從物聯(lián)網(wǎng)與增強現(xiàn)實專利分析與技術(shù)結(jié)合看未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

0 引 言

資訊與網(wǎng)路科技進步迅速，從最初為行政辦公及工商業(yè) 應(yīng)用的網(wǎng)際網(wǎng)路及自動化系統(tǒng)，演變成在生活中隨處都可以見 到這些科技的應(yīng)用，網(wǎng)際網(wǎng)路也明顯的普及化，直到現(xiàn)在家家 戶戶都有網(wǎng)路地覆蓋。人們開始追求更便利、更美好的生活環(huán) 境，便開始研究起將行動裝置、App 與行動網(wǎng)路應(yīng)用在環(huán)境 監(jiān)測、機器自動化、智能居家等，這些應(yīng)用面都會用到物聯(lián)網(wǎng) （Internet of Things，IoT），而增強現(xiàn)實技術(shù)給物聯(lián)網(wǎng)的普及提 供了新的契機，2015 年 1月 26 日微軟發(fā)布了增強現(xiàn)實技術(shù)設(shè) 備全息眼鏡 HoloLens[1]，Hololens 是一套在現(xiàn)實場景中顯示 全息圖像的設(shè)備，而這些虛擬全息圖像是可以被使用者用手勢 控制與遠程設(shè)備和環(huán)境互動的，對未來物聯(lián)網(wǎng)地發(fā)展十分有利。 研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與增強現(xiàn)實技術(shù)的專利分析研究，并以微軟 全息眼鏡 HoloLens 為例，從專利看布局，從平臺看發(fā)展，分 析未來個人智能終端設(shè)備的發(fā)展趨勢，為我國未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā) 展路徑提出建議。

1 物聯(lián)網(wǎng)與增強現(xiàn)實技術(shù)的概念與特性

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與特性

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT），最早的概念是出現(xiàn)在 1995 年比爾蓋茨所撰寫的《未來之路》（《The Road Ahead》）[2] 一書中，書中提到遺失的物件會發(fā)訊息給用戶，告知其所在位 置。這在當時是一個嶄新的科技概念，以目前的科技發(fā)展來看， 尚未完全發(fā)展完成，無法普遍的運用此種概念，但也利用此 概念發(fā)展出利用電子標等技術(shù)來鎖定貨物所在位置，應(yīng)用在 供應(yīng)鏈、貨運、物流等行業(yè) 。接著在 1999 年，美國麻省理工 學院（MIT）的 Kevin Ashton 教授提到將 RFID 及感測器應(yīng) 用于日常生活中，將物品標記應(yīng)用 [3]。由此可知，物聯(lián)網(wǎng)的概 念早在 1995 年開始就已經(jīng)提出許多應(yīng)用模式，主要方式是透 過感測器嵌入電網(wǎng)、建筑等環(huán)境，或是物件中，由網(wǎng)際網(wǎng)路 連通，并以特定的程式達成遠端操作 [4,5]。

近年網(wǎng)際網(wǎng)路越來越發(fā)達，云端技術(shù)的應(yīng)用日趨成熟， 使物聯(lián)網(wǎng)由云端技術(shù)產(chǎn)生更多的應(yīng)用面。在 2010 年，物聯(lián) 網(wǎng)被視為快速發(fā)展的技術(shù)，其中也包含近年來提倡的智能 城市，以及未來的車聯(lián)網(wǎng)等 [6]。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有三大特征 ： 多種多樣的數(shù)據(jù)采集、無所不在的傳輸網(wǎng)路及智能化云端 后臺數(shù)據(jù)處理。而在 2005 年由國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）發(fā)布的報告中提出，物聯(lián)網(wǎng) 是指在網(wǎng)際網(wǎng)路的時代中，網(wǎng)際網(wǎng)路不再只是人與人的互相聯(lián) 絡(luò)，也可以達成人與物地溝通和物與物之間地控制及獲取資訊 （ITU 2005）[7]。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特性，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展區(qū)分為三個維度，同時 也包含三個范疇，物聯(lián)網(wǎng)的三個維度如圖 1 所示。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，其中涵蓋了三大范疇，分別是 人與人、人與物以及物與物。

