我國激光雷達技術專利信息分析

呂義超+奚建坡+陸云

摘 要：激光雷達技術自20世紀60年代誕生以來發展迅速，現在已經廣泛應用于調查監測、建模與測繪、探測與測量、醫學、軍事、無人駕駛等領域。中國在激光雷達技術研究方面雖然起步較晚，但發展很快，特別是近10年來，激光雷達技術研發及其應用更是獲得了快速發展。通過研究激光雷達專利信息，梳理了我國激光雷達技術的發展現狀，并重點分析了其在智能駕駛汽車領域的研究進展和應用現狀。

關鍵詞：激光雷達 專利分析 智能駕駛汽車

中圖分類號：TN958.58 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0244-07

Abstract： Lidar technology has developed rapidly since it was born in twentieth Century 60s. Now it has been widely used in investigation and monitoring， modeling and mapping， detection and measurement， medical， military， unmanned and other fields. Although the study on lidar technology started late in China， it developed rapidly， especially in the past 10 years， the research and application of lidar technology has been developed rapidly.The development status of lidar in China is analyzed by studying the patent information，and its research progress and application status in the field of intelligent driving vehicle are analyzed.

Key Words： Lidar； Patent analysis； Intelligent driving vehicle

激光雷達（Lidar）是一種可以快速、準確地獲取測量點的高精度三維坐標數據的主動探測技術，它是傳統雷達與激光技術相結合的產物，相比其他遙感探測技術，具有數據密度大、數據精度高、穿透能力強、抗干擾能力強、隱蔽性好等優點。自20世紀60年代誕生以來，激光雷達發展迅速，現在已經廣泛應用于調查監測、建模與測繪、探測與測量、醫學、軍事、無人駕駛等領域[1-3]。

本文將運用專利信息分析的方法，梳理我國激光雷達技術發展歷程、發展現狀，以及行業特點，并在此基礎上，重點分析激光雷達在智能駕駛汽車領域的研究進展和應用現狀，以期為相關領域的研究提供參考。

1 我國激光雷達專利信息整體分析

1.1 專利量年度趨勢分析

截止2017年3月20日，在我國專利數據庫中共檢索到激光雷達發明專利和實用新型1995件（見圖1），其中發明專利和實用新型各有1619件和376件，分別占專利總數的81%和19%，這說明我國在激光雷達專利申請方面以創造性和技術價值較高的發明專利為主。

在1995件專利中，95%是近10年內申請的，而且申請量呈逐年上升趨勢，特別是2013年以來，申請量一直保持加速增長勢頭。由于專利從申請到公開最長可達18個月，2016年申請的專利還有大量沒有公開，所以，2016年實際專利申請量要比圖中顯示的高許多。由此可見，近年來激光雷達技術及其應用獲得了飛速發展。

我國第一件激光雷達專利是中國科學院電子學研究所于1994年申請的可用于激光雷達的“高重復頻率高平均功率激光器”，說明該機構在激光雷達技術領域涉足較早，但從其后續專利申請量來看，截止2016年僅僅申請了9件激光雷達相關專利，說明其并未在此領域做非常深入的研究。

整體來看，雖然我國激光雷達技術起步晚，但發展迅速，特別是近十年來，隨著我國經濟實力、科技實力的不斷增強，以及新興產業的快速發展，激光雷達技術的研究越來越深入，應用范圍也越來越廣泛，未來有望繼續保持快速發展的趨勢。

1.2 專利權人分析

申請量排名前20名的專利權人共申請專利691件，占行業專利總量的35%，專利權人呈現明顯集中趨勢。

在前20名專利權人中（見圖2），有綜合性大學10家，中科院下屬研究機構5家，企業5家（其中無錫明尼、無錫津天陽、南京津淞涵擁有同一法人代表），表明我國從事激光雷達技術研究的機構主要集中在科研院所。

申請量在8件以上的企業專利權人有14家（見圖3），除了包括專門的激光雷達企業（深圳鐳神、廣東雷洋、深圳速騰聚創）及其相關光電行業企業（成都希德、南京津淞涵、無錫津天陽、無錫明尼），還涉及電力（國家電網）、大氣環境監測（無錫中科）、石油測井（四川久利）、地理信息（天津星際空間）、智能交通（山東易構）、汽車（奇瑞汽車、通用汽車）等行業。這也顯示了激光雷達技術應用領域的廣泛性。

以IPC分類號小類為口徑，統計各專利權人主要技術研發領域，從表1中可以看出，除了無錫明尼、南京津淞涵、長安大學之外，大部分專利權人都將G01S（采用無線電波測距、測速、定位）作為自己的重要技術研發領域，這也說明了G01S是激光雷達行業普遍關注領域。

除了普遍關注G01S領域，各研發機構也具有各自的技術特色和研究專長，例如，無錫明尼和南京津淞涵在H01S（利用受激發射的器件）領域具有一定優勢，武漢大學和南京大學在G06T（圖像數據處理與產生）領域擁有相對實力，長安大學在B60W（車輛子系統的聯合控制、道路車輛駕駛控制系統）和B60Q（車輛照明或信號裝置的布置，及其安裝）領域具有較強技術積累。endprint

