我國智慧農業相關專利現狀分析

張楊勛

（廣東技術師范大學 廣東廣州 510665）

一、引言

智慧農業是指利用先進的科技和信息技術來提高農業生產效率和農產品質量的一種現代農業模式，主要通過應用傳感器、無人機、人工智能等技術，實現對農田環境、作物生長情況、病蟲害狀況等進行精準監測和管理，從而優化農業生產過程，提高農作物產量和質量。智慧農業的業務場景主要涵蓋了農業生產過程管理、食品溯源防偽、農業電子商務、農業休閑旅游、農業信息服務等內容，是云計算、傳感網、3S 等多種信息技術在農業中綜合、全面的應用，可以實現農業生產全程信息化，提高農民的勞動效率與農業生產的精細化程度，對于推動我國農業高質量發展具有重要意義。

當前，已有相關文獻根據所屬學科的不同可以分為理工科和文科兩個類別。其中，理工科文獻主要從生物大數據（高通量表型分析）、新一代信息技術（AI 技術、3S 技術和IoT 技術）和智能農業機械裝備（農業機器人和無人機）等三個方面開展研究（鄭倩等，2023）；而文科文獻則主要從智慧農業的發展模式探究（劉長全，2023；游青山，2023）、應用場景探索（李偉嘉和蘇昕，2023）、存在問題與對策分析（李建軍和白鵬飛，2023）等幾個方面開展研究。

本文以國家統計局發布的《數字經濟及其核心產業統計分類（2021）》和國家知識產權局發布的《國際專利分類與國民經濟行業分類參照關系表（2018）》為基礎，識別了智慧農業下屬專利大組，并結合專利數據庫，從專利的維度檢索篩選并對專利數據進行加工解讀，對該技術領域的總體發展趨勢、國家/地區分布、主要專利權人、熱點技術領域等進行分析，以期為企業和相關政府部門在智慧農業的專利技術布局和研究提供專利情報，為推動智慧農業高質量發展提供參考。

二、研究方法與數據來源

本文主要基于incoPat 專利數據庫（www.incopat.com）所提供的全球專利申請數據，利用專利可視化分析方法開展數據分析。首先，利用國家統計局發布的《數字經濟及其核心產業統計分類（2021）》文件，識別出屬于“智慧農業”的國民經濟行業分類，具體包括：01*農業；02* 林業；03* 畜牧業；04* 漁業；0211* 林木育種；0212* 林木育苗；0511* 種子種苗培育活動；0531* 畜牧良種繁殖活動；0541* 魚苗及魚種場活動；05* 農、林、牧、漁專業及輔助性活動。其次，利用國家知識產權局發布的《國際專利分類與國民經濟行業分類參照關系表（2018）》文件，識別出上述國民經濟行業分類所對應的專利大組（IPC Maingroup），共計57 個。進而，結合《數字經濟及其核心產業統計分類（2021）》文件中對于智慧農業技術特征的描述，對專利申請的主技術分類屬于前述57 個智慧農業相關專利大組，且題目、摘要或關鍵詞中包含了“數字”“遙感”“地理信息系統”“全球定位系統”“物聯網”“人工智能”“大數據”“云計算”“無人機”的發明專利數據進行了檢索。最后，從專利申請趨勢、專利區域分布特征、專利技術特征、申請主體類型等多個維度對檢索得到的共計867581 條發明專利申請記錄進行整理與分析，轉化為兼具可視化和專利情報價值的數據圖表。統計時間截止到2023 年9 月。

三、智慧農業相關專利發展現狀分析

（一）專利申請趨勢和國內外地域分布情況

（圖1）和（圖2）分別顯示了智慧農業發明專利申請數量在全球范圍和我國的發展趨勢。據（圖1）可知，全球范圍內的發明專利申請量在2000-2007 年間保持平穩態勢，自2008 年開始出現快速上升趨勢，至2018 年達到最高值5.79 萬件。相比之下，我國的發明專利申請量在2008 年以前的增長速率較低，我國當時尚處于大力推進農業機械化建設的歷史時期，因此智慧農業相關研究仍處于萌芽階段；2009-2017 年間是我國專利申請數量快速增長的時期，智慧農業發明專利申請數量受到全國實施戰略性新興產業建設規劃和發展智慧農業相關政策的影響與刺激，出現快速上升的趨勢，至2017 年達到3.92萬件。總體來看，我國智慧農業的發明專利申請量與全球申請量相比，在發展趨勢上存在一定的滯后，這也是由我國國情所決定的。

