關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；自動(dòng)導(dǎo)航；專(zhuān)利分析；功效矩陣；智能化農(nóng)業(yè)裝備；農(nóng)業(yè)信息化

0 引言

農(nóng)機(jī)領(lǐng)域的自動(dòng)導(dǎo)航作為智能化農(nóng)業(yè)裝備的重要組成部分，是集計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子通信為一體的綜合性技術(shù)，主要包括對(duì)周?chē)h(huán)境的感知、導(dǎo)航路徑規(guī)劃、導(dǎo)航模型建立及轉(zhuǎn)向控制[1]。通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)行走機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位，并通過(guò)搭載的多種類(lèi)型的作業(yè)執(zhí)行部件，如噴藥、施肥、播種和收獲等，可自動(dòng)完成多項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)[2-3]。

近年來(lái)，隨著智能化農(nóng)業(yè)裝備的加速推進(jìn)，無(wú)人作業(yè)裝備的研究變得更加迫切?！丁笆奈濉蓖七M(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化規(guī)劃》和《中國(guó)制造2025》指出，智能化農(nóng)業(yè)裝備的研究既是制造業(yè)發(fā)展的剛需，又是國(guó)家扶持的重點(diǎn)領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)行走機(jī)械的自動(dòng)導(dǎo)航，不僅能夠?qū)Ⅰ{駛員從繁重的工作中解放出來(lái)，而且能夠提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)行走機(jī)械的智能化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化有重大的促進(jìn)作用[4-5]。

本研究以農(nóng)機(jī)領(lǐng)域自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的專(zhuān)利申請(qǐng)為研究分析對(duì)象，基于目前主要的導(dǎo)航方式構(gòu)建了技術(shù)分支，梳理了該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)、技術(shù)構(gòu)成、重要申請(qǐng)人，以及重點(diǎn)的研究領(lǐng)域、主要發(fā)明人及其主要研究的關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合現(xiàn)狀、國(guó)外在中國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利情況、技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)及技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)和突破點(diǎn)，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)利審查，以及相關(guān)科研院所、企業(yè)等的技術(shù)研發(fā)提供可行性參考。

1 專(zhuān)利申請(qǐng)概況

1.1 檢索

在中文摘要數(shù)據(jù)庫(kù)（CNABS）、全文數(shù)據(jù)庫(kù)（CNTXT），以及外文摘要數(shù)據(jù)庫(kù)（VEN）中針對(duì)自動(dòng)導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)（涉及G05D1、G01C21、G01S等分類(lèi)號(hào)，以及導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛、無(wú)人駕駛、無(wú)人車(chē)和自動(dòng)跟隨等關(guān)鍵詞），以農(nóng)田、大田、農(nóng)業(yè)、果園、收獲和收割等關(guān)鍵詞進(jìn)行限定，并對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行批量及人工去噪。截至2023年8月15日，共檢索專(zhuān)利4524件，其中在中國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利1928件，在其他國(guó)家和地區(qū)遞交的專(zhuān)利申請(qǐng)2596件，以此構(gòu)建專(zhuān)利池對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行分析研究。

1.2 技術(shù)分支

為便于自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)的分析研究，基于作業(yè)環(huán)境的不同，將自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)分為應(yīng)用于大田環(huán)境和應(yīng)用于果園環(huán)境的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，基于導(dǎo)航方式的差異將二級(jí)分支確定為導(dǎo)航方式、部件，并對(duì)導(dǎo)航方式進(jìn)行了三級(jí)分支，分為機(jī)械接觸式導(dǎo)航（接觸傳感導(dǎo)航）、預(yù)埋引導(dǎo)電纜的有線(xiàn)導(dǎo)航（電磁導(dǎo)航）、物理軌道導(dǎo)航（機(jī)械導(dǎo)航）、超聲波導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、衛(wèi)星定位導(dǎo)航、視覺(jué)導(dǎo)航、紅外導(dǎo)航、利用距離傳感器實(shí)施導(dǎo)航及多傳感器融合導(dǎo)航[6-10]。根據(jù)融合導(dǎo)航采用的導(dǎo)航方式，對(duì)多傳感器融合導(dǎo)航細(xì)化了分支，即四級(jí)分支劃分為視覺(jué)+超聲波+紅外融合導(dǎo)航、視覺(jué)+電磁融合導(dǎo)航、電磁+超聲波融合導(dǎo)航、激光+超聲波融合導(dǎo)航、視覺(jué)+超聲波融合導(dǎo)航、視覺(jué)+激光融合導(dǎo)航、衛(wèi)星定位+激光融合導(dǎo)航及衛(wèi)星定位+視覺(jué)融合導(dǎo)航等多種融合導(dǎo)航方式，具體如圖1所示[1]。

