[摘要]從中觀層面考察了精準農(nóng)業(yè)技術(shù)與系統(tǒng)的專利產(chǎn)出情況，結(jié)合定量分析、定性調(diào)研與專家咨詢，從總體趨勢、地域分布、技術(shù)流向、重要競爭者、技術(shù)發(fā)展動向、技術(shù)熱點與空白點、與全球?qū)＠暾埢顒硬町惖龋嘁暯墙沂玖嗽擃I(lǐng)域當前專利活動特征。對比了與全球?qū)＠暾埢顒拥牟町悾瑸槲覈嚓P(guān)機構(gòu)的專利布局對策提供了參考建議。

　　[關(guān)鍵詞]精確農(nóng)業(yè)處方農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)信息化專利知識產(chǎn)權(quán)

　　1引言

　　精準農(nóng)業(yè)(precisionagriculture，PA)又稱精確農(nóng)業(yè)或處方農(nóng)業(yè)，是一種以現(xiàn)代知識和技術(shù)為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)微觀管理系統(tǒng)，其核心是根據(jù)當時、當?shù)販y定的作物實際需要確定對作物的投入，是指按照田間每一操作單元的環(huán)境條件和作物產(chǎn)量的時空差異，精確地調(diào)整各種農(nóng)藝措施，最大限度地優(yōu)化水、肥、種子(種苗)、農(nóng)藥使用量和時機，以期獲得最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟效益，同時保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和土地等農(nóng)業(yè)自然資源。精準農(nóng)業(yè)的主要技術(shù)包括遙感技術(shù)(RS)、地理信息技術(shù)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)(ES)、決策支持系統(tǒng)(DSS)、作物生長模擬系統(tǒng)(SS)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(ITT)和變量投入技術(shù)(VRT)等。利用遙感技術(shù)宏觀控制和測量，地理信息技術(shù)采集、存儲、分析和輸出地面或田地所需的要素資料，以全球定位系統(tǒng)將地面精準測量和定位，再與地面的信息轉(zhuǎn)換和定時控制系統(tǒng)相配合，產(chǎn)生決策，按區(qū)內(nèi)要素的空間變量數(shù)據(jù)精確設(shè)定和實施最佳播種、施肥、灌溉、用藥、收割等多種農(nóng)事操作。精準農(nóng)業(yè)實施的目的是在減少投入的情況下增加(或維持)產(chǎn)量、降低成本、減少環(huán)境污染、節(jié)約資源、保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。精準農(nóng)業(yè)是全球農(nóng)業(yè)科技革命的方向，是我國實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的有效途徑[1]。據(jù)測算：采用精準農(nóng)業(yè)技術(shù)，可節(jié)約30%以上的肥料和農(nóng)藥，可使作物生產(chǎn)成本降低20%以上。因此，精準農(nóng)業(yè)技術(shù)成為近幾年興起的新熱點[2]。

　　2數(shù)據(jù)來源與分析工具

　　數(shù)據(jù)來源：美國湯森路透科技信息集團(ThomsonReutersScientific)的ThomsonInnovation數(shù)據(jù)庫和ISIWebofKnowledge知識平臺中的德溫特創(chuàng)新專利索引(DII)數(shù)據(jù)庫(檢索日截至2014年8月)、知識產(chǎn)權(quán)局的專利數(shù)據(jù)庫(檢索日截至2014年６月)。

　　數(shù)據(jù)說明：本報告?zhèn)戎赜谵r(nóng)業(yè)信息化技術(shù)方面的專利分析，并未涉及農(nóng)業(yè)技術(shù)和設(shè)備的方方面面，如工具的機械設(shè)計的改良等。

　　分析工具：湯森科技信息集團的數(shù)據(jù)分析工具TDA(ThomsonDataAnalyzer)、TI(ThomsonInnovation)分析平臺，Dialog公司的Innography專利檢索與分析平臺，科學(xué)院專利在線分析系統(tǒng)2.0，使用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并使用Tableau軟件輔助繪圖。

　　3精準農(nóng)業(yè)技術(shù)與系統(tǒng)專利態(tài)勢分析

　　3.1專利申請活動時間趨勢

　　截止檢索日，全球范圍內(nèi)精準農(nóng)業(yè)技術(shù)與系統(tǒng)相關(guān)專利申請共3381項，共包含8150件專利申請1，申請時間趨勢如圖1。由圖1所示的數(shù)據(jù)可知，1996年以前，相關(guān)專利申請增長緩慢。從1997年開始，申請數(shù)量有了大幅度增長，申請數(shù)量表現(xiàn)出波動特點。從2008年開始，申請數(shù)量迅速攀升，進入了快速增長階段2。

