专利视角下城市公共交通领域车联网技术研发与合作态势研究

张汉波 戚 湧

（南京理工大学，南京 210094）

引言

车联网产业是汽车、电子、信息通信、道路交通运输等行业深度融合的新型产业形态，随着近年来的快速发展，智能化、网联化趋势开始向城市公共交通领域不断延伸，已有部分车联网产业链企业将城市公共交通领域作为重要的发展方向，积极开展相关技术创新和应用场景搭建。工业和信息化部、交通运输部分别于2018 年和2019 年印发《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》和《数字交通发展规划纲要》，为构建“车联网+城市公共交通”的新发展格局提供指引。2021 年11 月，交通运输部印发《综合运输服务“十四五”发展规划》，提出要打造数字智能的智慧运输服务体系，推动城市交通智能化发展，为构建城市公共交通领域车联网技术创新网络，推进产业链创新链深度融合提供良好的政策环境。技术合作可充分集聚合作主体创新资源，围绕共性技术打造协同研发优势，是提升技术创新绩效、加快成果转化应用的有效途径。本文基于专利视角，研究分析城市公共交通领域车联网技术合作态势，为提升车联网技术创新质效、赋能城市公共交通高质量发展提出对策建议。

1 车联网技术概述及其在城市公共交通领域的应用

车联网技术体系由智能车辆、车联网与信息交互系统、基础支撑系统3 大关键节点构成。其中，智能车辆是车联网与智能车的有机结合，搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，基于图像、雷达、卫星差分定位、惯导等多传感器的融合环境感知技术，实现车辆自动路径规划和自动避障处理，同时根据决策规划系统计算的车辆执行控制规则，生成对汽车底盘线控系统的驱动、制动、转向、电气的控制命令，将决策控制信息与车辆底层控制系统深度集成，实现车辆自动驾驶，包括环境感知系统、汽车执行与控制系统、车载信息终端、车载软件系统等主要技术；车联网与信息交互系统是RSU路侧单元、C-V2X 通信模组等一系列车联网设备的总称，提供汽车之间、汽车与行人/骑行者以及道路基础设施之间低时延、高可靠性、高密度的数据通信，包括C-V2X 通信网络、车联网终端等主要技术；基础支撑系统是车辆无线充电系统等一系列车联网基础设施的总称，由匹配的移动车载设备与固定充电设备构成无线充电系统，是电动汽车在未来必然的发展方向，包括新能源与充电系统、高精度定位与地图等主要技术。

已有学者围绕车联网技术在城市公共交通领域的拓展和应用开展相关研究。上海市交通运输行业协会新能源和节能减排分会梳理了视觉技术在公交主动安全预警的应用现状及发展趋势，认为基于视觉识别的主动安全技术将在公共交通安全领域具有广阔前景[1]；张桂芬等运用信息采集全过程化管理、智能终端定位、存储及采集、数据拟合等关键技术，设计并实现一套智能公交信息采集系统[2]。李华民等基于RFID 电子车牌数据，提出了一种采用自适应渐消卡尔曼滤波和小波神经网络组合模型，动态预测公交行程时间的方法，为先进公交信息化系统提供技术支撑[3]。庞明宝等基于MAST 设计了一个利用移动互联网技术的城郊乡村智慧公交调度系统，用以解决客运需求较小且时空分布不均衡问题[4]。孔建辉定义了城市公交云服务平台，基于公交车载终端、客流采集设备、一卡通、视频监控等外场设备采集的GPS、客流、视频等海量数据，实现公交计划排班、监控调度、运营分析等日常运营管理需求以及行业监管、线网规划等行业辅助决策需求[5]。翁国庆等结合海岛环保公共交通需求并基于车网互联技术，提出了一种将电动公共汽车电池集群为储能元件参与海岛微网能量调控的运行方案[6]。程瑜等提出了一种快充模式下电动公交充电网络优化规划模型，旨在优化城市公交快充设施的布局，建立高效、低成本公交充电服务网[7]。

城市公共交通作为车联网技术重要应用领域，目前尚缺乏基于产业链全局视角的技术创新现状研究，特别是围绕城市公共交通领域的车联网技术合作尚无学者开展研究。因此，本文拟通过城市公共交通领域车联网技术相关授权发明专利分析，从专利权人和发明人两个维度构建技术合作网络，研判当前城市公共交通领域车联网技术发展态势。

2 城市公共交通领域车联网技术总体情况分析

本文研究使用的专利数据来源于南京理工大学知识产权大数据综合应用门户平台，使用所有授权发明专利作为城市公共交通领域车联网技术态势研究的数据基础。在平台智能网联汽车（车联网）专利数据库的基础上，根据CJJ/T 114-2007《城市公共交通分类标准》，重点围绕城市道路和轨道交通，确定关键词为：（公交or 公共交通）or（公共汽车or 客车or 巴士）or（（（出租or 网约）and（车or 汽车））or 的士or 计程车）or（（有轨or 无轨）and（电车or 车辆or 机动车））or（地下铁道or 地铁）or（轻轨or 轻型轨道）or（快轨or 快速轨道）or 单轨or（磁浮or 磁悬浮）。通过二次检索发现，截至2022 年1 月31 日，已授权的发明专利2958 件，占智能网联汽车（车联网）授权发明专利总数（100654 件）的2.94%，其中包含两名及以上专利权人的授权发明专利276 件，占城市公共交通领域车联网技术相关授权发明专利的9.33%。

