从物联网与增强现实专利分析与技术结合看未来物联网的发展

0 引 言

资讯与网路科技进步迅速，从最初为行政办公及工商业 应用的网际网路及自动化系统，演变成在生活中随处都可以见 到这些科技的应用，网际网路也明显的普及化，直到现在家家 户户都有网路地覆盖。人们开始追求更便利、更美好的生活环 境，便开始研究起将行动装置、App 与行动网路应用在环境 监测、机器自动化、智能居家等，这些应用面都会用到物联网 （Internet of Things，IoT），而增强现实技术给物联网的普及提 供了新的契机，2015 年 1月 26 日微软发布了增强现实技术设 备全息眼镜 HoloLens[1]，Hololens 是一套在现实场景中显示 全息图像的设备，而这些虚拟全息图像是可以被使用者用手势 控制与远程设备和环境互动的，对未来物联网地发展十分有利。 研究结合物联网与增强现实技术的专利分析研究，并以微软 全息眼镜 HoloLens 为例，从专利看布局，从平台看发展，分 析未来个人智能终端设备的发展趋势，为我国未来的物联网发 展路径提出建议。

1 物联网与增强现实技术的概念与特性

1.1 物联网的概念与特性

物联网（Internet of Things，IOT），最早的概念是出现在 1995 年比尔盖茨所撰写的《未来之路》（《The Road Ahead》）[2] 一书中，书中提到遗失的物件会发讯息给用户，告知其所在位 置。这在当时是一个崭新的科技概念，以目前的科技发展来看， 尚未完全发展完成，无法普遍的运用此种概念，但也利用此 概念发展出利用电子标等技术来锁定货物所在位置，应用在 供应链、货运、物流等行业 。接着在 1999 年，美国麻省理工 学院（MIT）的 Kevin Ashton 教授提到将 RFID 及感测器应 用于日常生活中，将物品标记应用 [3]。由此可知，物联网的概 念早在 1995 年开始就已经提出许多应用模式，主要方式是透 过感测器嵌入电网、建筑等环境，或是物件中，由网际网路 连通，并以特定的程式达成远端操作 [4,5]。

近年网际网路越来越发达，云端技术的应用日趋成熟， 使物联网由云端技术产生更多的应用面。在 2010 年，物联 网被视为快速发展的技术，其中也包含近年来提倡的智能 城市，以及未来的车联网等 [6]。物联网的应用有三大特征 ： 多种多样的数据采集、无所不在的传输网路及智能化云端 后台数据处理。而在 2005 年由国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）发布的报告中提出，物联网 是指在网际网路的时代中，网际网路不再只是人与人的互相联 络，也可以达成人与物地沟通和物与物之间地控制及获取资讯 （ITU 2005）[7]。

根据物联网的特性，物联网发展区分为三个维度，同时 也包含三个范畴，物联网的三个维度如图 1 所示。

随着物联网的持续发展，其中涵盖了三大范畴，分别是 人与人、人与物以及物与物。

（1）人与人

人与人之间通过手机、电脑等随身装置（智能手机、平板 电脑等）来进行沟通。

（2）人与物件

人们可以通过随身装置操作感应器、伺服器等设备来控 制远端物件，达到人与物件间地交流。

（3）物件与物件

利用感测元件（RFID 标签、感应器等）、伺服器、处理 器等设备来进行物与物之间地控制及感应。 依据上述三维度及三个范畴所表达的物联网，意在任何时间、地点、物件，人与人、人与物、物与物之间都能相互沟通、 操作。而依据上述资料推论物联网的定义为 ：不论何时何地、 不论使用何种物件，只要透过感测（收发）元件或网际网路达 成人与物件、物件与物件间的双向交流即可称为物联网 [8]。