（1）人與人

人與人之間通過手機、電腦等隨身裝置（智能手機、平板 電腦等）來進行溝通。

（2）人與物件

人們可以通過隨身裝置操作感應(yīng)器、伺服器等設(shè)備來控 制遠端物件，達到人與物件間地交流。

（3）物件與物件

利用感測元件（RFID 標簽、感應(yīng)器等）、伺服器、處理 器等設(shè)備來進行物與物之間地控制及感應(yīng)。 依據(jù)上述三維度及三個范疇所表達的物聯(lián)網(wǎng)，意在任何時間、地點、物件，人與人、人與物、物與物之間都能相互溝通、 操作。而依據(jù)上述資料推論物聯(lián)網(wǎng)的定義為 ：不論何時何地、 不論使用何種物件，只要透過感測（收發(fā)）元件或網(wǎng)際網(wǎng)路達 成人與物件、物件與物件間的雙向交流即可稱為物聯(lián)網(wǎng) [8]。

1.2 增強現(xiàn)實技術(shù)的概念與特性

增強現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality Technique，AR），是 在虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，是通過計算機系統(tǒng)提 供的信息增加用戶對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)，并將計算機生成 的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實場景中，從而 實現(xiàn)對現(xiàn)實的“增強”。它將計算機生成的虛擬物體或關(guān)于真 實物體的非幾何信息疊加到真實世界的場景之上，實現(xiàn)了對 真實世界的增強 [9]。我們以具體產(chǎn)品來分析更容易理解增強 現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢，本研究以微軟的 HoloLens（如圖 2）為例， HoloLens 效果不像虛擬現(xiàn)實那樣讓用戶進入一個完全由計算 機生成的虛擬世界，而是通過在眼鏡上的攝像頭掃描建模當 前環(huán)境，呈現(xiàn)逼真的全息影像，將虛擬物體疊加到真實世界 的場景中“升維”現(xiàn)實世界，實現(xiàn)對真實世界的增強感，讓用 戶在不脫離周邊環(huán)境的情況下享受數(shù)字生活，由于與真實世界 的聯(lián)系并未切斷，交互方式也就顯得更加自然。

其增強現(xiàn)實技術(shù)的特性就是 ：虛實結(jié)合、三維建模、實 時交互。

（1）三維感知能力，可以對身邊的三維場景進行建模。

（2）三維渲染能力，建模后具體化場景。

（3）人機交互能力，可以用手勢來進行控制。 正因為其超脫現(xiàn)實又不脫離現(xiàn)實的特殊屬性，使得增強 現(xiàn)實技術(shù)在未來有廣闊的應(yīng)用前景。

2 物聯(lián)網(wǎng)與增強現(xiàn)實可穿戴技術(shù)的相關(guān)專利分析

2.1 專利分析工具

因發(fā)明類專利為提出申請后 18 個月強制公開（世界各國 略有不同），故專利資料目前為已公開、已核準資料，可推估 2015 年公開的資料，可能為 2013、2014 年所申請，基于公開 日的限制，2014、2015 年資料并非完全符合，但可大致了解 2014 年前的脈絡(luò)。分析重點為申請量、專利申請 / 申請權(quán)人、 國家等信息。

本研究專利文獻分析部分，使用 Web of Science（http ： //webofknowledge.com/）的 Derwent Innovations Index SM 資 料分析及 Thomson Innovation 的分析工具。