城市公共交通领域车联网技术授权发明专利数量变化如图1 所示。自2000 年以来，授权发明专利的总量和增速均呈上升趋势，2015 年以前为渐进增长阶段，总体增速较为平缓；从2015 年开始，发明专利授权进入高速增长阶段，2016 年新增授权发明专利300 件，2021 年新增授权发明专利515件，增速显著提升。根据这一趋势，2022年的授权发明专利数预计将突破3500 件，并在此后一段时间内继续保持加速增长态势。

图1 2000-2022 年城市公共交通领域车联网技术授权发明专利数量

城市公共交通领域车联网技术专利关键词词云如图2 所示。其中，词频排名第一的关键词为“乘客”（498），说明面向乘客服务的创新活动是城市公共交通领域创新主体开展车联网技术研发的重要方向；关键词词频排名前三的城市公共交通车辆类型分别为“公交车”（476）、“出租车”（264）和“地铁”（241），说明这三类车辆为车联网技术在城市公共交通领域的主要应用对象。此外，根据其他关键词词频分布可以发现，当前已授权的发明专利基本涵盖车联网关键节点技术（智能车辆、车联网与信息交互系统、基础支撑系统），同时涵盖基于大数据的多模式资源优化、协同调度、数据采集等城市公共交通精准治理支撑技术。

图2 专利关键词词云

根据世界知识产权组织（WIPO）2021 年9 月更新的国际专利分类号与技术领域对照表（IPCTechnology Concordance）对城市公共交通领域车联网技术分布进行梳理。如图3 所示，在电气工程（Electrical engineering）、仪器（Instruments）、化学（Chemistry）、机械工程（Mechanical engineering）和其他领域（Other fields）五大技术部（Sector）中，涉及电气工程、仪器和机械工程的授权发明专利数分别为1258 件、1424 件和1165 件，充分体现城市公共交通领域车联网技术跨产业深度融合特点，同时也表明当前城市公共交通领域车联网技术分布总体相对均衡，呈现较为良好的全面发展态势。如图4 所示，在WIPO 五大技术部基础上细分的35 个技术领域（Field）中，授权发明专利集中于控制（Control）和运输（Transport）两大技术领域，说明当前产业链创新主体主要聚焦这两个技术领域开展城市公共交通领域车联网技术研发活动；此外，数字通信（Digital communication）、测 量（Measurement）、 计 算 机 技 术（Computer technology）、管理信息技术方法（IT methods for management）、土木工程（Civil engineering）等技术领域的授权发明专利数均在200 件以上，已成为研发活动较为活跃的重要技术领域。

图3 城市公共交通领域车联网技术在WIPO 五大技术部分布情况

图4 城市公共交通领域车联网技术在WIPO 细分技术领域主要分布情况

3 城市公共交通领域车联网技术专利权人分析

城市公共交通领域车联网技术相关发明专利授权量排名前十的专利权人见表1。其中，高校类型的专利权人多达8 家，其余2 家专利权人为中车集团下属企业，且排名前6 的专利权人均为高校。可以看出，高校是当前参与城市公共交通领域车联网技术研发的重要创新主体，而一些客车制造龙头企业在城市公共交通车联网技术相关发明专利授权量排名均未进入前十，说明客车制造企业对城市公共交通领域车联网技术研发投入不足，尽管已有部分企业在5G、智能公交等领域开展布局，但许多关键技术仍主要依赖其他企业，“卡脖子”问题依然存在，自主可控的技术研发体系亟待构建。

表1 发明专利授权量排名前十的专利权人

技术合作是提升产业创新能力、加快技术转化运用的有效途径，参与技术合作的专利权人通常采用共同申请人的方式申请专利。城市公共交通领域车联网技术合作申请发明专利授权量排名前十的专利权人见表2。其中，高校类型的专利权人为5 家，科研院所类型的专利权人为2 家，企业类型的专利权人为3 家。可以看出，合作申请的发明专利授权量占所有发明专利授权量的比重明显偏低，城市公共交通领域车联网技术合作的活跃程度有待提升。同时，高校和科研院所依然是合作申请发明专利的主要创新主体，其开展技术合作的意愿显著高于企业。此外，排名前十的3 家企业中，缺少城市公共交通的相关企业。

表2 合作申请发明专利授权量排名前十的专利权人

4 城市公共交通领域车联网技术合作网络分析

在上述分析的基础上，本文运用社会网络分析方法，通过对城市公共交通领域车联网技术相关授权发明专利的专利权人进行共现关系分析，运用可视化手段构建城市公共交通领域车联网技术合作网络图谱，进而基于该网络的主要结构特征进一步研究城市公共交通领域车联网技术研发过程中的信息流动和溢出效应。在该网络中，各个节点表示不同专利权人，各条边表示不同专利权人间的合作关系。城市公共交通领域车联网技术合作网络参数见表3，网络图谱如图5 所示。

