從物聯網與增強現實專利分析與技術結合看未來物聯網的發展

周鵬志　韓宇

摘 要：研究以物聯網與增強現實技術的專利分析與技術結合，并以微軟全息眼鏡HoloLens為例，分析未來個人終端的發展趨勢，為我國未來的物聯網發展路徑提供建議。

關鍵詞：物聯網；增強現實技術；HoloLens；專利；

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-03

0 引 言

資訊與網路科技進步迅速，從最初為行政辦公及工商業應用的網際網路及自動化系統，演變成在生活中隨處都可以見到這些科技的應用，網際網路也明顯的普及化，直到現在家家戶戶都有網路地覆蓋。人們開始追求更便利、更美好的生活環境，便開始研究起將行動裝置、App 與行動網路應用在環境監測、機器自動化、智能居家等，這些應用面都會用到物聯網（Internet of Things， IoT），而增強現實技術給物聯網的普及提供了新的契機，2015年1月26日微軟發布了增強現實技術設備全息眼鏡HoloLens[1]，Hololens是一套在現實場景中顯示全息圖像的設備，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備和環境互動的，對未來物聯網地發展十分有利。研究結合物聯網與增強現實技術的專利分析研究，并以微軟全息眼鏡HoloLens為例，從專利看布局，從平臺看發展，分析未來個人智能終端設備的發展趨勢，為我國未來的物聯網發展路徑提出建議。

1 物聯網與增強現實技術的概念與特性

1.1 物聯網的概念與特性

物聯網（Internet of Things， IOT），最早的概念是出現在 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，以目前的科技發展來看，尚未完全發展完成，無法普遍的運用此種概念，但也利用此概念發展出利用電子標等技術來鎖定貨物所在位置，應用在供應鏈、貨運、物流等行業 。接著在 1999 年，美國麻省理工學院（MIT）的 Kevin Ashton 教授提到將 RFID 及感測器應用于日常生活中，將物品標記應用[3]。由此可知，物聯網的概念早在 1995 年開始就已經提出許多應用模式，主要方式是透過感測器嵌入電網、建筑等環境，或是物件中，由網際網路連通，并以特定的程式達成遠端操作[4，5]。

近年網際網路越來越發達，云端技術的應用日趨成熟，使物聯網由云端技術產生更多的應用面。在2010年，物聯網被視為快速發展的技術，其中也包含近年來提倡的智能城市，以及未來的車聯網等[6]。物聯網的應用有三大特征：多種多樣的數據采集、無所不在的傳輸網路及智能化云端后臺數據處理。而在 2005 年由國際電信聯盟 （International Telecommunication Union， ITU）發布的報告中提出，物聯網是指在網際網路的時代中，網際網路不再只是人與人的互相聯絡，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]。

隨著物聯網的持續發展，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器、伺服器等設備來控制遠端物件，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、感應器等）、伺服器、處理器等設備來進行物與物之間地控制及感應。

依據上述三維度及三個范疇所表達的物聯網，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。而依據上述資料推論物聯網的定義為：不論何時何地、不論使用何種物件，只要透過感測（收發）元件或網際網路達成人與物件、物件與物件間的雙向交流即可稱為物聯網[8]。

1.2 增強現實技術的概念與特性

增強現實技術（Augmented Reality Technique，AR），是在虛擬現實基礎上發展起來的新技術，是通過計算機系統提供的信息增加用戶對現實世界感知的技術，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統提示信息疊加到真實場景中，從而實現對現實的“增強”。它將計算機生成的虛擬物體或關于真實物體的非幾何信息疊加到真實世界的場景之上，實現了對真實世界的增強[9]。我們以具體產品來分析更容易理解增強現實技術的優勢，本研究以微軟的HoloLens（如圖2）為例，HoloLens效果不像虛擬現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境，呈現逼真的全息影像，將虛擬物體疊加到真實世界的場景中“升維”現實世界，實現對真實世界的增強感，讓用戶在不脫離周邊環境的情況下享受數字生活，由于與真實世界的聯系并未切斷，交互方式也就顯得更加自然。

其增強現實技術的特性就是：虛實結合、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。

正因為其超脫現實又不脫離現實的特殊屬性，使得增強現實技術在未來有廣闊的應用前景。

2 物聯網與增強現實可穿戴技術的相關專利分析

2.1 專利分析工具

因發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。分析重點為申請量、專利申請/申請權人、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 專利分析關鍵詞

2.3 專利分析

2.3.1 物聯網技術專利分析

從表1上看，與物聯網相關的三項專利：物聯網、機器對機器、智能系統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，尤其對智能系統的發展十分重視，正處在快速發展時期。日本和韓國在物聯網方面也各有千秋，在世界范圍內也是名列前茅，頗有值得借鑒之處。綜上所述，我國在物聯網布局方面有待加強，也要做好頂層規劃與核心技術的加強。

