[摘要]從中觀層面考察了精準農業技術與系統的專利產出情況，結合定量分析、定性調研與專家咨詢，從總體趨勢、地域分布、技術流向、重要競爭者、技術發展動向、技術熱點與空白點、與全球專利申請活動差異等，多視角揭示了該領域當前專利活動特征。對比了與全球專利申請活動的差異，為我國相關機構的專利布局對策提供了參考建議。

　　[關鍵詞]精確農業處方農業農業物聯網農業信息化專利知識產權

　　1引言

　　精準農業(precisionagriculture，PA)又稱精確農業或處方農業，是一種以現代知識和技術為基礎的農業微觀管理系統，其核心是根據當時、當地測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境條件和作物產量的時空差異，精確地調整各種農藝措施，最大限度地優化水、肥、種子(種苗)、農藥使用量和時機，以期獲得最高產量和最大經濟效益，同時保護農業生態環境和土地等農業自然資源。精準農業的主要技術包括遙感技術(RS)、地理信息技術(GIS)、全球定位系統(GPS)、農業專家系統(ES)、決策支持系統(DSS)、作物生長模擬系統(SS)、物聯網技術(ITT)和變量投入技術(VRT)等。利用遙感技術宏觀控制和測量，地理信息技術采集、存儲、分析和輸出地面或田地所需的要素資料，以全球定位系統將地面精準測量和定位，再與地面的信息轉換和定時控制系統相配合，產生決策，按區內要素的空間變量數據精確設定和實施最佳播種、施肥、灌溉、用藥、收割等多種農事操作。精準農業實施的目的是在減少投入的情況下增加(或維持)產量、降低成本、減少環境污染、節約資源、保護生態環境，實現農業的可持續發展。精準農業是全球農業科技革命的方向，是我國實現農業現代化的有效途徑[1]。據測算：采用精準農業技術，可節約30%以上的肥料和農藥，可使作物生產成本降低20%以上。因此，精準農業技術成為近幾年興起的新熱點[2]。

　　2數據來源與分析工具

　　數據來源：美國湯森路透科技信息集團(ThomsonReutersScientific)的ThomsonInnovation數據庫和ISIWebofKnowledge知識平臺中的德溫特創新專利索引(DII)數據庫(檢索日截至2014年8月)、知識產權局的專利數據庫(檢索日截至2014年６月)。

　　數據說明：本報告側重于農業信息化技術方面的專利分析，并未涉及農業技術和設備的方方面面，如工具的機械設計的改良等。

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

　　3精準農業技術與系統專利態勢分析

　　3.1專利申請活動時間趨勢

　　截止檢索日，全球范圍內精準農業技術與系統相關專利申請共3381項，共包含8150件專利申請1，申請時間趨勢如圖1。由圖1所示的數據可知，1996年以前，相關專利申請增長緩慢。從1997年開始，申請數量有了大幅度增長，申請數量表現出波動特點。從2008年開始，申請數量迅速攀升，進入了快速增長階段2。

　　(1)緩慢發展期：1973－1996年精準農業概念始于1980年代，GPS技術是重要的推動因素，但相關專利在20世紀70年代已經出現。這一時期全球只有519項專利，平均每年專利申請數量少于30項，相關技術萌芽并開始緩慢發展，專利申請主要集中于與農業作業裝備相關的技術。

　　(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年代初全球衛星定位系統的完善以及GIS和RS被列入農業決策支持系統，都為精準農業的實施提供了基本條件。這段時期內，專利申請活動處于相對緩慢的增長期，專利申請數量每年變化不大。在此期間，以精準農業為代表的現代農業技術逐步得到認可，不斷有新的機構加入研發行列。

