精准农业技术与系统专利分析

　　[摘要]从中观层面考察了精准农业技术与系统的专利产出情况，结合定量分析、定性调研与专家咨询，从总体趋势、地域分布、技术流向、重要竞争者、技术发展动向、技术热点与空白点、与全球专利申请活动差异等，多视角揭示了该领域当前专利活动特征。对比了与全球专利申请活动的差异，为我国相关机构的专利布局对策提供了参考建议。

　　[关键词]精确农业处方农业农业物联网农业信息化专利知识产权

　　1引言

　　精准农业(precisionagriculture，PA)又称精确农业或处方农业，是一种以现代知识和技术为基础的农业微观管理系统，其核心是根据当时、当地测定的作物实际需要确定对作物的投入，是指按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空差异，精确地调整各种农艺措施，最大限度地优化水、肥、种子(种苗)、农药使用量和时机，以期获得最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境和土地等农业自然资源。精准农业的主要技术包括遥感技术(RS)、地理信息技术(GIS)、全球定位系统(GPS)、农业专家系统(ES)、决策支持系统(DSS)、作物生长模拟系统(SS)、物联网技术(ITT)和变量投入技术(VRT)等。利用遥感技术宏观控制和测量，地理信息技术采集、存储、分析和输出地面或田地所需的要素资料，以全球定位系统将地面精准测量和定位，再与地面的信息转换和定时控制系统相配合，产生决策，按区内要素的空间变量数据精确设定和实施最佳播种、施肥、灌溉、用药、收割等多种农事操作。精准农业实施的目的是在减少投入的情况下增加(或维持)产量、降低成本、减少环境污染、节约资源、保护生态环境，实现农业的可持续发展。精准农业是全球农业科技革命的方向，是我国实现农业现代化的有效途径[1]。据测算：采用精准农业技术，可节约30%以上的肥料和农药，可使作物生产成本降低20%以上。因此，精准农业技术成为近几年兴起的新热点[2]。

　　2数据来源与分析工具

　　数据来源：美国汤森路透科技信息集团(ThomsonReutersScientific)的ThomsonInnovation数据库和ISIWebofKnowledge知识平台中的德温特创新专利索引(DII)数据库(检索日截至2014年8月)、知识产权局的专利数据库(检索日截至2014年６月)。

　　数据说明：本报告侧重于农业信息化技术方面的专利分析，并未涉及农业技术和设备的方方面面，如工具的机械设计的改良等。

　　分析工具：汤森科技信息集团的数据分析工具TDA(ThomsonDataAnalyzer)、TI(ThomsonInnovation)分析平台，Dialog公司的Innography专利检索与分析平台，科学院专利在线分析系统2.0，使用Excel进行数据统计，并使用Tableau软件辅助绘图。

　　3精准农业技术与系统专利态势分析

　　3.1专利申请活动时间趋势

　　截止检索日，全球范围内精准农业技术与系统相关专利申请共3381项，共包含8150件专利申请1，申请时间趋势如图1。由图1所示的数据可知，1996年以前，相关专利申请增长缓慢。从1997年开始，申请数量有了大幅度增长，申请数量表现出波动特点。从2008年开始，申请数量迅速攀升，进入了快速增长阶段2。

　　(1)缓慢发展期：1973－1996年精准农业概念始于1980年代，GPS技术是重要的推动因素，但相关专利在20世纪70年代已经出现。这一时期全球只有519项专利，平均每年专利申请数量少于30项，相关技术萌芽并开始缓慢发展，专利申请主要集中于与农业作业装备相关的技术。

　　(2)缓慢增长期：1997－2007这一时期全球共有1064项专利，平均每年申请100项左右。20世纪90年代初全球卫星定位系统的完善以及GIS和RS被列入农业决策支持系统，都为精准农业的实施提供了基本条件。这段时期内，专利申请活动处于相对缓慢的增长期，专利申请数量每年变化不大。在此期间，以精准农业为代表的现代农业技术逐步得到认可，不断有新的机构加入研发行列。

　　(3)快速增长期：2008年至今这一时期，全球共有1798项相关专利申请，在不到7年的时间内，申请数量超过之前30多年的申请总量，大量机构加入技术研发和申请保护行列。此间，信息采集、决策支持、全球定位系统等相关技术逐渐成熟，专利申请活动也处于快速增长的活跃期。

　　3.2重要/地区分布

　　3.2.1专利申请的/地区分布特点专利文献中的发明人地址体现了专利技术的来源国/地区信息，反映了技术创新源地的创新能力和活跃程度，可以为区域间的技术合作和竞争提供有用的信息。根据专利来源国/地区统计结果(图2)发现，当前精准农业技术及系统专利技术主要来源于北美和欧亚大陆，而在南美(巴西与阿根廷存在少量专利受理)和非洲国家，只有少数涉及数量不多的专利申请。美国是当前最大的技术发源地，这表明美国在精准农业技术及系统专利技术中占有绝对的优势；日本尽管并非农业大国，但在以精准农业为代表的现代农业先进技术行列占有一席之地，相关专利申请量位列全球第二。和德国分别位列美日两国之后，也是精准农业技术及系统专利技术较为主要的产出国。

