從物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)專利分析與技術(shù)結(jié)合看未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

0 引 言

資訊與網(wǎng)路科技進(jìn)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(dòng)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(dòng)裝置、App 與行動(dòng)網(wǎng)路應(yīng)用在環(huán)境 監(jiān)測(cè)、機(jī)器自動(dòng)化、智能居家等，這些應(yīng)用面都會(huì)用到物聯(lián)網(wǎng) （Internet of Things，IoT），而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)給物聯(lián)網(wǎng)的普及提 供了新的契機(jī)，2015 年 1月 26 日微軟發(fā)布了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè) 備全息眼鏡 HoloLens[1]，Hololens 是一套在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)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(shì) 控制與遠(yuǎn)程設(shè)備和環(huán)境互動(dòng)的，對(duì)未來(lái)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(tái)看發(fā)展，分 析未來(lái)個(gè)人智能終端設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā) 展路徑提出建議。

1 物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(lái)之路》（《The Road Ahead》）[2] 一書中，書中提到遺失的物件會(huì)發(fā)訊息給用戶，告知其所在位 置。這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)嶄新的科技概念，以目前的科技發(fā)展來(lái)看， 尚未完全發(fā)展完成，無(wú)法普遍的運(yùn)用此種概念，但也利用此 概念發(fā)展出利用電子標(biāo)等技術(shù)來(lái)鎖定貨物所在位置，應(yīng)用在 供應(yīng)鏈、貨運(yùn)、物流等行業(yè) 。接著在 1999 年，美國(guó)麻省理工 學(xué)院（MIT）的 Kevin Ashton 教授提到將 RFID 及感測(cè)器應(yīng) 用于日常生活中，將物品標(biāo)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(guò)感測(cè)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(dá)成遠(yuǎn)端操作 [4,5]。

近年網(wǎng)際網(wǎng)路越來(lái)越發(fā)達(dá)，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(lái)提倡的智能 城市，以及未來(lái)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(wú)所不在的傳輸網(wǎng)路及智能化云端 后臺(tái)數(shù)據(jù)處理。而在 2005 年由國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）發(fā)布的報(bào)告中提出，物聯(lián)網(wǎng) 是指在網(wǎng)際網(wǎng)路的時(shí)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(dá)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(gè)維度，同時(shí) 也包含三個(gè)范疇，物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)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(guò)手機(jī)、電腦等隨身裝置（智能手機(jī)、平板 電腦等）來(lái)進(jìn)行溝通。

（2）人與物件

人們可以通過(guò)隨身裝置操作感應(yīng)器、伺服器等設(shè)備來(lái)控 制遠(yuǎn)端物件，達(dá)到人與物件間地交流。

（3）物件與物件

利用感測(cè)元件（RFID 標(biāo)簽、感應(yīng)器等）、伺服器、處理 器等設(shè)備來(lái)進(jìn)行物與物之間地控制及感應(yīng)。 依據(jù)上述三維度及三個(gè)范疇所表達(dá)的物聯(lián)網(wǎng)，意在任何時(shí)間、地點(diǎn)、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(shí)何地、 不論使用何種物件，只要透過(guò)感測(cè)（收發(fā)）元件或網(wǎng)際網(wǎng)路達(dá) 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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與特性

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality Technique，AR），是 在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提 供的信息增加用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，并將計(jì)算機(jī)生成 的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而 實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的“增強(qiáng)”。它將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體或關(guān)于真 實(shí)物體的非幾何信息疊加到真實(shí)世界的場(chǎng)景之上，實(shí)現(xiàn)了對(duì) 真實(shí)世界的增強(qiáng) [9]。我們以具體產(chǎn)品來(lái)分析更容易理解增強(qiáng) 現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，本研究以微軟的 HoloLens（如圖 2）為例， HoloLens 效果不像虛擬現(xiàn)實(shí)那樣讓用戶進(jìn)入一個(gè)完全由計(jì)算 機(jī)生成的虛擬世界，而是通過(guò)在眼鏡上的攝像頭掃描建模當(dāng) 前環(huán)境，呈現(xiàn)逼真的全息影像，將虛擬物體疊加到真實(shí)世界 的場(chǎng)景中“升維”現(xiàn)實(shí)世界，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的增強(qiáng)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(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性就是 ：虛實(shí)結(jié)合、三維建模、實(shí) 時(shí)交互。

