專利視角下城市公共交通領域車聯網技術研發與合作態勢研究

張漢波 戚 湧

（南京理工大學，南京 210094）

引言

車聯網產業是汽車、電子、信息通信、道路交通運輸等行業深度融合的新型產業形態，隨著近年來的快速發展，智能化、網聯化趨勢開始向城市公共交通領域不斷延伸，已有部分車聯網產業鏈企業將城市公共交通領域作為重要的發展方向，積極開展相關技術創新和應用場景搭建。工業和信息化部、交通運輸部分別于2018 年和2019 年印發《車聯網（智能網聯汽車）產業發展行動計劃》和《數字交通發展規劃綱要》，為構建“車聯網+城市公共交通”的新發展格局提供指引。2021 年11 月，交通運輸部印發《綜合運輸服務“十四五”發展規劃》，提出要打造數字智能的智慧運輸服務體系，推動城市交通智能化發展，為構建城市公共交通領域車聯網技術創新網絡，推進產業鏈創新鏈深度融合提供良好的政策環境。技術合作可充分集聚合作主體創新資源，圍繞共性技術打造協同研發優勢，是提升技術創新績效、加快成果轉化應用的有效途徑。本文基于專利視角，研究分析城市公共交通領域車聯網技術合作態勢，為提升車聯網技術創新質效、賦能城市公共交通高質量發展提出對策建議。

1 車聯網技術概述及其在城市公共交通領域的應用

車聯網技術體系由智能車輛、車聯網與信息交互系統、基礎支撐系統3 大關鍵節點構成。其中，智能車輛是車聯網與智能車的有機結合，搭載先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置，基于圖像、雷達、衛星差分定位、慣導等多傳感器的融合環境感知技術，實現車輛自動路徑規劃和自動避障處理，同時根據決策規劃系統計算的車輛執行控制規則，生成對汽車底盤線控系統的驅動、制動、轉向、電氣的控制命令，將決策控制信息與車輛底層控制系統深度集成，實現車輛自動駕駛，包括環境感知系統、汽車執行與控制系統、車載信息終端、車載軟件系統等主要技術；車聯網與信息交互系統是RSU路側單元、C-V2X 通信模組等一系列車聯網設備的總稱，提供汽車之間、汽車與行人/騎行者以及道路基礎設施之間低時延、高可靠性、高密度的數據通信，包括C-V2X 通信網絡、車聯網終端等主要技術；基礎支撐系統是車輛無線充電系統等一系列車聯網基礎設施的總稱，由匹配的移動車載設備與固定充電設備構成無線充電系統，是電動汽車在未來必然的發展方向，包括新能源與充電系統、高精度定位與地圖等主要技術。

已有學者圍繞車聯網技術在城市公共交通領域的拓展和應用開展相關研究。上海市交通運輸行業協會新能源和節能減排分會梳理了視覺技術在公交主動安全預警的應用現狀及發展趨勢，認為基于視覺識別的主動安全技術將在公共交通安全領域具有廣闊前景[1]；張桂芬等運用信息采集全過程化管理、智能終端定位、存儲及采集、數據擬合等關鍵技術，設計并實現一套智能公交信息采集系統[2]。李華民等基于RFID 電子車牌數據，提出了一種采用自適應漸消卡爾曼濾波和小波神經網絡組合模型，動態預測公交行程時間的方法，為先進公交信息化系統提供技術支撐[3]。龐明寶等基于MAST 設計了一個利用移動互聯網技術的城郊鄉村智慧公交調度系統，用以解決客運需求較小且時空分布不均衡問題[4]。孔建輝定義了城市公交云服務平臺，基于公交車載終端、客流采集設備、一卡通、視頻監控等外場設備采集的GPS、客流、視頻等海量數據，實現公交計劃排班、監控調度、運營分析等日常運營管理需求以及行業監管、線網規劃等行業輔助決策需求[5]。翁國慶等結合海島環保公共交通需求并基于車網互聯技術，提出了一種將電動公共汽車電池集群為儲能元件參與海島微網能量調控的運行方案[6]。程瑜等提出了一種快充模式下電動公交充電網絡優化規劃模型，旨在優化城市公交快充設施的布局，建立高效、低成本公交充電服務網[7]。