　　3.2.2专利受理的/地区分布特点专利受理国/地区反映了技术接受地信息，反映了该国家/地区的专利保护程度，也是相关技术和产品市场布局的重要参照，可以为区域间的技术保护提供有用信息。根据精准农业技术专利受理国/地区分布(图3)可看出，精准农业技术及系统专利受理地区主要与技术来源国/地区相似，集中于北美和欧亚地区。此外，巴西很重视精准农业，并建立了研究中心，阿根廷也存在少量专利受理，而其他南美的专利受理数量较少，非洲市场尚未成为受重视的技术输出和保护地。全球专利申请总体趋势大致如下(基于最早优先权年统计)。

　　4关键技术专利布局分析

　　4.1专利技术类别构成

　　截至检索日，精准农业技术与系统涉及的4大技术分支中，信息集成和传输、变量农作机械的专利申请量所占比重基本持平，都在1300项以上，远多于信息处理系统、集成系统和方法的相关专利(图11)。本文将以信息采集和传输为例，展示信息采集和传输的技术分支、发展趋势、专利技术-功效组合特点和专利研发热点。

　　4.2信息采集和传输技术

　　4.2.1专利技术分支构成信息采集和传输技术是精准农业的源头环节，是精准农业系统正常运行的前提和保障。快速、有效采集和处理农田空间信息分布，包括获取土壤、气象、作物生长和病虫草害等信息，是实践精准农业的重要基础。当前信息采集和传输技术主要包括：GPS/DGPS及应用、遥感技术(RS)、信息采集传感器、机器视觉和信息传输网/技术。

　　4.2.2各技术分支专利发展趋势如图13，信息采集传感器、机器视觉一直受到申请人关注，申请数量呈逐年增多趋势。GPS/DGPS及应用和遥感技术也一直保有一定的受关注度，但申请数量相对较低，近年也未有明显的增长趋势。遥感技术、地理信息系统及应用和软件集成平台目前还没有成为精准农业研发的技术焦点。值得注意的是信息传输网络/技术、系统集成，在近几年申请数量开始逐渐增多。

　　4.2.3专利技术-功效组合特点截至检索日，GPS/DGPS及应用专利技术研发活动(图14)主要关注的问题是：提高定位精度、提高信息采集精度、实现信息的实时和快速采集、扩大技术的应用范围等。在降低成本、增强稳定性方面，可能还存在一定的专利申请和保护空间。

　　5专利布局战略与对策建议

　　5.1专利技术布局方向建议

　　(1)决策支持系统是当前研发热点，参与研发的申请人和发明人较多，技术布局广泛，PCT专利申请较多，重复研发风险非常高。在决策支持系统类专利技术中，以专家系统和模拟系统为主，在研发中可适时关注一些新的决策支持方法和系统开发。

　　(2)信息采集传感器也存在较高的重复研发风险，具备较多的发明人和申请人，技术分支布局广泛，美日欧三方专利较多。从当前专利活动特点来看，在增强稳定性、安全性等方面可能还有一定的提升空间。当前信息采集传感器专利主要关注土壤信息和气象信息传感器，对于作物生长信息传感器、作物流量传感器、畜牧/水产养殖信息和作物病虫草害检测传感器等，专利数量还不具有优势，可加强关注度。

　　5.2突破核心技术和重大共性关键技术

　　在我国，精准农业技术试验示范刚刚开始且主要是靠技术设备引进。目前支持精准农业实践的一些关键技术尚未解决，鉴于当前的技术能力和国情，建议集中力量加强攻关，突破核心技术和重大共性关键技术。支持研发符合我国农业不同应用目标的高可靠、低成本、适应恶劣环境的精准农业技术和产品。

　　(1)精准农业实施的最大障碍集中在农田信息高效、低成本获取传感技术以及基于信息和计算处理的智能化管理决策模型上。影响农业生产的“水、土、气”等因子正在被进行全面地感知，以4G、IPV6为代表的通信技术的发展将使农业信息感知以无缝、迅捷的方式进行传递，以云计算和云服务为代表的信息处理技术将使精准农业更加智能，这些都可能是精准农业未来的突破点。

　　(2)变量农作机械的导航系统及技术将更加侧重多值导航技术的融合使用。GPS导航容易受到环境因素的影响；机器视觉导航应用中存在图像处理易受自然光线等外界条件的干扰、作物缺失易造成图形信息的丢失、图像实时性和稳定性以及图像处理算法的速度比较慢的问题。因此，GPS导航、视觉导航、激光导航和多传感器融合技术将来必然会广泛地应用于变量农作机械导航系统中。

　　参考文献

　　[1]汪懋华.精准农业发展与工程技术创新.农业工程学报,1999,15(3):1-4.

　　[2]何勇,赵春江.精准农业.杭州：浙江大学出版社,2010.[3]李忠武,等.精准农业及其在我国的研究应用.地理科学,2001,21(6):564–569.

　　[4]韩永峰,等.精准农业的技术体系及其在我国的发展现状.河北农业科学,2010,14(3):146-149.

　　许海云1*张娴1，2王春华1，2郭婷1，2方曙1

《精准农业技术与系统专利分析》

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