1.2 增强现实技术的概念与特性

增强现实技术（Augmented Reality Technique，AR），是 在虚拟现实基础上发展起来的新技术，是通过计算机系统提 供的信息增加用户对现实世界感知的技术，并将计算机生成 的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而 实现对现实的“增强”。它将计算机生成的虚拟物体或关于真 实物体的非几何信息叠加到真实世界的场景之上，实现了对 真实世界的增强 [9]。我们以具体产品来分析更容易理解增强 现实技术的优势，本研究以微软的 HoloLens（如图 2）为例， HoloLens 效果不像虚拟现实那样让用户进入一个完全由计算 机生成的虚拟世界，而是通过在眼镜上的摄像头扫描建模当 前环境，呈现逼真的全息影像，将虚拟物体叠加到真实世界 的场景中“升维”现实世界，实现对真实世界的增强感，让用 户在不脱离周边环境的情况下享受数字生活，由于与真实世界 的联系并未切断，交互方式也就显得更加自然。

其增强现实技术的特性就是 ：虚实结合、三维建模、实 时交互。

（1）三维感知能力，可以对身边的三维场景进行建模。

（2）三维渲染能力，建模后具体化场景。

（3）人机交互能力，可以用手势来进行控制。 正因为其超脱现实又不脱离现实的特殊属性，使得增强 现实技术在未来有广阔的应用前景。

2 物联网与增强现实可穿戴技术的相关专利分析

2.1 专利分析工具

因发明类专利为提出申请后 18 个月强制公开（世界各国 略有不同），故专利资料目前为已公开、已核准资料，可推估 2015 年公开的资料，可能为 2013、2014 年所申请，基于公开 日的限制，2014、2015 年资料并非完全符合，但可大致了解 2014 年前的脉络。分析重点为申请量、专利申请 / 申请权人、 国家等信息。

本研究专利文献分析部分，使用 Web of Science（http ： //webofknowledge.com/）的 Derwent Innovations Index SM 资 料分析及 Thomson Innovation 的分析工具。

2.2 专利分析关键词

物 联 网 技 术 专 利 检 索 标 的 为“Internet of things”、 “Machine-to-Machine”、“Intelligent systems”，增强现实技术 的专利检索标的为“Augmented Reality”。并将检索限缩为标 题、摘要及专利范围三项，取 2009 年至 2013 年出版的文献， 检索的关键字如下：

物联网，搜索主 题“Internet of things”与“Internet of thing”。

机器对机器，搜索主题“Machine-to-Machine”与“M2M”。

智能系统，搜索主题“Intelligent systems”。

增强现实，搜索主题“Augmented Reality”。

专利高线图如图 3 所示。

专利分布统计如表 1 所示。

2.3 专利分析

2.3.1 物联网技术专利分析

从表 1上看，与物联网相关的三项专利 ：物联网、机器对 机器、智能系统中排在前面的有美国、中国、日本和韩国，其 次是欧盟和其他国家。美国不但在份额上占优势，而且专利分 布均匀，布局完整。中国在这几项专利方面紧随其后，尤其对 智能系统的发展十分重视，正处在快速发展时期。日本和韩国 在物联网方面也各有千秋，在世界范围内也是名列前茅，颇有 值得借鉴之处。综上所述，我国在物联网布局方面有待加强， 也要做好顶层规划与核心技术的加强。

2.3.2 增强现实技术专利分析

从表 1中增强现实技术方面可以明显看出美国和韩国在 这方面的优势，其中美国掌握大部分技术专利，且专利转化率 很高，已经做出类似 HoloLens 这样的增强现实技术产品。比 较意外的是占据第二位的是韩国，却以此可以看出韩国对此项 技术的重视程度。日本的份额虽然不多，但依旧凭借相机成像技术在增强现实技术中站稳脚跟。我国在增强现实技术专利 方面仍处于初级发展阶段，距离发达国家仍有差距，却不妨 碍现在开始打好基础，平衡发展，做好布局规划，尤其是对 核心技术的扶持。