（1）三維感知能力，可以對(duì)身邊的三維場(chǎng)景進(jìn)行建模。

（2）三維渲染能力，建模后具體化場(chǎng)景。

（3）人機(jī)交互能力，可以用手勢(shì)來(lái)進(jìn)行控制。 正因?yàn)槠涑摤F(xiàn)實(shí)又不脫離現(xiàn)實(shí)的特殊屬性，使得增強(qiáng) 現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來(lái)有廣闊的應(yīng)用前景。

2 物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(qǐng)后 18 個(gè)月強(qiáng)制公開（世界各國(guó) 略有不同），故專利資料目前為已公開、已核準(zhǔn)資料，可推估 2015 年公開的資料，可能為 2013、2014 年所申請(qǐng)，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(diǎn)為申請(qǐng)量、專利申請(qǐng) / 申請(qǐng)權(quán)人、 國(guó)家等信息。

本研究專利文獻(xiàn)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(biāo) 的 為“Internet of things”、 “Machine-to-Machine”、“Intelligent systems”，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù) 的專利檢索標(biāo)的為“Augmented Reality”。并將檢索限縮為標(biāo) 題、摘要及專利范圍三項(xiàng)，取 2009 年至 2013 年出版的文獻(xiàn)， 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(jī)器對(duì)機(jī)器，搜索主題“Machine-to-Machine”與“M2M”。

智能系統(tǒng)，搜索主題“Intelligent systems”。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，搜索主題“Augmented Reality”。

專利高線圖如圖 3 所示。

專利分布統(tǒng)計(jì)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(xiàng)專利 ：物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器對(duì) 機(jī)器、智能系統(tǒng)中排在前面的有美國(guó)、中國(guó)、日本和韓國(guó)，其 次是歐盟和其他國(guó)家。美國(guó)不但在份額上占優(yōu)勢(shì)，而且專利分 布均勻，布局完整。中國(guó)在這幾項(xiàng)專利方面緊隨其后，尤其對(duì) 智能系統(tǒng)的發(fā)展十分重視，正處在快速發(fā)展時(shí)期。日本和韓國(guó) 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(guó)在物聯(lián)網(wǎng)布局方面有待加強(qiáng)， 也要做好頂層規(guī)劃與核心技術(shù)的加強(qiáng)。

2.3.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)專利分析

從表 1中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面可以明顯看出美國(guó)和韓國(guó)在 這方面的優(yōu)勢(shì)，其中美國(guó)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品。比 較意外的是占據(jù)第二位的是韓國(guó)，卻以此可以看出韓國(guó)對(duì)此項(xiàng) 技術(shù)的重視程度。日本的份額雖然不多，但依舊憑借相機(jī)成像技術(shù)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中站穩(wěn)腳跟。我國(guó)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)專利 方面仍處于初級(jí)發(fā)展階段，距離發(fā)達(dá)國(guó)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(duì) 核心技術(shù)的扶持。

3 未來(lái)個(gè)人智能終端的發(fā)展趨勢(shì)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

3.1 未來(lái)個(gè)人智能終端的發(fā)展趨勢(shì)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可穿戴設(shè)備 Hololens 打破了數(shù)字計(jì)算機(jī)十多年 來(lái)的小型化發(fā)展瓶頸。在過(guò)去，臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦、平板 電腦、智能手機(jī)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(jī)交互，主要是通過(guò)鍵盤和觸摸， 包括并不能被精確識(shí)別的語(yǔ)音等。Hololens 的出現(xiàn)，則給新一 代體驗(yàn)更好的人機(jī)交互指明道路，不再爭(zhēng)取用戶對(duì)屏幕的注 意力而是對(duì)視網(wǎng)膜的注意力，讓用戶帶上眼鏡而不是去特意看 某個(gè)屏幕。HoloLens 將昔日的 2D 界面轉(zhuǎn)化成 3D 全息投影。 HoloLens 這款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可穿戴技術(shù)產(chǎn)品使穿戴者同時(shí)擁有現(xiàn) 實(shí)、擴(kuò)展實(shí)境（在現(xiàn)實(shí)世界中疊合平面虛擬物件）和虛擬實(shí)境 （立體的虛擬世界）。與電腦、手機(jī)相比，其信息交互的優(yōu)點(diǎn)是 可以實(shí)時(shí)、持續(xù)地獲取場(chǎng)景以及支持更自然的手勢(shì)輸入。與個(gè) 人電腦和智能手機(jī)相比其特點(diǎn)比較如表 2 所示。