整體而言，我國激光雷達相關技術的研究仍主要集中在科研院校，同時，由于這些科研院校起步早，目前已經在各自技術領域積累了大量技術，儲備了大量人才。不過，隨著近年來科技型小公司雨后春筍般地涌現，研究激光雷達技術及其應用的企業越來越多，而且有一些企業已經在行業內嶄露頭角，例如，深圳鐳神、無錫中科、星際空間等企業。

1.3 發明人分析

申請專利超過20件的發明人共22人（見表2），他們的技術專長領域主要集中在H01S3（激光器）、G01S7（與激光雷達系統有關的零部件）、G01S17（激光雷達系統）等領域，這些領域是激光雷達的核心技術領域。

從發明人對應的專利權人來看，無錫明尼、無錫津天陽、南京津淞涵之間的技術合作比較密切，合作領域主要集中于激光器技術研發方面，這或許與其共同擁有同一法定代表人有關系。

同時，我們也可以看出，中國科技大學與中科院安徽光機所、武漢物數所有較多技術研究合作；中科院合肥研究院與中科院安徽光機所有較多技術開發合作。

研究機構之間的合作一方面說明了激光雷達技術研發的復雜性和應用的廣泛性，同時對激光雷達新技術和新應用的發展也具有積極意義。

1.4 IPC主分類號分析

IPC主分類號小類前10的專利數共1612件，占國內行業專利總數的80.8%，其中僅G01S技術領域的專利數量就占行業專利總數的半壁江山（48.3%），此技術領域應該是行業研究的重中之重（代表的技術領域見表2），代表性研究機構主要分布于中科院和中國科技大學、武漢大學等國家重點科研院所。

IPC主分類號小組前10的專利數共882件，占國內行業專利總數的44.2%，其中最多的3個小組是G01S17/95、G01S7/481、G01S17/89（見圖4），均屬于G01S技術領域。

從IPC主分類號小組專利數分布情況可以看出，有些研究機構雖然專利總數不多，但在一些細分技術領域擁有相對優勢，例如G01S17/08技術領域的北京創想智控，以及G01S17/93技術領域的大連樓蘭科技（見表3）。

從專利技術細分領域分布情況來看，對激光雷達技術研究最多最深入的是其定位、測距、測速等技術，這是行業普遍關注的最核心技術，并將其廣泛地應用于氣象、繪制地圖、檢測、校準等產業領域。

值得引起注意的是，有些研究機構雖然專利總數不多，但在一些細分技術領域擁有相對優勢，例如北京創想智控在激光雷達掃描測距技術方面，大連樓蘭科技在車載激光雷達防碰撞技術領域，這些企業憑借其在細分專業領域的特長，也有望獲得市場的青睞。

2 IPC主分類號大類B60技術領域分析

在IPC國際專利分類號中，大類B60涉及一般車輛領域，主分類號歸屬于此大類之下的專利技術，基本都和汽車有密切關系。激光雷達作為實現汽車智能駕駛的重要組件，將與之相關的專利歸于主分類號B60之下，則說明這些專利大都和智能駕駛汽車技術有關。

2.1 B60技術領域專利年度趨勢分析

經統計，截止檢索日，主分類號B60技術領域的激光雷達技術專利共82件，其申請時間分布情況見圖5。

B60技術領域第一件與激光雷達技術相關的專利是郭啟山于1996年申請的“機動車船制動控制器”，該專利技術可以自動探測車輛前方障礙物，并自動報警，自動將離合器分離，關閉油路、電路、汽路，延時控制制動器制動而停車，具有明顯的智能駕駛技術特征。

一直到2011年，B60技術領域的激光雷達專利都不多，但到了2012年突然呈現爆發式增長，并且當年申請的15件專利中，有14件是在6月份之后申請的，而在此之前的5月份，谷歌公司自動駕駛汽車在美國獲準上路測試。兩者之間是否存在相互關系值得我們做深入探討，但不可否認的是，2012年已經成為了智能駕駛汽車行業發展史上的一個里程碑。

與我國激光雷達總體專利申請量在2016年呈現下降8%（見圖1）相比，B60技術領域的激光雷達專利在2016年的申請量呈現不降反升的現象，而且同比猛增136%，考慮到2016年申請的專利仍有許多尚未公開，所以，2016年實際專利申請量及其增長率可能都會比現在看到的數據高很多。這說明2016年國內將激光雷達技術應用在智能駕駛汽車方面的研究明顯增多，而這與2016年智能駕駛汽車行業的快速發展密不可分。

總體來看，2012年和2016年是激光雷達專利量呈現跨越式增長的年份，這兩個時間點也對應了智能駕駛汽車發展史上兩個非常重要的節點，2016年被業內稱為智能駕駛汽車的“元年”，有望成為智能駕駛汽車進入新一輪快速發展的起點，自此將揭開智能駕駛汽車發展的新序幕。