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

　　3.2重要/地區分布

　　3.2.1專利申請的/地區分布特點專利文獻中的發明人地址體現了專利技術的來源國/地區信息，反映了技術創新源地的創新能力和活躍程度，可以為區域間的技術合作和競爭提供有用的信息。根據專利來源國/地區統計結果(圖2)發現，當前精準農業技術及系統專利技術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，只有少數涉及數量不多的專利申請。美國是當前最大的技術發源地，這表明美國在精準農業技術及系統專利技術中占有絕對的優勢；日本盡管并非農業大國，但在以精準農業為代表的現代農業先進技術行列占有一席之地，相關專利申請量位列全球第二。和德國分別位列美日兩國之后，也是精準農業技術及系統專利技術較為主要的產出國。

　　3.2.2專利受理的/地區分布特點專利受理國/地區反映了技術接受地信息，反映了該國家/地區的專利保護程度，也是相關技術和產品市場布局的重要參照，可以為區域間的技術保護提供有用信息。根據精準農業技術專利受理國/地區分布(圖3)可看出，精準農業技術及系統專利受理地區主要與技術來源國/地區相似，集中于北美和歐亞地區。此外，巴西很重視精準農業，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量較少，非洲市場尚未成為受重視的技術輸出和保護地。全球專利申請總體趨勢大致如下(基于最早優先權年統計)。

　　4關鍵技術專利布局分析

　　4.1專利技術類別構成

　　截至檢索日，精準農業技術與系統涉及的4大技術分支中，信息集成和傳輸、變量農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、集成系統和方法的相關專利(圖11)。本文將以信息采集和傳輸為例，展示信息采集和傳輸的技術分支、發展趨勢、專利技術-功效組合特點和專利研發熱點。

　　4.2信息采集和傳輸技術

　　4.2.1專利技術分支構成信息采集和傳輸技術是精準農業的源頭環節，是精準農業系統正常運行的前提和保障。快速、有效采集和處理農田空間信息分布，包括獲取土壤、氣象、作物生長和病蟲草害等信息，是實踐精準農業的重要基礎。當前信息采集和傳輸技術主要包括：GPS/DGPS及應用、遙感技術(RS)、信息采集傳感器、機器視覺和信息傳輸網/技術。

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

　　4.2.3專利技術-功效組合特點截至檢索日，GPS/DGPS及應用專利技術研發活動(圖14)主要關注的問題是：提高定位精度、提高信息采集精度、實現信息的實時和快速采集、擴大技術的應用范圍等。在降低成本、增強穩定性方面，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專利技術布局方向建議

　　(1)決策支持系統是當前研發熱點，參與研發的申請人和發明人較多，技術布局廣泛，PCT專利申請較多，重復研發風險非常高。在決策支持系統類專利技術中，以專家系統和模擬系統為主，在研發中可適時關注一些新的決策支持方法和系統開發。

　　(2)信息采集傳感器也存在較高的重復研發風險，具備較多的發明人和申請人，技術分支布局廣泛，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/水產養殖信息和作物病蟲草害檢測傳感器等，專利數量還不具有優勢，可加強關注度。

　　5.2突破核心技術和重大共性關鍵技術

　　在我國，精準農業技術試驗示范剛剛開始且主要是靠技術設備引進。目前支持精準農業實踐的一些關鍵技術尚未解決，鑒于當前的技術能力和國情，建議集中力量加強攻關，突破核心技術和重大共性關鍵技術。支持研發符合我國農業不同應用目標的高可靠、低成本、適應惡劣環境的精準農業技術和產品。

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

　　(2)變量農作機械的導航系統及技術將更加側重多值導航技術的融合使用。GPS導航容易受到環境因素的影響；機器視覺導航應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、圖像實時性和穩定性以及圖像處理算法的速度比較慢的問題。因此，GPS導航、視覺導航、激光導航和多傳感器融合技術將來必然會廣泛地應用于變量農作機械導航系統中。

　　參考文獻

　　[1]汪懋華.精準農業發展與工程技術創新.農業工程學報,1999,15(3):1-4.

　　[2]何勇,趙春江.精準農業.杭州：浙江大學出版社,2010.[3]李忠武,等.精準農業及其在我國的研究應用.地理科學,2001,21(6):564–569.

　　[4]韓永峰,等.精準農業的技術體系及其在我國的發展現狀.河北農業科學,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