2.3.2 增強現實技術專利分析

從表1中增強現實技術方面可以明顯看出美國和韓國在這方面的優勢，其中美國掌握大部分技術專利，且專利轉化率很高，已經做出類似HoloLens這樣的增強現實技術產品。比較意外的是占據第二位的是韓國，卻以此可以看出韓國對此項技術的重視程度。日本的份額雖然不多，但依舊憑借相機成像技術在增強現實技術中站穩腳跟。我國在增強現實技術專利方面仍處于初級發展階段，距離發達國家仍有差距，卻不妨礙現在開始打好基礎，平衡發展，做好布局規劃，尤其是對核心技術的扶持。

3 未來個人智能終端的發展趨勢與物聯網的關系

3.1 未來個人智能終端的發展趨勢

增強現實可穿戴設備Hololens打破了數字計算機十多年來的小型化發展瓶頸。在過去，臺式機、筆記本電腦、平板電腦、智能手機等，這些產品的顯示器一般都被玻璃的物理邊界所限制著。傳統的人機交互，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，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界面轉化成3D全息投影。HoloLens這款增強現實可穿戴技術產品使穿戴者同時擁有現實、擴展實境（在現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，其信息交互的優點是可以實時、持續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。

3.2 現實增強可穿戴設備將是未來物聯網發展的新契機

物聯網在現實增強可穿戴設備平臺上是采用什么方式實現呢？以微軟的HoloLens為例（圖4）。例如，在家中引導監測無人駕駛汽車送孩子上學，控制智能家居設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，都會被數據傳輸到總部后進行虛擬場景還原，總部那邊也一樣。家庭設備壞了，再也不需要去預約修理，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、商務會議、客服維修、團隊協作、在線教育，頓時變得簡單、低成本化了。可以說這是物聯網與增強現實技術的完美結合，從物聯網過去的平面控制過渡到具體場景生動的立體控制，這種新的技術結合使人與人、人與物、物與物的信息交互方式產生變革，未來的物聯網必定搭載在增強現實可穿戴設備上。

4 探討適合我國的物聯網發展路徑

核心靠技術，發展靠平臺。將物聯網與增強現實技術相結合作為一個整體來看，對于未來的物聯網發展的產、學、研都有好處。這樣定位也更容易認清自身發展布局的不足，然后參照發達國家，結合自身特點，重點發展核心技術領域。參考發達國家的不足之處，甚至可以在某些領域超越對方。

加大政策扶持力度，加強企業專利知識產權保護意識，為未來國際化接軌做準備。

加強人才培養，強化企業自主創新意識，尤其在增強現實技術等方面提前布局，搶占技術制高點。

進一步放寬政策，加快產學研相互融合，促進企業專利科研成果轉化為實際經濟效益，如智能交通，智能工業，智能物流等。將技術轉化的產業效益做為企業發展的潛力。

5 結 語

本研究結合物聯網與增強現實技術的專利分析研究，并以微軟全息眼鏡HoloLens為例，分析未來個人終端的發展趨勢，為我國未來的物聯網發展提供政策建議。專利數據表明物聯網作為近幾年的下一個產業浪潮，已經近在眼前。將目光放長遠，物聯網與現實增強技術結合是符合未來發展規律的。相信在不久的將來，類似HoloLens的物聯網與增強現實技術產品必將對現有的信息交互方式產生沖擊，并走進人們的日常生活，而我們需要提前布局，迎頭趕上，在這個全新的領域，讓中國企業占有一席之地，爭取在下一個個人智能移動終端時代市場分一杯羹。

參考文獻

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[2] Bill Gates.The Road Ahead[M].New York：Viking Adult，1995.

[3] Visiongain The Machine to Machine （M2M）2013-2023， Smart Devices & the Internet of Things （IoT）[R]：173.

[4] Stacie Petter， William DeLone， Ephraim R. McLean Information Systems Success： The quest for the independent variables[J]. Journal of Management Information Systems，2013， 29（4）： 7–61.

[5] Patrick Moorhead. How To Intelligently Build An Internet Of Things（IoT）[EB/OL].http：//wired.tw/iframes/full？inner=http%3A%2F%2Fwww.forbes.com%2Fsites%2Fpatrickmoorhead%2F2013%2F06%2F27%2Fhow-to-intelligently-build-an-internet-of-things-iot%2F，2013.

[6] BUSINESS WIRE. Intel adds Intelligence to Cloud for Internet of Things[EB/OL].http：//iotinternetofthingsconference.com/2013/10/09/intel-adds-intelligence-to-cloud-for-internet-of-things/，2013.

[7] International Telecommunication Union The Internet of Things[R].2013：3-4.

[8] Luigi Atzori， Antonio Iera， Giacomo Morabito The Internet of Things： A survey[J]， Science Direct， 2010，54（15）， 2787-2805.

[9]百度百科.增強現實技術[EB/OL]. http：//baike.baidu.com/link？url=X7Ca9wLjLxs_vXYPFBAAlREUn-PeuSdjbEEW2RkLtp1OSZ3TkNgGQq3CVfT9j42OFsJHPR_kl_GcT4RPcTttvsMLhO_OWEFT-KyNr35HbqYIxQoheuF-BLRIL5TMT--syqU-qABjH9KeVUnvtxTYZq，2012.