為了便于研究各技術(shù)分支和主要技術(shù)功能效果之間的相互關(guān)系，以尋求領(lǐng)域發(fā)展的技術(shù)空白點(diǎn)、技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)和突破點(diǎn)，以及利于文獻(xiàn)的檢索，對(duì)上述專(zhuān)利池中涉及導(dǎo)航方式部分的專(zhuān)利進(jìn)行了功能效果的標(biāo)引，并劃分為降低成本、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、降低設(shè)備復(fù)雜性、提高安全性、提高導(dǎo)航精度、提高導(dǎo)航可靠性、提高可維護(hù)性、提高路徑覆蓋率、提高自動(dòng)化和提高作業(yè)效率10種功能效果。

2 專(zhuān)利技術(shù)分析

2.1 專(zhuān)利技術(shù)總體概況

由圖2可知，農(nóng)機(jī)領(lǐng)域自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量的變化大致可以分為緩慢發(fā)展期、第1快速發(fā)展期、調(diào)整期及第2快速發(fā)展期4個(gè)階段。第1階段在1981年以前，受全球機(jī)械化發(fā)展水平及自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的制約，相關(guān)技術(shù)在全球范圍內(nèi)處于剛剛起步的緩慢發(fā)展階段。第2階段在1982—2005年，自動(dòng)導(dǎo)航相關(guān)專(zhuān)利的年申請(qǐng)量30余項(xiàng)，申請(qǐng)量開(kāi)始逐步增長(zhǎng)，進(jìn)入了第1快速發(fā)展期。這主要得益于世界各國(guó)高度重視糧食產(chǎn)業(yè)發(fā)展，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化，同時(shí)電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)等在實(shí)際工程領(lǐng)域得到了快速應(yīng)用，為自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)機(jī)領(lǐng)域提供了技術(shù)支撐。日本的研究成果逐漸顯現(xiàn)，僅1982年久保田株式會(huì)社就提交了34項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)，開(kāi)始在該領(lǐng)域進(jìn)行專(zhuān)利布局；并且，隨著技術(shù)的發(fā)展，到1988年，自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)呈現(xiàn)出了多種技術(shù)分支，以久保田株式會(huì)社、洋馬株式會(huì)社、井關(guān)農(nóng)機(jī)株式會(huì)社等為代表的農(nóng)機(jī)公司將視覺(jué)導(dǎo)航、超聲波導(dǎo)航、接觸傳感導(dǎo)航等技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域以提高自動(dòng)化作業(yè)程度。第3階段為2006—2010年，相關(guān)技術(shù)處于發(fā)展調(diào)整期，申請(qǐng)量略有下降，并呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，這主要是受制于各類(lèi)導(dǎo)航傳感器技術(shù)發(fā)展的限制，間接影響了全球?qū)＠暾?qǐng)總體趨勢(shì)。第4階段為2011年后，我國(guó)逐步開(kāi)始在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的研究，并從2013年開(kāi)始基于植保、收獲、插秧、割草及拖拉機(jī)對(duì)自動(dòng)化發(fā)展的迫切需求，我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域下的專(zhuān)利申請(qǐng)量出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，這直接影響了全球?qū)＠暾?qǐng)的總體趨勢(shì)，使其發(fā)展階段由調(diào)整期進(jìn)入了第2快速發(fā)展期。僅2019年全球的申請(qǐng)量就達(dá)到了640項(xiàng)，相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)中以衛(wèi)星定位為主要研究方向的技術(shù)分支始終是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，這主要得益于美國(guó)的GPS系統(tǒng)、歐洲的伽利略系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)及我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展，為以衛(wèi)星定位作為導(dǎo)航方式的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。同時(shí)，隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展，視覺(jué)導(dǎo)航因其采集的環(huán)境信息更加完備，使得相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量也逐步提升，并在2019年達(dá)到了134項(xiàng)；此階段，多傳感器融合的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)也是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，衛(wèi)星定位、視覺(jué)導(dǎo)航、超聲波導(dǎo)航等技術(shù)的融合也在2013年之后進(jìn)入快速發(fā)展階段。