從表 2 中可以看出全息眼鏡基于現(xiàn)實(shí)世界的“升維”使其 信息交互更加自然，個(gè)人終端從過(guò)去的個(gè)人電腦到今天的智能 手機(jī)，使用越來(lái)越方便，同時(shí)人們的要求也越來(lái)越高，而增強(qiáng) 現(xiàn)實(shí)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(lái)個(gè) 人終端的趨勢(shì)與潮流。

3.2 現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)可穿戴設(shè)備將是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新契機(jī)

物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)可穿戴設(shè)備平臺(tái)上是采用什么方式實(shí) 現(xiàn)呢？以微軟的 HoloLens 為例（圖 4）。例如，在家中引導(dǎo)監(jiān) 測(cè)無(wú)人駕駛汽車送孩子上學(xué)，控制智能家居設(shè)備對(duì)房間的溫度 與濕度隨時(shí)檢測(cè)，在墻上獲取短信消息，與在幾千公里外的 總部進(jìn)行實(shí)景會(huì)議，你的一舉一動(dòng)，每個(gè)表情，都會(huì)被數(shù)據(jù) 傳輸?shù)娇偛亢筮M(jìn)行虛擬場(chǎng)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(huì)有技師手把手教你怎么做， 與真人在你身邊無(wú)異。大部分需要人與人之間進(jìn)行實(shí)地交流的 場(chǎng)景，都可以被 Hololens 所接管，所有的情感交流、商務(wù)會(huì)議、客服維修、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、在線教育，頓時(shí)變得簡(jiǎn)單、低成本化了。 可以說(shuō)這是物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的完美結(jié)合，從物聯(lián)網(wǎng)過(guò)去 的平面控制過(guò)渡到具體場(chǎng)景生動(dòng)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(lái)的物聯(lián)網(wǎng)必定搭載在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可穿戴設(shè)備上。

4 探討適合我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路徑

核心靠技術(shù)，發(fā)展靠平臺(tái)。將物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相 結(jié)合作為一個(gè)整體來(lái)看，對(duì)于未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)、學(xué)、研 都有好處。這樣定位也更容易認(rèn)清自身發(fā)展布局的不足，然后 參照發(fā)達(dá)國(guó)家，結(jié)合自身特點(diǎn)，重點(diǎn)發(fā)展核心技術(shù)領(lǐng)域。參考 發(fā)達(dá)國(guó)家的不足之處，甚至可以在某些領(lǐng)域超越對(duì)方。

加大政策扶持力度，加強(qiáng)企業(yè)專利知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)， 為未來(lái)國(guó)際化接軌做準(zhǔn)備。

加強(qiáng)人才培養(yǎng)，強(qiáng)化企業(yè)自主創(chuàng)新意識(shí)，尤其在增強(qiáng)現(xiàn) 實(shí)技術(shù)等方面提前布局，搶占技術(shù)制高點(diǎn)。

進(jìn)一步放寬政策，加快產(chǎn)學(xué)研相互融合，促進(jìn)企業(yè)專利 科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際經(jīng)濟(jì)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(yǔ)

本研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(lái)個(gè)人終端的發(fā)展趨 勢(shì)，為我國(guó)未來(lái)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(gè)產(chǎn)業(yè)浪潮，已經(jīng)近在眼前。將目光 放長(zhǎng)遠(yuǎn)，物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)結(jié)合是符合未來(lái)發(fā)展規(guī)律的。 相信在不久的將來(lái)，類似 HoloLens 的物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù) 產(chǎn)品必將對(duì)現(xiàn)有的信息交互方式產(chǎn)生沖擊，并走進(jìn)人們的日常 生活，而我們需要提前布局，迎頭趕上，在這個(gè)全新的領(lǐng)域， 讓中國(guó)企業(yè)占有一席之地，爭(zhēng)取在下一個(gè)個(gè)人智能移動(dòng)終端時(shí) 代市場(chǎng)分一杯羹。