圖1：全球智慧農業發明專利申請趨勢

圖2：中國智慧農業發明專利申請趨勢

受到AI 技術、3S 技術和IoT 技術等數字技術的快速發展推動，近10 年來全球智慧農業領域的研發與發明專利申請呈現高速發展態勢。結合（圖1）和（圖2）中的數據可以發現，我國在全球智慧農業研發浪潮中后來居上，從2000 年的發明專利申請全球占比5.74%，到2011年占比超過30%，至2021 年占比已經達到57.87%。在此過程中，我國關于農業信息化建設工作的提早規劃與布局起到了關鍵作用。我國最早于1999 年3 月由科學技術部發布了《關于農業信息化科技工作的若干意見》和《國家863計劃智能化農業信息技術應用示范工程實施辦法》兩份文件，提出要加強農業信息化關鍵技術的研究與開發，并重點關注包括農業信息采集、集成和動態監測、預測技術，研究遙感遙測技術、地理信息系統、全球定位系統、農業智能化決策系統和相關網絡應用關鍵技術等，這標志著我國的智慧農業研發工作的開端。農業信息化系統也被列入1999 年國家優先發展的高技術產業化重點領域指南中。此后，從1999 至2023 年，每年中央有關部門的政策文件中，均有關于推進農業信息化的表述與具體規劃。

從專利申請的全球區域分布來看，排名前5 的專利申請人國家/地區依次為中國、美國、日本、德國和韓國，可見智慧農業領域的研究主要集中在發達國家和發展水平較高的發展中國家。截至2023 年9 月，我國發明專利申請量累計達到330014 件，是第二名日本的2.8 倍，是第三名美國的4.3 倍，這顯示當前我國在智慧農業發明專利申請維度在全球已經處于領先地位，也顯示了我國的企業與科研院所在智慧農業領域的研發投入與知識產權保護意識在近10 年間得到了較大提升。

（二）專利申請人分布和專利價值度

關于我國智慧農業發明專利申請數據中的申請人類型分布，本文基于incoPat 專利數據庫提供的相關數據進行統計，發現發明專利申請人中的主體為企業，占比為44.25%。其次是高校和科研單位，占比總計29.78%。從企業申請人的占比可以發現，我國智慧農業相關產業的市場化程度仍然有待進一步提升，這可能是由于市場規模本身所決定的。我國地域廣闊，不同地區之間的農業機械化與信息化水平相差較大，包括智能農機設備在內的智慧農業終端在操作人員素質要求和初期投入成本等方面存在一定的門檻，在我國的大部分地區仍未得到大規模推廣，因此會出現企業申請人占比有待進一步提升的現狀。

（圖3）是我國智慧農業發明專利申請人的專利申請累計數量排名情況。根據（圖3）可知，我國排名前10 的發明專利申請人均為高校和科研院所。這一數據進一步驗證了本文此前的分析，即由于智慧農業產業規模不大、相關技術與設備普及度不高，導致企業申請人的動力不足。由于高校和科研院所的研發行為主要受到政策和相關部門研發經費分配指引的影響，因此可能與市場的實際需求存在一定程度的脫節現象，因此智慧農業領域的研發工作主要由高校和科研院所主導，可能并不利于相關技術的推廣與落地。另外，我國當前整體的知識產權保護水平和市場化水平仍有待進一步優化提升，對于專利侵權行為的執法力度不足，也使得企業申請人的研發與專利申請動機受到影響。此外，根據incoPat 專利數據庫利用專利技術水平、法律狀態、市場價值等多維度參數計算得出的技術功效價值度指標對我國智慧農業發明專利申請的專利價值進行分析發現，排名前10 的發明專利申請人中，高價值專利（評分為10 分）占比較低，均在2%以下，這顯示我國智慧農業技術的先進性與原創度有待進一步提升。