專(zhuān)利申請(qǐng)量排名靠前的國(guó)家分布如表1所示，在4524項(xiàng)相關(guān)申請(qǐng)中，在中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利超過(guò)了42.6%，這也反映出我國(guó)作為人口大國(guó)和農(nóng)業(yè)大國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)需求非常旺盛。其他申請(qǐng)量較多的國(guó)家有日本、美國(guó)、德國(guó)等技術(shù)較發(fā)達(dá)國(guó)家。對(duì)各國(guó)專(zhuān)利技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，我國(guó)由于不同地區(qū)的耕作制度差異較大、田間應(yīng)用環(huán)境不同，相關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在小型農(nóng)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)；日本、美國(guó)、德國(guó)等則因農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展較早、農(nóng)場(chǎng)規(guī)?；鳂I(yè)成熟，相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)多聚焦于大型聯(lián)合耕作機(jī)械。

在中國(guó)申請(qǐng)的1928項(xiàng)專(zhuān)利中，我國(guó)申請(qǐng)人提交的專(zhuān)利申請(qǐng)量1776項(xiàng)，國(guó)外申請(qǐng)人申請(qǐng)的專(zhuān)利量152項(xiàng)。我國(guó)申請(qǐng)人提交的專(zhuān)利申請(qǐng)占92.12%，具體分布情況如表2所示。其中，江蘇省的申請(qǐng)人占比最多，其次是陜西省、廣東省、山東省和北京市的申請(qǐng)人；并且專(zhuān)利申請(qǐng)主要來(lái)自江蘇大學(xué)、東南大學(xué)、寶時(shí)得、西北農(nóng)林科技大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)、濟(jì)南大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)及中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院等，不同地域申請(qǐng)量的差異也與上述高校在該領(lǐng)域的申請(qǐng)量密切相關(guān)，這也在一定程度上說(shuō)明了我國(guó)的專(zhuān)利導(dǎo)航技術(shù)多數(shù)處于技術(shù)研發(fā)階段，成果轉(zhuǎn)化不高。日本在中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利114項(xiàng)，占比5.91%，這體現(xiàn)出日本較為重視中國(guó)市場(chǎng)的專(zhuān)利布局。

全球農(nóng)機(jī)領(lǐng)域自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)專(zhuān)利申請(qǐng)中各技術(shù)分支的申請(qǐng)情況如表3所示。在一級(jí)分支中，大田環(huán)境方面的申請(qǐng)量3890件，占86%；果園環(huán)境方面的申請(qǐng)量634項(xiàng)，占14%。大田環(huán)境下，采用衛(wèi)星定位導(dǎo)航和視覺(jué)導(dǎo)航相關(guān)的專(zhuān)利較多，申請(qǐng)量分別為1131和650項(xiàng)。這主要是由于大田環(huán)境中的行走路徑比較規(guī)律，信號(hào)不受樹(shù)林等的影響，適合衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用。在果園環(huán)境中，更多的是采用融合導(dǎo)航，申請(qǐng)量198項(xiàng)；其次是視覺(jué)導(dǎo)航，申請(qǐng)量110項(xiàng)。這主要是基于果園環(huán)境更加復(fù)雜，采用多傳感器融合導(dǎo)航方式進(jìn)行綜合分析，能夠?qū)崿F(xiàn)更準(zhǔn)確的路徑規(guī)劃[11]。

融合導(dǎo)航方式下大田專(zhuān)利申請(qǐng)有401項(xiàng)、果園有196項(xiàng)，涉及四級(jí)分支的申請(qǐng)量如表4所示。衛(wèi)星定位+視覺(jué)導(dǎo)航是申請(qǐng)量占比最大的融合導(dǎo)航方式，其中大田的環(huán)境中，僅衛(wèi)星定位+視覺(jué)的融合導(dǎo)航方式就有187項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)，涉及衛(wèi)星定位類(lèi)的融合導(dǎo)航方式占比達(dá)75.1%，另外涉及視覺(jué)傳感類(lèi)的融合導(dǎo)航方式占比達(dá)34.2%；而在果園環(huán)境中，衛(wèi)星定位+視覺(jué)的融合導(dǎo)航方式有75項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)，占比達(dá)38.3%，涉及衛(wèi)星定位類(lèi)的融合導(dǎo)航方式占比達(dá)69.9%，另外涉及視覺(jué)傳感類(lèi)的融合導(dǎo)航方式占比達(dá)39.8%。除此之外，機(jī)械類(lèi)、電磁類(lèi)融合導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利占比較小，這與兩種導(dǎo)航方式所涉及的配套設(shè)備復(fù)雜、維護(hù)性和適配性較差、市場(chǎng)接受度差有關(guān)；而超聲波、紅外、激光在融合類(lèi)導(dǎo)航技術(shù)中所占比例較大，主要基于此類(lèi)導(dǎo)航成本較低，導(dǎo)航數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性較高。