2.2 專利分析關(guān)鍵詞

物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 專 利 檢 索 標 的 為“Internet of things”、 “Machine-to-Machine”、“Intelligent systems”，增強現(xiàn)實技術(shù) 的專利檢索標的為“Augmented Reality”。并將檢索限縮為標 題、摘要及專利范圍三項，取 2009 年至 2013 年出版的文獻， 檢索的關(guān)鍵字如下：

物聯(lián)網(wǎng)，搜索主 題“Internet of things”與“Internet of thing”。

機器對機器，搜索主題“Machine-to-Machine”與“M2M”。

智能系統(tǒng)，搜索主題“Intelligent systems”。

增強現(xiàn)實，搜索主題“Augmented Reality”。

專利高線圖如圖 3 所示。

專利分布統(tǒng)計如表 1 所示。

2.3 專利分析

2.3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專利分析

從表 1上看，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的三項專利 ：物聯(lián)網(wǎng)、機器對 機器、智能系統(tǒng)中排在前面的有美國、中國、日本和韓國，其 次是歐盟和其他國家。美國不但在份額上占優(yōu)勢，而且專利分 布均勻，布局完整。中國在這幾項專利方面緊隨其后，尤其對 智能系統(tǒng)的發(fā)展十分重視，正處在快速發(fā)展時期。日本和韓國 在物聯(lián)網(wǎng)方面也各有千秋，在世界范圍內(nèi)也是名列前茅，頗有 值得借鑒之處。綜上所述，我國在物聯(lián)網(wǎng)布局方面有待加強， 也要做好頂層規(guī)劃與核心技術(shù)的加強。

2.3.2 增強現(xiàn)實技術(shù)專利分析

從表 1中增強現(xiàn)實技術(shù)方面可以明顯看出美國和韓國在 這方面的優(yōu)勢，其中美國掌握大部分技術(shù)專利，且專利轉(zhuǎn)化率 很高，已經(jīng)做出類似 HoloLens 這樣的增強現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)品。比 較意外的是占據(jù)第二位的是韓國，卻以此可以看出韓國對此項 技術(shù)的重視程度。日本的份額雖然不多，但依舊憑借相機成像技術(shù)在增強現(xiàn)實技術(shù)中站穩(wěn)腳跟。我國在增強現(xiàn)實技術(shù)專利 方面仍處于初級發(fā)展階段，距離發(fā)達國家仍有差距，卻不妨 礙現(xiàn)在開始打好基礎(chǔ)，平衡發(fā)展，做好布局規(guī)劃，尤其是對 核心技術(shù)的扶持。

3 未來個人智能終端的發(fā)展趨勢與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

3.1 未來個人智能終端的發(fā)展趨勢

增強現(xiàn)實可穿戴設(shè)備 Hololens 打破了數(shù)字計算機十多年 來的小型化發(fā)展瓶頸。在過去，臺式機、筆記本電腦、平板 電腦、智能手機等，這些產(chǎn)品的顯示器一般都被玻璃的物理 邊界所限制著。傳統(tǒng)的人機交互，主要是通過鍵盤和觸摸， 包括并不能被精確識別的語音等。Hololens 的出現(xiàn)，則給新一 代體驗更好的人機交互指明道路，不再爭取用戶對屏幕的注 意力而是對視網(wǎng)膜的注意力，讓用戶帶上眼鏡而不是去特意看 某個屏幕。HoloLens 將昔日的 2D 界面轉(zhuǎn)化成 3D 全息投影。 HoloLens 這款增強現(xiàn)實可穿戴技術(shù)產(chǎn)品使穿戴者同時擁有現(xiàn) 實、擴展實境（在現(xiàn)實世界中疊合平面虛擬物件）和虛擬實境 （立體的虛擬世界）。與電腦、手機相比，其信息交互的優(yōu)點是 可以實時、持續(xù)地獲取場景以及支持更自然的手勢輸入。與個 人電腦和智能手機相比其特點比較如表 2 所示。