城市公共交通作為車聯網技術重要應用領域，目前尚缺乏基于產業鏈全局視角的技術創新現狀研究，特別是圍繞城市公共交通領域的車聯網技術合作尚無學者開展研究。因此，本文擬通過城市公共交通領域車聯網技術相關授權發明專利分析，從專利權人和發明人兩個維度構建技術合作網絡，研判當前城市公共交通領域車聯網技術發展態勢。

2 城市公共交通領域車聯網技術總體情況分析

本文研究使用的專利數據來源于南京理工大學知識產權大數據綜合應用門戶平臺，使用所有授權發明專利作為城市公共交通領域車聯網技術態勢研究的數據基礎。在平臺智能網聯汽車（車聯網）專利數據庫的基礎上，根據CJJ/T 114-2007《城市公共交通分類標準》，重點圍繞城市道路和軌道交通，確定關鍵詞為：（公交or 公共交通）or（公共汽車or 客車or 巴士）or（（（出租or 網約）and（車or 汽車））or 的士or 計程車）or（（有軌or 無軌）and（電車or 車輛or 機動車））or（地下鐵道or 地鐵）or（輕軌or 輕型軌道）or（快軌or 快速軌道）or 單軌or（磁浮or 磁懸浮）。通過二次檢索發現，截至2022 年1 月31 日，已授權的發明專利2958 件，占智能網聯汽車（車聯網）授權發明專利總數（100654 件）的2.94%，其中包含兩名及以上專利權人的授權發明專利276 件，占城市公共交通領域車聯網技術相關授權發明專利的9.33%。

城市公共交通領域車聯網技術授權發明專利數量變化如圖1 所示。自2000 年以來，授權發明專利的總量和增速均呈上升趨勢，2015 年以前為漸進增長階段，總體增速較為平緩；從2015 年開始，發明專利授權進入高速增長階段，2016 年新增授權發明專利300 件，2021 年新增授權發明專利515件，增速顯著提升。根據這一趨勢，2022年的授權發明專利數預計將突破3500 件，并在此后一段時間內繼續保持加速增長態勢。

圖1 2000-2022 年城市公共交通領域車聯網技術授權發明專利數量

城市公共交通領域車聯網技術專利關鍵詞詞云如圖2 所示。其中，詞頻排名第一的關鍵詞為“乘客”（498），說明面向乘客服務的創新活動是城市公共交通領域創新主體開展車聯網技術研發的重要方向；關鍵詞詞頻排名前三的城市公共交通車輛類型分別為“公交車”（476）、“出租車”（264）和“地鐵”（241），說明這三類車輛為車聯網技術在城市公共交通領域的主要應用對象。此外，根據其他關鍵詞詞頻分布可以發現，當前已授權的發明專利基本涵蓋車聯網關鍵節點技術（智能車輛、車聯網與信息交互系統、基礎支撐系統），同時涵蓋基于大數據的多模式資源優化、協同調度、數據采集等城市公共交通精準治理支撐技術。

圖2 專利關鍵詞詞云

根據世界知識產權組織（WIPO）2021 年9 月更新的國際專利分類號與技術領域對照表（IPCTechnology Concordance）對城市公共交通領域車聯網技術分布進行梳理。如圖3 所示，在電氣工程（Electrical engineering）、儀器（Instruments）、化學（Chemistry）、機械工程（Mechanical engineering）和其他領域（Other fields）五大技術部（Sector）中，涉及電氣工程、儀器和機械工程的授權發明專利數分別為1258 件、1424 件和1165 件，充分體現城市公共交通領域車聯網技術跨產業深度融合特點，同時也表明當前城市公共交通領域車聯網技術分布總體相對均衡，呈現較為良好的全面發展態勢。如圖4 所示，在WIPO 五大技術部基礎上細分的35 個技術領域（Field）中，授權發明專利集中于控制（Control）和運輸（Transport）兩大技術領域，說明當前產業鏈創新主體主要聚焦這兩個技術領域開展城市公共交通領域車聯網技術研發活動；此外，數字通信（Digital communication）、測 量（Measurement）、 計 算 機 技 術（Computer technology）、管理信息技術方法（IT methods for management）、土木工程（Civil engineering）等技術領域的授權發明專利數均在200 件以上，已成為研發活動較為活躍的重要技術領域。