在中國(guó)申請(qǐng)的1928件農(nóng)機(jī)領(lǐng)域自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)專(zhuān)利中專(zhuān)利類(lèi)型、法律狀態(tài)如圖3所示，專(zhuān)利復(fù)審、許可等信息如表5所示。由圖3可知，1928項(xiàng)中發(fā)明專(zhuān)利占68.0%，具有主導(dǎo)地位，并且發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)中的有效量也保持著較高的占比；實(shí)用新型中失效專(zhuān)利222項(xiàng)，占比達(dá)36.2%，這與實(shí)用新型授權(quán)后的穩(wěn)定性和保護(hù)年限相較于發(fā)明專(zhuān)利不具優(yōu)勢(shì)有關(guān)。由表5可知，目前專(zhuān)利的后期運(yùn)用以轉(zhuǎn)讓為主，許可和質(zhì)押形式占比較少，并且總體占比較低，說(shuō)明相關(guān)技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化和市場(chǎng)運(yùn)用還有待提高。

由圖4可知，我國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在大專(zhuān)院校和企業(yè)，兩者的申請(qǐng)量分別為856和824項(xiàng)，其次是個(gè)人和科研單位的申請(qǐng)，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的專(zhuān)利申請(qǐng)量較少，僅有26項(xiàng)，如中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所和蘇州中農(nóng)數(shù)智科技有限公司共同申請(qǐng)了一種基于激光雷達(dá)和視覺(jué)的果園路徑識(shí)別方法和機(jī)器人（CN113778087A），重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院和重慶合心智能科技有限公司共同申請(qǐng)了一種用于蔬菜立體栽培定植的AGV智能工作方法（CN110308706A）。產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的現(xiàn)狀在一定程度上表明，在該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和大專(zhuān)院校的研發(fā)成果轉(zhuǎn)化相對(duì)較慢，為此需要大力推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研的深度融合，以利于先進(jìn)技術(shù)快速、高效的轉(zhuǎn)化。

2.2 申請(qǐng)人和發(fā)明人分析

農(nóng)機(jī)領(lǐng)域自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)專(zhuān)利申請(qǐng)二級(jí)分支下主要申請(qǐng)人分布如表6所示。

由表6可知，久保田和洋馬公司是農(nóng)機(jī)導(dǎo)航領(lǐng)域的重要申請(qǐng)人，其專(zhuān)利基本覆蓋了各級(jí)分支，并且在每個(gè)分支中的申請(qǐng)量排名均較為靠前。其中，在衛(wèi)星類(lèi)導(dǎo)航分支中久保田和洋馬公司分別有52和125項(xiàng)專(zhuān)利，分別占該分支的7.9%和19%；久保田在聯(lián)合收割機(jī)、播種機(jī)、插秧機(jī)等農(nóng)機(jī)裝備領(lǐng)域均有重要的影響，洋馬公司在農(nóng)用設(shè)備領(lǐng)域也有較多的專(zhuān)利布局；井關(guān)農(nóng)機(jī)也在多個(gè)二級(jí)分支申請(qǐng)量中位居前列，可見(jiàn)日本的導(dǎo)航技術(shù)和專(zhuān)利布局是該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)時(shí)需重點(diǎn)考慮的因素，也是在專(zhuān)利檢索中需重點(diǎn)關(guān)注的。除此之外，約翰迪爾在該領(lǐng)域的多個(gè)二級(jí)分支中也有舉足輕重的地位；我國(guó)的申請(qǐng)人則是以西北農(nóng)林科技大學(xué)、江蘇大學(xué)為代表的高等院校；結(jié)合進(jìn)一步檢索可知，西北農(nóng)林科技大學(xué)在融合導(dǎo)航、激光導(dǎo)航及GPS導(dǎo)航方面均具有一定的研發(fā)基礎(chǔ)，并且重點(diǎn)研究方向在于果園融合導(dǎo)航，而江蘇大學(xué)側(cè)重于融合導(dǎo)航和激光導(dǎo)航。

