fā)展期激光雷達(dá)全球?qū)＠暾?qǐng)的主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)量排名情況,其中申請(qǐng)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(dòng)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(qǐng)量排名前十位的企業(yè)來(lái)看,既包括汽車電子供應(yīng)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(shù)、福特全球技術(shù)、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(dá)系統(tǒng)科技企業(yè),通過(guò)激光雷達(dá)硬件、感知軟件與芯片三大核心技術(shù)閉環(huán),為市場(chǎng)提供自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)環(huán)境感知解決方案;大疆則是全球領(lǐng)先的航拍無(wú)人機(jī)科技公司,激光雷達(dá)的應(yīng)用使其能夠出色地完成避障和自動(dòng)飛行任務(wù)功能。

激光雷達(dá)技術(shù)屬于重點(diǎn)前沿科技,主要應(yīng)用于智能汽車領(lǐng)域,同時(shí)在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域及其他機(jī)器人領(lǐng)域也有巨大潛力;不論是傳統(tǒng)的汽車電子供應(yīng)商、汽車企業(yè)還是智能駕駛供應(yīng)商,都加入了激光雷達(dá)領(lǐng)域的角逐,同時(shí)也孕育出專門提供自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)環(huán)境感知解決方案的公司,可見(jiàn)激光雷達(dá)技術(shù)的研究已經(jīng)呈現(xiàn)百家爭(zhēng)鳴、百花齊放的繁榮景象。

我國(guó)在激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域處于重要地位,但與國(guó)外科技巨頭相比還有差距,未來(lái)仍需持續(xù)加強(qiáng)在激光雷達(dá)技術(shù)上的科研投入,加強(qiáng)激光雷達(dá)技術(shù)研究成果在多種應(yīng)用領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化。

1.3申請(qǐng)區(qū)域分布

圖3為2015—2023年高速發(fā)展期激光雷達(dá)全球?qū)＠暾?qǐng)區(qū)域分布,該技術(shù)專利申請(qǐng)量排名前五位的國(guó)家/地區(qū)/組織分別是中國(guó)、美國(guó)、WIPO、德國(guó)和韓國(guó)。其中,中國(guó)、美國(guó)在這一領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量遠(yuǎn)高于其他國(guó)家/地區(qū)/組織,占比為68.93%,主要原因是美國(guó)的汽車技術(shù)、電子技術(shù)發(fā)展成熟,同時(shí)人工智能發(fā)展較早,智能汽車、激光雷達(dá)發(fā)展的土壤肥沃、基礎(chǔ)扎實(shí);而近年來(lái),我國(guó)對(duì)智能汽車發(fā)展的重視,我國(guó)企業(yè)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)認(rèn)知的不斷提升,使得我國(guó)智能汽車、激光雷達(dá)發(fā)展勢(shì)如破竹,各大企業(yè)競(jìng)相追逐,力爭(zhēng)在智能汽車這一新興領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。

2 中國(guó)專利申請(qǐng)情況

2.1 中國(guó)專利申請(qǐng)趨勢(shì)

中國(guó)專利申請(qǐng)中激光雷達(dá)發(fā)明專利申請(qǐng)量趨勢(shì)如圖4所示。從圖中可以看出,激光雷達(dá)技術(shù)從1994開(kāi)始出現(xiàn)國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng),1994—2002年,專利申請(qǐng)數(shù)量較少,屬于技術(shù)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(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)數(shù)量快速增長(zhǎng),增長(zhǎng)曲線急劇陡峭。由此可知,中國(guó)專利申請(qǐng)量與全球?qū)＠暾?qǐng)量變化趨勢(shì)基本一致。

2.2 中國(guó)專利申請(qǐng)人分布

圖5為2016—2023年高速發(fā)展期激光雷達(dá)中國(guó)專利申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)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(xué)、北京理工大學(xué)和清華大學(xué),這得益于這些高校對(duì)于激光雷達(dá)方向的研究,比如浙江大學(xué)的劉東教授主要研究環(huán)境激光雷達(dá)。

在前十名的申請(qǐng)人中外國(guó)企業(yè)僅有一家—博世公司,國(guó)內(nèi)速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、華為、鐳神智能、大疆、萬(wàn)集科技等企業(yè)憑借各自的優(yōu)勢(shì),群雄逐鹿,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。除大疆外,其他各公司的激光雷達(dá)均主要應(yīng)用于車輛。

可見(jiàn),在激光雷達(dá)專利申請(qǐng)中,中國(guó)主要企業(yè)和高校的專利申請(qǐng)總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)外企業(yè),說(shuō)明在國(guó)內(nèi)的激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域,中國(guó)企業(yè)和高校在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主導(dǎo)地位,已形成頗具規(guī)模的激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè),促進(jìn)了我國(guó)激光雷達(dá)的快速發(fā)展以及智能汽車的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

2.3 中國(guó)專利申請(qǐng)各省市申請(qǐng)量分布

如圖6所示,從中國(guó)專利申請(qǐng)的各省市申請(qǐng)量分布來(lái)看,最多的是北京市,申請(qǐng)量有4 940項(xiàng)專利,主要申請(qǐng)人有北京理工大學(xué)、萬(wàn)集科技、清華大學(xué)等;緊隨其后的是廣東省,有4 757項(xiàng)專利,主要申請(qǐng)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(qǐng)人分別為東南大學(xué)、禾賽科技和浙江大學(xué)等。

3 結(jié)論

本文分析了激光雷達(dá)技術(shù)的全球及國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人、申請(qǐng)地域,通過(guò)分析可以看出:激光雷達(dá)技術(shù)目前正處于快速發(fā)展時(shí)期,全球以及中國(guó)申請(qǐng)量快速增長(zhǎng);國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)高科技企業(yè)也在快速發(fā)展,這得益于國(guó)內(nèi)智能汽車的飛速發(fā)展,但國(guó)內(nèi)高科技企業(yè)對(duì)于全球?qū)＠季植粔蛑匾暋Ｒ虼?國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住智能汽車和激光雷達(dá)快速發(fā)展這一機(jī)遇,勇于迎接挑戰(zhàn),找準(zhǔn)激光雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì),不斷加大激光雷達(dá)技術(shù)研發(fā)投入,提高專利申請(qǐng)質(zhì)量,同時(shí)重視國(guó)外專利申請(qǐng),加強(qiáng)全球戰(zhàn)略布局。

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2024年第12期第21篇