表3 城市公共交通领域车联网技术合作网络参数

图5 城市公共交通领域车联网技术合作网络图谱

可以发现：①从授权发明专利总数和节点总数的数值来看，1574 个专利权人共拥有授权发明专利2958 件，即平均每个专利权人仅拥有1.88 件授权发明专利，除去东南大学、西南交通大学、同济大学等排名靠前的专利权人外，大多数专利权人只拥有1 件授权发明专利，表明当前城市公共交通领域车联网的授权发明专利分布较为稀疏，大部分专利权人围绕城市公共交通领域的车联网专利战略尚未得到有效制定和实施，相关技术创新活跃程度相对较弱，缺少充分数量和质量的发明专利用以完善自身的专利布局，知识产权风险对抗能力显著不足。②从合作节点和合作比例来看，仅有345 个专利权人参与合作申报发明专利并获得授权，合作比例仅为21.92%；同时包含两名及以上专利权人的授权发明专利276 件，仅占所有授权发明专利的不足10%，表明当前各专利主体围绕城市公共交通领域开展车联网技术合作的意愿不强，绝大多数专利权人（1229 个）倾向于单独研发，城市公共交通领域车联网技术合作网络整体知识流动水平较低，技术溢出效应尚不明显。③从合作强度来看，城市公共交通领域车联网技术合作网络的平均度仅为0.756，处于较低水平，且345 个合作节点共发生合作关系595 次，合作节点的合作最大值为13，表明大多数合作节点与其他合作节点发生合作关系的频次不足2 次，即使参与合作最为积极的节点也仅发生过13 次技术合作，技术合作网络的合作强度明显不足。④从合作广度来看，由合作节点构成的130 个技术合作子网络中，包含三个及以上节点的合作网络数仅为30 个，说明“两两合作”是当前城市公共交通领域车联网技术合作的主流形式，合作宽度偏窄。

5 主要结论和启示

本文基于我国城市公共交通领域车联网技术相关授权发明专利数据，利用WIPO 的IPC-技术分类法和专利权人合作网络分析法，对城市公共交通领域车联网技术的发展态势和合作网络开展研究。研究发现，我国城市公共交通领域车联网技术现处于高速发展阶段，主要集中在电气工程、仪器和机械工程三大门类，并在控制、运输两大技术领域存在较高分布，且高校是城市公共交通领域车联网技术研发和技术合作的“主力军”，客车制造龙头企业尚未发挥引领性作用；目前我国城市公共交通领域车联网技术合作的创新主体规模偏小，合作意愿不强，在合作强度和合作广度方面均有待加强。对此，为进一步加强技术合作，推进城市公共交通领域车联网技术的研发和应用，本文提出如下对策建议。

（1）优化技术研发格局。在保持控制（Control）和运输（Transport）两大技术领域研发优势的同时，积极引导各创新主体加强数字通信（Digital communication）、 测 量（Measurement）、 计 算 机技术（Computer technology）、管理信息技术方法（IT methods for management）、土木工程（Civil engineering）等其他技术领域的研发投入，通过实施专利导航和风险预警等活动，加快识别城市公共交通领域车联网关键核心技术，及时发掘高效可行的技术突破点，集中力量开展技术攻关，并通过高价值专利创造形成我国城市公共交通领域车联网的专利“护城河”，进而摆脱部分技术领域面临的“卡脖子”现象。

（2）提升企业创新能力。完善政策体系，优化创新环境，鼓励城市公共交通领域企业成立车联网实验室、工程中心等研发载体，支持企业开设海外研究中心，开展相关技术研发活动。汇聚城市公共交通领域和车联网领域平台资源，推进开放共享共用，建立城市公共交通领域车联网技术公共服务平台，降低中小企业在研发设计、实验验证、生产制造、路测评价等环节的投入成本，继而提高其创新绩效。建立城市公共交通领域车联网技术专项资金，在支持城市公共交通领域企业开展车联网技术研发的同时，鼓励车联网领域企业涉足城市公共交通建设，不断壮大城市公共交通领域车联网技术整体研发能力。加强海外人才集聚，通过实施海智计划、推进离岸创新创业，“不求所有，但求所用”，吸引海外高端人才团队参与我国城市公共交通领域车联网技术研发，形成高水平的创新成果。

（3）促进产学研深度合作。加速城市公共交通产业链和车联网产业链跨界交叉，集聚上下游企业、高校、科研院所的创新主体，打造城市公共交通领域车联网产业链创新链，不断推进“双链融合”，充分发挥客车制造龙头企业的“链主”地位和作用，探索成立城市公共交通领域车联网技术创新联合体，加快主体间的创新要素流动。创新产学研合作模式，由产学研多方共同持股成立新型研发机构，集产学研主体在成果转化、基础研究、应用研究等各方面的自身优势，打通城市公共交通领域车联网技术合作创新的各个环节，有效解决“最后一公里”难题。