由圖5可知，在較為主流的衛(wèi)星定位+視覺(jué)融合導(dǎo)航方式中，我國(guó)的相關(guān)專(zhuān)利在申請(qǐng)量上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，主要集中在以西北農(nóng)林科技大學(xué)和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）為代表的高等院校；作為我國(guó)該領(lǐng)域的重要申請(qǐng)人，西北農(nóng)林科技大學(xué)還在視覺(jué)+超聲波、衛(wèi)星定位+激光、衛(wèi)星定位+超聲波、衛(wèi)星定位+視覺(jué)+超聲波、衛(wèi)星定位+視覺(jué)+激光及視覺(jué)+激光等多個(gè)技術(shù)分支進(jìn)行了相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)，導(dǎo)航方式涵蓋較為全面。除此之外，也有市場(chǎng)創(chuàng)新主體如上海華測(cè)導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司在導(dǎo)航方法上進(jìn)行了相關(guān)的專(zhuān)利布局，其研究的衛(wèi)星+視覺(jué)的融合導(dǎo)航測(cè)量使得農(nóng)機(jī)具備更好的機(jī)動(dòng)靈活性和精準(zhǔn)度，以及可對(duì)農(nóng)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

部件導(dǎo)航涉及的三級(jí)分支主要申請(qǐng)人分布如圖6所示，三級(jí)分支中的導(dǎo)航方法主要涉及的是導(dǎo)航路徑規(guī)劃、控制及調(diào)節(jié)等相關(guān)技術(shù)。日本的久保田、洋馬公司依然是相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利布局的領(lǐng)頭羊；我國(guó)的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)依舊主要集中于西北農(nóng)林科技大學(xué)、江蘇大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所等高校、科研機(jī)構(gòu)，企業(yè)主體申請(qǐng)量偏少。

相關(guān)市場(chǎng)主體可通過(guò)與對(duì)應(yīng)高校、科研院所進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、技術(shù)引進(jìn)，以及人才招聘等多種方式，快速構(gòu)建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，提高研發(fā)實(shí)力或進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的市場(chǎng)推廣。

我國(guó)相關(guān)技術(shù)分支的發(fā)明人和專(zhuān)利申請(qǐng)量如表7所示。西北農(nóng)林科技大學(xué)楊福增教授，主要研究方向涉及融合、衛(wèi)星定位和視覺(jué)導(dǎo)航3個(gè)方面；進(jìn)一步檢索可發(fā)現(xiàn)，其重點(diǎn)研究方向涉及丘陵山地?zé)o人機(jī)械、智能農(nóng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)、多體機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及基于無(wú)人機(jī)械的信息或控制技術(shù)等，并且針對(duì)郁閉型果園空間狹小的限制，研發(fā)了微型果園無(wú)人機(jī)械。西北農(nóng)林科技大學(xué)陳軍教授，主要研究方向涉及融合、衛(wèi)星定位和激光導(dǎo)航3個(gè)方面；進(jìn)一步檢索可發(fā)現(xiàn)，其長(zhǎng)期致力于智能化農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)研發(fā)，在果園機(jī)械的自動(dòng)導(dǎo)航方面具有深厚的研究基礎(chǔ)。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)劉平教授，專(zhuān)業(yè)方向是農(nóng)業(yè)裝備智能控制技術(shù)和導(dǎo)航控制技術(shù)，其相關(guān)研究主要涉及融合導(dǎo)航和視覺(jué)導(dǎo)航。除此之外，河北工業(yè)大學(xué)張鵬團(tuán)隊(duì)等均在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域具有深入的研究。

2.3 國(guó)外在中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利分析

由圖7可知，相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量整體上呈逐年上升趨勢(shì)，在2018年達(dá)到頂峰，2019—2021年雖有所下降，但中國(guó)市場(chǎng)依然是國(guó)外公司專(zhuān)利布局的熱點(diǎn)；2010年國(guó)外/國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量比例達(dá)到57.1%，這一方面與當(dāng)年的申請(qǐng)量基數(shù)較低有關(guān)，另一方面也反映了當(dāng)時(shí)我國(guó)部分創(chuàng)新主體在該領(lǐng)域的專(zhuān)利布局量較少。近年來(lái)，國(guó)外在中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利在整體上也呈上升趨勢(shì)，2017—2020年達(dá)到了一個(gè)高峰；但國(guó)外/國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量比例有所降低，這主要是由于同一時(shí)期國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量增長(zhǎng)較快所致。