從表 2 中可以看出全息眼鏡基于現(xiàn)實世界的“升維”使其 信息交互更加自然，個人終端從過去的個人電腦到今天的智能 手機，使用越來越方便，同時人們的要求也越來越高，而增強 現(xiàn)實可穿戴設(shè)備憑借其人性化的信息交互方式必將成為未來個 人終端的趨勢與潮流。

3.2 現(xiàn)實增強可穿戴設(shè)備將是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新契機

物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實增強可穿戴設(shè)備平臺上是采用什么方式實 現(xiàn)呢？以微軟的 HoloLens 為例（圖 4）。例如，在家中引導(dǎo)監(jiān) 測無人駕駛汽車送孩子上學，控制智能家居設(shè)備對房間的溫度 與濕度隨時檢測，在墻上獲取短信消息，與在幾千公里外的 總部進行實景會議，你的一舉一動，每個表情，都會被數(shù)據(jù) 傳輸?shù)娇偛亢筮M行虛擬場景還原，總部那邊也一樣。家庭設(shè)備 壞了，再也不需要去預(yù)約修理，會有技師手把手教你怎么做， 與真人在你身邊無異。大部分需要人與人之間進行實地交流的 場景，都可以被 Hololens 所接管，所有的情感交流、商務(wù)會議、客服維修、團隊協(xié)作、在線教育，頓時變得簡單、低成本化了。 可以說這是物聯(lián)網(wǎng)與增強現(xiàn)實技術(shù)的完美結(jié)合，從物聯(lián)網(wǎng)過去 的平面控制過渡到具體場景生動的立體控制，這種新的技術(shù) 結(jié)合使人與人、人與物、物與物的信息交互方式產(chǎn)生變革，未 來的物聯(lián)網(wǎng)必定搭載在增強現(xiàn)實可穿戴設(shè)備上。

4 探討適合我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路徑

核心靠技術(shù)，發(fā)展靠平臺。將物聯(lián)網(wǎng)與增強現(xiàn)實技術(shù)相 結(jié)合作為一個整體來看，對于未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)、學、研 都有好處。這樣定位也更容易認清自身發(fā)展布局的不足，然后 參照發(fā)達國家，結(jié)合自身特點，重點發(fā)展核心技術(shù)領(lǐng)域。參考 發(fā)達國家的不足之處，甚至可以在某些領(lǐng)域超越對方。

加大政策扶持力度，加強企業(yè)專利知識產(chǎn)權(quán)保護意識， 為未來國際化接軌做準備。

加強人才培養(yǎng)，強化企業(yè)自主創(chuàng)新意識，尤其在增強現(xiàn) 實技術(shù)等方面提前布局，搶占技術(shù)制高點。

進一步放寬政策，加快產(chǎn)學研相互融合，促進企業(yè)專利 科研成果轉(zhuǎn)化為實際經(jīng)濟效益，如智能交通，智能工業(yè)，智 能物流等。將技術(shù)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)業(yè)效益做為企業(yè)發(fā)展的潛力。

5 結(jié) 語

本研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與增強現(xiàn)實技術(shù)的專利分析研究，并 以微軟全息眼鏡 HoloLens 為例，分析未來個人終端的發(fā)展趨 勢，為我國未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供政策建議。專利數(shù)據(jù)表明 物聯(lián)網(wǎng)作為近幾年的下一個產(chǎn)業(yè)浪潮，已經(jīng)近在眼前。將目光 放長遠，物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)實增強技術(shù)結(jié)合是符合未來發(fā)展規(guī)律的。 相信在不久的將來，類似 HoloLens 的物聯(lián)網(wǎng)與增強現(xiàn)實技術(shù) 產(chǎn)品必將對現(xiàn)有的信息交互方式產(chǎn)生沖擊，并走進人們的日常 生活，而我們需要提前布局，迎頭趕上，在這個全新的領(lǐng)域， 讓中國企業(yè)占有一席之地，爭取在下一個個人智能移動終端時 代市場分一杯羹。