圖3 城市公共交通領域車聯網技術在WIPO 五大技術部分布情況

圖4 城市公共交通領域車聯網技術在WIPO 細分技術領域主要分布情況

3 城市公共交通領域車聯網技術專利權人分析

城市公共交通領域車聯網技術相關發明專利授權量排名前十的專利權人見表1。其中，高校類型的專利權人多達8 家，其余2 家專利權人為中車集團下屬企業，且排名前6 的專利權人均為高校。可以看出，高校是當前參與城市公共交通領域車聯網技術研發的重要創新主體，而一些客車制造龍頭企業在城市公共交通車聯網技術相關發明專利授權量排名均未進入前十，說明客車制造企業對城市公共交通領域車聯網技術研發投入不足，盡管已有部分企業在5G、智能公交等領域開展布局，但許多關鍵技術仍主要依賴其他企業，“卡脖子”問題依然存在，自主可控的技術研發體系亟待構建。

表1 發明專利授權量排名前十的專利權人

技術合作是提升產業創新能力、加快技術轉化運用的有效途徑，參與技術合作的專利權人通常采用共同申請人的方式申請專利。城市公共交通領域車聯網技術合作申請發明專利授權量排名前十的專利權人見表2。其中，高校類型的專利權人為5 家，科研院所類型的專利權人為2 家，企業類型的專利權人為3 家。可以看出，合作申請的發明專利授權量占所有發明專利授權量的比重明顯偏低，城市公共交通領域車聯網技術合作的活躍程度有待提升。同時，高校和科研院所依然是合作申請發明專利的主要創新主體，其開展技術合作的意愿顯著高于企業。此外，排名前十的3 家企業中，缺少城市公共交通的相關企業。

表2 合作申請發明專利授權量排名前十的專利權人

4 城市公共交通領域車聯網技術合作網絡分析

在上述分析的基礎上，本文運用社會網絡分析方法，通過對城市公共交通領域車聯網技術相關授權發明專利的專利權人進行共現關系分析，運用可視化手段構建城市公共交通領域車聯網技術合作網絡圖譜，進而基于該網絡的主要結構特征進一步研究城市公共交通領域車聯網技術研發過程中的信息流動和溢出效應。在該網絡中，各個節點表示不同專利權人，各條邊表示不同專利權人間的合作關系。城市公共交通領域車聯網技術合作網絡參數見表3，網絡圖譜如圖5 所示。

表3 城市公共交通領域車聯網技術合作網絡參數

圖5 城市公共交通領域車聯網技術合作網絡圖譜

可以發現：①從授權發明專利總數和節點總數的數值來看，1574 個專利權人共擁有授權發明專利2958 件，即平均每個專利權人僅擁有1.88 件授權發明專利，除去東南大學、西南交通大學、同濟大學等排名靠前的專利權人外，大多數專利權人只擁有1 件授權發明專利，表明當前城市公共交通領域車聯網的授權發明專利分布較為稀疏，大部分專利權人圍繞城市公共交通領域的車聯網專利戰略尚未得到有效制定和實施，相關技術創新活躍程度相對較弱，缺少充分數量和質量的發明專利用以完善自身的專利布局，知識產權風險對抗能力顯著不足。②從合作節點和合作比例來看，僅有345 個專利權人參與合作申報發明專利并獲得授權，合作比例僅為21.92%；同時包含兩名及以上專利權人的授權發明專利276 件，僅占所有授權發明專利的不足10%，表明當前各專利主體圍繞城市公共交通領域開展車聯網技術合作的意愿不強，絕大多數專利權人（1229 個）傾向于單獨研發，城市公共交通領域車聯網技術合作網絡整體知識流動水平較低，技術溢出效應尚不明顯。③從合作強度來看，城市公共交通領域車聯網技術合作網絡的平均度僅為0.756，處于較低水平，且345 個合作節點共發生合作關系595 次，合作節點的合作最大值為13，表明大多數合作節點與其他合作節點發生合作關系的頻次不足2 次，即使參與合作最為積極的節點也僅發生過13 次技術合作，技術合作網絡的合作強度明顯不足。④從合作廣度來看，由合作節點構成的130 個技術合作子網絡中，包含三個及以上節點的合作網絡數僅為30 個，說明“兩兩合作”是當前城市公共交通領域車聯網技術合作的主流形式，合作寬度偏窄。