　　(1)緩慢發(fā)展期：1973－1996年精準農(nóng)業(yè)概念始于1980年代，GPS技術(shù)是重要的推動因素，但相關(guān)專利在20世紀70年代已經(jīng)出現(xiàn)。這一時期全球只有519項專利，平均每年專利申請數(shù)量少于30項，相關(guān)技術(shù)萌芽并開始緩慢發(fā)展，專利申請主要集中于與農(nóng)業(yè)作業(yè)裝備相關(guān)的技術(shù)。

　　(2)緩慢增長期：1997－2007這一時期全球共有1064項專利，平均每年申請100項左右。20世紀90年代初全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的完善以及GIS和RS被列入農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)，都為精準農(nóng)業(yè)的實施提供了基本條件。這段時期內(nèi)，專利申請活動處于相對緩慢的增長期，專利申請數(shù)量每年變化不大。在此期間，以精準農(nóng)業(yè)為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)逐步得到認可，不斷有新的機構(gòu)加入研發(fā)行列。

　　(3)快速增長期：2008年至今這一時期，全球共有1798項相關(guān)專利申請，在不到7年的時間內(nèi)，申請數(shù)量超過之前30多年的申請總量，大量機構(gòu)加入技術(shù)研發(fā)和申請保護行列。此間，信息采集、決策支持、全球定位系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)逐漸成熟，專利申請活動也處于快速增長的活躍期。

　　3.2重要/地區(qū)分布

　　3.2.1專利申請的/地區(qū)分布特點專利文獻中的發(fā)明人地址體現(xiàn)了專利技術(shù)的來源國/地區(qū)信息，反映了技術(shù)創(chuàng)新源地的創(chuàng)新能力和活躍程度，可以為區(qū)域間的技術(shù)合作和競爭提供有用的信息。根據(jù)專利來源國/地區(qū)統(tǒng)計結(jié)果(圖2)發(fā)現(xiàn)，當前精準農(nóng)業(yè)技術(shù)及系統(tǒng)專利技術(shù)主要來源于北美和歐亞大陸，而在南美(巴西與阿根廷存在少量專利受理)和非洲國家，只有少數(shù)涉及數(shù)量不多的專利申請。美國是當前最大的技術(shù)發(fā)源地，這表明美國在精準農(nóng)業(yè)技術(shù)及系統(tǒng)專利技術(shù)中占有絕對的優(yōu)勢；日本盡管并非農(nóng)業(yè)大國，但在以精準農(nóng)業(yè)為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)先進技術(shù)行列占有一席之地，相關(guān)專利申請量位列全球第二。和德國分別位列美日兩國之后，也是精準農(nóng)業(yè)技術(shù)及系統(tǒng)專利技術(shù)較為主要的產(chǎn)出國。

　　3.2.2專利受理的/地區(qū)分布特點專利受理國/地區(qū)反映了技術(shù)接受地信息，反映了該國家/地區(qū)的專利保護程度，也是相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品市場布局的重要參照，可以為區(qū)域間的技術(shù)保護提供有用信息。根據(jù)精準農(nóng)業(yè)技術(shù)專利受理國/地區(qū)分布(圖3)可看出，精準農(nóng)業(yè)技術(shù)及系統(tǒng)專利受理地區(qū)主要與技術(shù)來源國/地區(qū)相似，集中于北美和歐亞地區(qū)。此外，巴西很重視精準農(nóng)業(yè)，并建立了研究中心，阿根廷也存在少量專利受理，而其他南美的專利受理數(shù)量較少，非洲市場尚未成為受重視的技術(shù)輸出和保護地。全球?qū)＠暾埧傮w趨勢大致如下(基于最早優(yōu)先權(quán)年統(tǒng)計)。

　　4關(guān)鍵技術(shù)專利布局分析

　　4.1專利技術(shù)類別構(gòu)成

　　截至檢索日，精準農(nóng)業(yè)技術(shù)與系統(tǒng)涉及的4大技術(shù)分支中，信息集成和傳輸、變量農(nóng)作機械的專利申請量所占比重基本持平，都在1300項以上，遠多于信息處理系統(tǒng)、集成系統(tǒng)和方法的相關(guān)專利(圖11)。本文將以信息采集和傳輸為例，展示信息采集和傳輸?shù)募夹g(shù)分支、發(fā)展趨勢、專利技術(shù)-功效組合特點和專利研發(fā)熱點。

　　4.2信息采集和傳輸技術(shù)

　　4.2.1專利技術(shù)分支構(gòu)成信息采集和傳輸技術(shù)是精準農(nóng)業(yè)的源頭環(huán)節(jié)，是精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)正常運行的前提和保障。快速、有效采集和處理農(nóng)田空間信息分布，包括獲取土壤、氣象、作物生長和病蟲草害等信息，是實踐精準農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)。當前信息采集和傳輸技術(shù)主要包括：GPS/DGPS及應(yīng)用、遙感技術(shù)(RS)、信息采集傳感器、機器視覺和信息傳輸網(wǎng)/技術(shù)。