農(nóng)機(jī)導(dǎo)航領(lǐng)域國(guó)外在中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利狀態(tài)如圖8所示，其中，日本在中國(guó)的專(zhuān)利布局?jǐn)?shù)量明顯高于其他國(guó)家，這一方面得益于日本的農(nóng)田作業(yè)環(huán)境與中國(guó)目前的農(nóng)田環(huán)境較為類(lèi)似，其農(nóng)業(yè)機(jī)械靈活且適應(yīng)性強(qiáng)，相較于美國(guó)和德國(guó)的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械而言，更符合中國(guó)市場(chǎng)用戶(hù)要求；另一方面，日本基于其智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展相對(duì)較早、技術(shù)較為成熟，使得日本相關(guān)農(nóng)機(jī)企業(yè)更注重在全球，尤其是在中國(guó)的專(zhuān)利布局。

國(guó)外在中國(guó)申請(qǐng)的26件有效專(zhuān)利主要涉及大田衛(wèi)星定位導(dǎo)航、果園視覺(jué)導(dǎo)航及相關(guān)的三級(jí)分支導(dǎo)航方法類(lèi)。因此，我國(guó)企業(yè)在相應(yīng)領(lǐng)域進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)、專(zhuān)利布局時(shí)要注意規(guī)避；對(duì)于處于審中狀態(tài)的申請(qǐng)，最終的法律狀態(tài)雖不確定，但是這些申請(qǐng)往往也是后期容易引起知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛的主要方面，產(chǎn)業(yè)主體在專(zhuān)利布局時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)注狀態(tài)變化。

農(nóng)機(jī)導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)＠?個(gè)主要申請(qǐng)國(guó)及其目標(biāo)國(guó)關(guān)系如圖9所示，中國(guó)、日本和德國(guó)3個(gè)國(guó)家所申請(qǐng)的專(zhuān)利主要還是布局于本國(guó)；韓國(guó)則更多的是布局在其國(guó)外市場(chǎng)，其在德國(guó)的專(zhuān)利布局量明顯超過(guò)了本國(guó)的專(zhuān)利布局量。值得注意的是，日本和中國(guó)互為除本國(guó)外的最大專(zhuān)利目標(biāo)國(guó)。

2.4 技術(shù)功效矩陣分析

由圖10可知，導(dǎo)航的可靠性和精度是農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展所關(guān)注的重要指標(biāo)，相關(guān)的申請(qǐng)量所占份額較大；提高自動(dòng)化、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)效率也是現(xiàn)有導(dǎo)航作業(yè)中重要的技術(shù)研發(fā)方向；而提高導(dǎo)航安全性、降低成本、提高路徑覆蓋率和提高可維護(hù)性相關(guān)的研究均較少，相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)可從該角度分析技術(shù)研發(fā)的可行性，以尋求技術(shù)突破，打破專(zhuān)利壁壘。

三級(jí)分支涉及的技術(shù)功效矩陣如圖11所示。在主流的衛(wèi)星定位、視覺(jué)和融合導(dǎo)航方式中，其重點(diǎn)發(fā)展方向依然在于提高導(dǎo)航可靠性和導(dǎo)航精度，專(zhuān)利較多，技術(shù)較成熟；同時(shí)提高自動(dòng)化、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高作業(yè)效率也具有不少的申請(qǐng)量。另外由于衛(wèi)星定位、視覺(jué)和融合導(dǎo)航方式的核心技術(shù)相對(duì)成熟，相配套的安全性、設(shè)備復(fù)雜性、經(jīng)濟(jì)成本控制也在技術(shù)發(fā)展中被重點(diǎn)考慮。對(duì)于接觸傳感、激光、機(jī)械導(dǎo)航、紅外、電磁和超聲波的導(dǎo)航方式，其整體的專(zhuān)利申請(qǐng)量相對(duì)較少，在提高導(dǎo)航可靠性和提高導(dǎo)航精度方面的研發(fā)布局體量也較小，在設(shè)備維護(hù)性或者設(shè)備復(fù)雜性等方面的研究則更少甚至是空白，相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)可考慮這些技術(shù)空白點(diǎn)在實(shí)際技術(shù)應(yīng)用上是否可行，并在該方向?qū)で蠹夹g(shù)突破，打破專(zhuān)利壁壘。