3 未来个人智能终端的发展趋势与物联网的关系

3.1 未来个人智能终端的发展趋势

增强现实可穿戴设备 Hololens 打破了数字计算机十多年 来的小型化发展瓶颈。在过去，台式机、笔记本电脑、平板 电脑、智能手机等，这些产品的显示器一般都被玻璃的物理 边界所限制着。传统的人机交互，主要是通过键盘和触摸， 包括并不能被精确识别的语音等。Hololens 的出现，则给新一 代体验更好的人机交互指明道路，不再争取用户对屏幕的注 意力而是对视网膜的注意力，让用户带上眼镜而不是去特意看 某个屏幕。HoloLens 将昔日的 2D 界面转化成 3D 全息投影。 HoloLens 这款增强现实可穿戴技术产品使穿戴者同时拥有现 实、扩展实境（在现实世界中叠合平面虚拟物件）和虚拟实境 （立体的虚拟世界）。与电脑、手机相比，其信息交互的优点是 可以实时、持续地获取场景以及支持更自然的手势输入。与个 人电脑和智能手机相比其特点比较如表 2 所示。

从表 2 中可以看出全息眼镜基于现实世界的“升维”使其 信息交互更加自然，个人终端从过去的个人电脑到今天的智能 手机，使用越来越方便，同时人们的要求也越来越高，而增强 现实可穿戴设备凭借其人性化的信息交互方式必将成为未来个 人终端的趋势与潮流。

3.2 现实增强可穿戴设备将是未来物联网发展的新契机

物联网在现实增强可穿戴设备平台上是采用什么方式实 现呢？以微软的 HoloLens 为例（图 4）。例如，在家中引导监 测无人驾驶汽车送孩子上学，控制智能家居设备对房间的温度 与湿度随时检测，在墙上获取短信消息，与在几千公里外的 总部进行实景会议，你的一举一动，每个表情，都会被数据 传输到总部后进行虚拟场景还原，总部那边也一样。家庭设备 坏了，再也不需要去预约修理，会有技师手把手教你怎么做， 与真人在你身边无异。大部分需要人与人之间进行实地交流的 场景，都可以被 Hololens 所接管，所有的情感交流、商务会议、客服维修、团队协作、在线教育，顿时变得简单、低成本化了。 可以说这是物联网与增强现实技术的完美结合，从物联网过去 的平面控制过渡到具体场景生动的立体控制，这种新的技术 结合使人与人、人与物、物与物的信息交互方式产生变革，未 来的物联网必定搭载在增强现实可穿戴设备上。

4 探讨适合我国的物联网发展路径

核心靠技术，发展靠平台。将物联网与增强现实技术相 结合作为一个整体来看，对于未来的物联网发展的产、学、研 都有好处。这样定位也更容易认清自身发展布局的不足，然后 参照发达国家，结合自身特点，重点发展核心技术领域。参考 发达国家的不足之处，甚至可以在某些领域超越对方。

加大政策扶持力度，加强企业专利知识产权保护意识， 为未来国际化接轨做准备。

加强人才培养，强化企业自主创新意识，尤其在增强现 实技术等方面提前布局，抢占技术制高点。

进一步放宽政策，加快产学研相互融合，促进企业专利 科研成果转化为实际经济效益，如智能交通，智能工业，智 能物流等。将技术转化的产业效益做为企业发展的潜力。

5 结 语

本研究结合物联网与增强现实技术的专利分析研究，并 以微软全息眼镜 HoloLens 为例，分析未来个人终端的发展趋 势，为我国未来的物联网发展提供政策建议。专利数据表明 物联网作为近几年的下一个产业浪潮，已经近在眼前。将目光 放长远，物联网与现实增强技术结合是符合未来发展规律的。 相信在不久的将来，类似 HoloLens 的物联网与增强现实技术 产品必将对现有的信息交互方式产生冲击，并走进人们的日常 生活，而我们需要提前布局，迎头赶上，在这个全新的领域， 让中国企业占有一席之地，争取在下一个个人智能移动终端时 代市场分一杯羹。