圖3：中國智慧農業發明專利申請人申請量排名

專利的權利要求數量指一項專利申請所聲明要求保護其專利權利的項目個數，代表著專利文件的保護范圍。專利權利要求是專利申請中最為核心的部分之一，其數量通常與專利申請的技術創新性和復雜性成正比。一個具有多個權利要求的專利申請通常涵蓋了更廣泛的技術領域和更深入的技術細節，因此，可以視為專利申請的技術創新性和復雜性較高的體現。權利要求數量越多，所涉及的技術保護范圍越多，專利申請的潛在質量更高。圖4 是智慧農業發明專利申請權利要求數量分布情況的中美對比。2017 年，我國與美國的專利平均權利要求數分別為13.1 和16.3，結合（圖4）的結果可以發現，我國智慧農業發明專利主要集中分布在3 ～5 和6 ～10 項權利要求的區間，而美國專利則主要集中分布在16 ～20和21 ～30 的區間。這種差異可能源于兩國的數字技術發展情況。我國在智慧農業領域的發展相對較晚，但進展迅速。雖然在一些高端技術領域與美國存在差距，但在智慧農業技術應用方面，如無人機、智能傳感器、物聯網等，中國已經取得了重要進展。因此，中國的專利申請更注重實際應用和商業化，更關注如何快速將技術轉化為生產力，提高農業效率。而美國在智慧農業領域的發展已經相對成熟，農業科技研發歷史悠久，且得到了政府的大力支持。美國的農業科技研究不僅注重技術創新，而且注重研發具有前瞻性的技術，為未來的農業發展做準備。此外，美國的專利申請還注重跨學科研究，將生物學、化學、物理學等多學科的前沿技術應用于農業領域。總的來說，中美兩國在智慧農業發明專利申請的權利要求數量上的差異，主要反映了兩個國家在農業科技研發的側重點和整體技術發展水平上的不同。

圖4：中美智慧農業發明專利申請權利要求數量對比

四、我國智慧農業產業發展的對策建議

隨著農業信息化建設的持續推進，我國農業逐步由機械化向智慧化轉型，智慧農業產業當前正處于快速發展階段。本文基于我國智慧農業相關技術發展現狀和專利數據分析，提出以下建議：

（一）提升專利申請質量

盡管我國智慧農業發明專利申請數量已經位居全球首位，但從專利有效性的角度來看，截至2023 年9 月，我國總計330014 件智慧農業發明專利中，失效專利占比達60.17%，有效專利占比為21%，在審中的專利占比為18.83%。根據此數據來看，當前我國智慧農業發明專利的申請質量有待進一步提升。

對此，應當重視專利申請本身的質量。鼓勵科研機構和企業開展探索性的深入研發活動，提升專利申請的原創性和創新性。同時，在專利申請實質審查和政策性補助審查等方面，提升相關的審查標準，避免誘發企業的策略性與投機性專利申請行為。其三，圍繞智慧農業相關產業培育專業的專利代理人和律師團隊與公司，提升專利申請材料的撰寫質量，提升專利申請的有效性與質量。

（二）加強多主體跨學科的研究和合作

根據對發明專利申請人的特征分析發現，盡管從總體來看，企業在當前我國智慧農業發明專利申請活動的數量統計中占主體地位；但從個體來看，高校和科研院所是我國智慧農業創新活動的主導群體。這一現狀并不利于我國推動智慧農業產業研發活動的市場化推廣，因此，應當加強多主體跨學科的研究和合作，降低企業研發難度，提升企業研發動力。

首先，應鼓勵不同領域的企業、高校與科研機構之間就智慧農業這一領域開展“校-企”合作。通過共同研發項目，實現市場需求與科研的融合，推動智慧農業技術的高質量發展。其次，針對智慧農業的專利申請活動，建立跨學科的專利評審和保護機制，確保相關專利申請的權利要求具備合適的技術覆蓋范圍。其三，鼓勵企業通過參與國際合作項目或加入相關技術領域的國際性標準化組織，了解和學習國際先進的智慧農業技術，推動我國智慧農業技術的發展。

（三）強化專利布局

當前，中美貿易摩擦所導致的技術封鎖，不利于我國智慧農業國際化發展。通過中美智慧農業發明專利質量對比發現，美國在高質量、高原創性專利上處于優勢地位。對此，為提升我國智慧農業創新質量，本文提出當前各研發主體應當強化專利布局。

首先，相關企業應利用專利數據分析手段，加強對全球智慧農業技術發展趨勢的跟蹤和分析，制定合理的專利布局策略，并在關鍵技術領域進行深入研發和專利布局，以形成具有自主知識產權的技術優勢。其次，對于可能對我國智慧農業產業造成沖擊的專利申請，應建立預警機制，及時發現并采取應對措施，降低其對于產業健康發展的影響。