融合導(dǎo)航方式下主要技術(shù)分支的技術(shù)功效矩陣如圖12所示。衛(wèi)星定位+視覺(jué)的融合導(dǎo)航方式技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，無(wú)論是在提高導(dǎo)航可靠性和導(dǎo)航精度方面，還是在提高自動(dòng)化、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高作業(yè)效率方面，均有相當(dāng)體量的專(zhuān)利申請(qǐng)；同時(shí)在設(shè)備安全性、降低設(shè)備復(fù)雜性和降低成本方面也有不少技術(shù)專(zhuān)利布局，其技術(shù)發(fā)展成熟度和完整度都明顯高于其他融合導(dǎo)航方式。而衛(wèi)星定位+視覺(jué)+激光、衛(wèi)星定位+視覺(jué)+超聲波、衛(wèi)星定位+紅外和衛(wèi)星定位+超聲波的融合導(dǎo)航方式在總體申請(qǐng)量上比較少；關(guān)于相應(yīng)的降低成本、降低設(shè)備復(fù)雜性、提高可維護(hù)性方面的研究則更少甚至是空白，相關(guān)的創(chuàng)新主體一方面要考慮此類(lèi)相關(guān)技術(shù)在實(shí)際技術(shù)中應(yīng)用的可行性，另一方面可以考慮從這些方面出發(fā)從而能夠更容易打破專(zhuān)利封鎖，形成有效的專(zhuān)利布局。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）農(nóng)機(jī)領(lǐng)域自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)專(zhuān)利技術(shù)主要集中在中國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)和韓國(guó)。其中，日本的申請(qǐng)量?jī)H次于中國(guó)，其重要申請(qǐng)人久保田和洋馬公司不僅注重本國(guó)的專(zhuān)利布局，在中國(guó)等其他國(guó)家也有較多的專(zhuān)利申請(qǐng)。美國(guó)的主要申請(qǐng)人則是以約翰迪爾為代表的農(nóng)機(jī)企業(yè)。中國(guó)的主要申請(qǐng)人集中在以西北農(nóng)林科技大學(xué)、江蘇大學(xué)為代表的高等院校，其有著較為全面且前沿的導(dǎo)航技術(shù)專(zhuān)利；但是相關(guān)的產(chǎn)學(xué)研專(zhuān)利數(shù)量較少，專(zhuān)利后期的轉(zhuǎn)讓、許可和質(zhì)押等運(yùn)用也占比較少，在專(zhuān)利技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化方面還存在不足。如何加強(qiáng)科研院所、高校與企業(yè)的深度合作，助力專(zhuān)利技術(shù)的市場(chǎng)應(yīng)用是做好知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)的重點(diǎn)方向。

（2）我國(guó)的申請(qǐng)人在國(guó)外的專(zhuān)利布局較少，不利于國(guó)內(nèi)企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品走向國(guó)際市場(chǎng)；而日本在我國(guó)擁有較多的專(zhuān)利申請(qǐng)。國(guó)內(nèi)企業(yè)在技術(shù)研發(fā)方面需要關(guān)注相關(guān)的專(zhuān)利布局情況。

（3）農(nóng)業(yè)導(dǎo)航作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，提高導(dǎo)航可靠性和導(dǎo)航精度是目前導(dǎo)航專(zhuān)利技術(shù)的重點(diǎn)布局方向，尤其是衛(wèi)星定位、視覺(jué)和衛(wèi)星定位+視覺(jué)的融合導(dǎo)航方式是研發(fā)熱點(diǎn)；而接觸傳感、激光、機(jī)械導(dǎo)航、紅外、電磁和超聲波相關(guān)導(dǎo)航方式的專(zhuān)利申請(qǐng)量相對(duì)較少，技術(shù)研發(fā)方面依然具有一定的空間；提高導(dǎo)航安全性、降低成本、提高路徑覆蓋率和提高可維護(hù)性相關(guān)的研究均較少，相關(guān)的創(chuàng)新主體可考慮從這些方面出發(fā)探索技術(shù)研究的可行性。