5 主要結論和啟示

本文基于我國城市公共交通領域車聯網技術相關授權發明專利數據，利用WIPO 的IPC-技術分類法和專利權人合作網絡分析法，對城市公共交通領域車聯網技術的發展態勢和合作網絡開展研究。研究發現，我國城市公共交通領域車聯網技術現處于高速發展階段，主要集中在電氣工程、儀器和機械工程三大門類，并在控制、運輸兩大技術領域存在較高分布，且高校是城市公共交通領域車聯網技術研發和技術合作的“主力軍”，客車制造龍頭企業尚未發揮引領性作用；目前我國城市公共交通領域車聯網技術合作的創新主體規模偏小，合作意愿不強，在合作強度和合作廣度方面均有待加強。對此，為進一步加強技術合作，推進城市公共交通領域車聯網技術的研發和應用，本文提出如下對策建議。

（1）優化技術研發格局。在保持控制（Control）和運輸（Transport）兩大技術領域研發優勢的同時，積極引導各創新主體加強數字通信（Digital communication）、 測 量（Measurement）、 計 算 機技術（Computer technology）、管理信息技術方法（IT methods for management）、土木工程（Civil engineering）等其他技術領域的研發投入，通過實施專利導航和風險預警等活動，加快識別城市公共交通領域車聯網關鍵核心技術，及時發掘高效可行的技術突破點，集中力量開展技術攻關，并通過高價值專利創造形成我國城市公共交通領域車聯網的專利“護城河”，進而擺脫部分技術領域面臨的“卡脖子”現象。

（2）提升企業創新能力。完善政策體系，優化創新環境，鼓勵城市公共交通領域企業成立車聯網實驗室、工程中心等研發載體，支持企業開設海外研究中心，開展相關技術研發活動。匯聚城市公共交通領域和車聯網領域平臺資源，推進開放共享共用，建立城市公共交通領域車聯網技術公共服務平臺，降低中小企業在研發設計、實驗驗證、生產制造、路測評價等環節的投入成本，繼而提高其創新績效。建立城市公共交通領域車聯網技術專項資金，在支持城市公共交通領域企業開展車聯網技術研發的同時，鼓勵車聯網領域企業涉足城市公共交通建設，不斷壯大城市公共交通領域車聯網技術整體研發能力。加強海外人才集聚，通過實施海智計劃、推進離岸創新創業，“不求所有，但求所用”，吸引海外高端人才團隊參與我國城市公共交通領域車聯網技術研發，形成高水平的創新成果。

（3）促進產學研深度合作。加速城市公共交通產業鏈和車聯網產業鏈跨界交叉，集聚上下游企業、高校、科研院所的創新主體，打造城市公共交通領域車聯網產業鏈創新鏈，不斷推進“雙鏈融合”，充分發揮客車制造龍頭企業的“鏈主”地位和作用，探索成立城市公共交通領域車聯網技術創新聯合體，加快主體間的創新要素流動。創新產學研合作模式，由產學研多方共同持股成立新型研發機構，集產學研主體在成果轉化、基礎研究、應用研究等各方面的自身優勢，打通城市公共交通領域車聯網技術合作創新的各個環節，有效解決“最后一公里”難題。