　　4.2.2各技術(shù)分支專利發(fā)展趨勢如圖13，信息采集傳感器、機器視覺一直受到申請人關(guān)注，申請數(shù)量呈逐年增多趨勢。GPS/DGPS及應(yīng)用和遙感技術(shù)也一直保有一定的受關(guān)注度，但申請數(shù)量相對較低，近年也未有明顯的增長趨勢。遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)及應(yīng)用和軟件集成平臺目前還沒有成為精準農(nóng)業(yè)研發(fā)的技術(shù)焦點。值得注意的是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)/技術(shù)、系統(tǒng)集成，在近幾年申請數(shù)量開始逐漸增多。

　　4.2.3專利技術(shù)-功效組合特點截至檢索日，GPS/DGPS及應(yīng)用專利技術(shù)研發(fā)活動(圖14)主要關(guān)注的問題是：提高定位精度、提高信息采集精度、實現(xiàn)信息的實時和快速采集、擴大技術(shù)的應(yīng)用范圍等。在降低成本、增強穩(wěn)定性方面，可能還存在一定的專利申請和保護空間。

　　5專利布局倡議與對策建議

　　5.1專利技術(shù)布局方向建議

　　(1)決策支持系統(tǒng)是當前研發(fā)熱點，參與研發(fā)的申請人和發(fā)明人較多，技術(shù)布局廣泛，PCT專利申請較多，重復(fù)研發(fā)風險非常高。在決策支持系統(tǒng)類專利技術(shù)中，以專家系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)為主，在研發(fā)中可適時關(guān)注一些新的決策支持方法和系統(tǒng)開發(fā)。

　　(2)信息采集傳感器也存在較高的重復(fù)研發(fā)風險，具備較多的發(fā)明人和申請人，技術(shù)分支布局廣泛，美日歐三方專利較多。從當前專利活動特點來看，在增強穩(wěn)定性、安全性等方面可能還有一定的提升空間。當前信息采集傳感器專利主要關(guān)注土壤信息和氣象信息傳感器，對于作物生長信息傳感器、作物流量傳感器、畜牧/水產(chǎn)養(yǎng)殖信息和作物病蟲草害檢測傳感器等，專利數(shù)量還不具有優(yōu)勢，可加強關(guān)注度。

　　5.2突破核心技術(shù)和重大共性關(guān)鍵技術(shù)

　　在我國，精準農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗示范剛剛開始且主要是靠技術(shù)設(shè)備引進。目前支持精準農(nóng)業(yè)實踐的一些關(guān)鍵技術(shù)尚未解決，鑒于當前的技術(shù)能力和國情，建議集中力量加強攻關(guān)，突破核心技術(shù)和重大共性關(guān)鍵技術(shù)。支持研發(fā)符合我國農(nóng)業(yè)不同應(yīng)用目標的高可靠、低成本、適應(yīng)惡劣環(huán)境的精準農(nóng)業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品。

　　(1)精準農(nóng)業(yè)實施的最大障礙集中在農(nóng)田信息高效、低成本獲取傳感技術(shù)以及基于信息和計算處理的智能化管理決策模型上。影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“水、土、氣”等因子正在被進行全面地感知，以4G、IPV6為代表的通信技術(shù)的發(fā)展將使農(nóng)業(yè)信息感知以無縫、迅捷的方式進行傳遞，以云計算和云服務(wù)為代表的信息處理技術(shù)將使精準農(nóng)業(yè)更加智能，這些都可能是精準農(nóng)業(yè)未來的突破點。

　　(2)變量農(nóng)作機械的導(dǎo)航系統(tǒng)及技術(shù)將更加側(cè)重多值導(dǎo)航技術(shù)的融合使用。GPS導(dǎo)航容易受到環(huán)境因素的影響；機器視覺導(dǎo)航應(yīng)用中存在圖像處理易受自然光線等外界條件的干擾、作物缺失易造成圖形信息的丟失、圖像實時性和穩(wěn)定性以及圖像處理算法的速度比較慢的問題。因此，GPS導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、激光導(dǎo)航和多傳感器融合技術(shù)將來必然會廣泛地應(yīng)用于變量農(nóng)作機械導(dǎo)航系統(tǒng)中。

　　參考文獻

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　　[4]韓永峰,等.精準農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系及其在我國的發(fā)展現(xiàn)狀.河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,14(3):146-149.

　　許海云1*張嫻1，2王春華1，2郭婷1，2方曙1