2.2 B60技術領域專利權人分析

從專利權人專利申請量和團隊規模來看，長安大學都占有絕對優勢，緊隨其后的江蘇大學也表現搶眼，這兩所大學在汽車工程研究方面都有較高造詣，加之他們對激光雷達在汽車領域的應用研究，基本可以推斷，他們在智能駕駛汽車研究領域投入了大量精力，見圖6。

奇瑞汽車在激光雷達技術領域共申請專利8件，其中3件專利的主分類號為B60，另外還有4件專利的主分類號大組為G01S17，其代表的技術領域為“應用除無線電波外的電磁波的反射或再輻射系統，例如，激光雷達系統”。由此可見，作為國內自主汽車品牌的優秀企業，奇瑞在激光雷達技術及其在汽車領域應用研究方面有較強技術積累，并已經走在了國內汽車企業的前列，這將有力支撐其智能駕駛汽車的研究和開發工作。

從專利權人IPC分類號分布情況來看（見表4），長安大學和江蘇大學在B60W技術領域具有相對技術實力，同時，長安大學在B60Q技術領域則具有絕對技術優勢。

整體來看，長安大學和江蘇大學等科研院校，在將激光雷達應用于智能駕駛汽車方面已經積累了比較多的技術。同時，作為傳統汽車企業的奇瑞，也在激光雷達技術領域進行了專利布局，這對于促進其發展智能駕駛汽車，進行產業結構調整具有重要意義，對其在未來汽車產業變革中搶占發展先機具有積極作用，值得傳統汽車行業學習借鑒。endprint

2.3 B60技術領域發明人分析

申請專利3件以上的發明人共有13人（見表5），其中長安大學6人，他們的主要技術專長領域為B60Q9（車輛信號的布置或配備裝置）、B60W30（車輛駕駛控制系統的使用，例如車輛穩定性控制）、B60W40（車輛駕駛控制系統的駕駛參數的判斷或計算，例如道路曲率），他們共同成就了長安大學在B60Q和B60W技術領域的優勢地位；江蘇大學5人，他們主要技術專長領域在B60W30、B60W50（車輛駕駛控制系統的零部件），這也構成了江蘇大學在B60W技術領域的相對實力。

另外兩名發明人張進和白明合作共同申請專利4件，主要集中于將激光雷達與汽車前大燈和后視鏡進行組合布置的技術。

2.4 B60技術領域IPC小組分類號分析

專利申請量3件以上的IPC主分類號小組共10個，涉及專利41件（見表6），占行業專利總量的一半，其中專利分布最多的是“車輛信號的布置或配備裝置”技術領域，這是激光雷達與汽車融合的關鍵技術，對智能駕駛汽車的發展具有重大影響。

從專利技術細分領域分布情況來看，如何將激光雷達應用于智能駕駛汽車是行業研究的重點，其中激光雷達與汽車的融合是目前行業研究最多的領域，行業專利量最多的長安大學將激光雷達應用于道路曲率計算、智能制動、主動泊車、車速車距采集、車道監測、碰撞預警、偏離預警等智能駕駛技術領域，排名其次的江蘇大學在將激光雷達應用于車速車距監測、泊車路徑規劃、車位場景識別等智能駕駛技術領域有一定技術積累。

同時，我們也不難發現一些傳統汽車及零部件企業也在激光雷達技術開發和應用方面有所布局，例如，航盛電子、現代汽車、長安汽車、北汽新能源、豐田汽車等分別將激光雷達技術應用于車道保持、信號裝置布置及信號采集、車速自動控制等智能駕駛技術領域。百度將激光雷達應用于車輛環境信息搜集，并布局了專利“環境感知設備和應用于環境感知設備的信息獲取方法”，這顯示了其發展無人駕駛汽車行業的意圖。

3 結語

總體而言，近10年來，我國激光雷達技術的研究工作越來越深入，不僅科研院校在加大研發力度，而且越來越多的科技型公司參與到了激光雷達相關技術及其應用的研究開發工作中來。同時，隨著技術的不斷進步和成熟，應用領域也越來越廣泛，而現在正是其最好的發展時期。

智能駕駛汽車是汽車工業未來的發展趨勢，激光雷達被業內認為是實現智能駕駛的核心部件之一，雖然現在由于成本高、體積大等因素難以批量應用于智能駕駛汽車，但隨著其技術的不斷進步、成本的不斷下探，以及固態激光雷達的出現，未來大批量應用于智能駕駛汽車不再是遙遠的事情。

參考文獻

[1] 劉斌，張軍，魯敏，等.激光雷達應用技術研究進展[J].激光與紅外，2015，45（2）：117-122.

[2] 王詠青，張霞.激光雷達技術專利分析[J].激光與光電子學進展，2007，44（12）：74-79.

[3] 黃武陵.激光雷達在無人駕駛環境感知中的應用[J].單片機與嵌入式系統應用，2016（10）：3-7.endprint