当前，世界产业变革逐步兴起，制造业价值凸显，但也面临着生产运营成本亟需降低、产品质量和价值有待提升等问题。
本文以近二十年全球范围内公开的轨道交通中人工智能及工业互联网智能化技术中相关专利文献为分析对象，从申请趋势、地域分布、专利申请人排名和专利技术路线等维度进行深入分析，为我国轨道交通人工智能及工业互联网智能化技术的发展提供参考。
一、专利技术申请趋势
人工智能及工业互联网智能化相关的全球专利申请整体表现为稳定上升趋势。其中，2000年至2008年的申请量较为平稳，技术发展相对较为缓慢，每年的专利申请量均在500件以下。
2009年至2016年为缓步增长期，专利申请呈现缓慢增长的状态，从2009年的518件增长到2016年的925件，其中2014年出现短暂回落。
此阶段人工智能及工业互联网智能化相关的技术开始受到各国政府、研究机构和企业的关注，2017年至今为快速增长期，申请量激增，并在2020年达到顶峰。
相对于全球，中国人工智能及工业互联网智能化的相关专利申请趋势与全球的申请趋势类似，但中国的专利申请增长率略低于全球。中国在人工智能及工业互联网智能化领域的专利申请及专利布局起步相对较晚，2000年至2008年，中国在人工智能及工业互联网智能化技术领域的专利申请量还相对较少，年申请量不足100件。
2009年之后，中国在人工智能及工业互联网智能化技术领域的专利申请缓慢增长一段时间后，于2017年达到年申请量500件以上，2019年之后稳定在年申请量1000件以上，总体来说，近年来在人工智能及工业互联网智能化技术领域的专利布局热度较高。
整体来看，中国人工智能及工业互联网智能化相关技术的发展趋势紧随全球发展趋势的脚步，并且在2015年以后，开始逐渐影响全球人工智能及工业互联网智能化技术相关专利申请趋势，这从一定程度上说明，中国在该技术领域的发展已经逐渐处于全球领先地位。
需注意的是，由于专利数据的公开存在18个月左右的滞后期，因此，本文中有关2019年和2020年的数据可能不够完整，该部分数据仅供参考。
二、专利公开地域分布
通过专利公开地域分布的统计数据，可反映全球各申请人对该地域市场的重视程度以及该地区的市场活跃程度。
全球人工智能及工业互联网智能化技术领域，相关专利布局较多的国家或地区包括中国、日本、韩国、俄罗斯、美国、德国、欧专局，澳大利亚、加拿大和西班牙专利申请量相对较少。排名前十的国家中，专利申请数量达到1.5万件以上，占全球人工智能及工业互联网智能化技术相关专利申请总量的85%以上。
全球人工智能及工业互联网智能化技术领域相关专利申请量排名第一的国家是中国，专利申请数量达到7000件以上，占全球人工智能及工业互联网智能化技术相关专利申请总量的40%，遥遥领先其他国家和地区。
这也说明，中国在人工智能及工业互联网智能化技术领域是非常重要的市场国。其次，专利申请数量较多的是日本，专利申请数量在1800件以上，位列第二名。韩国、俄罗斯、美国和德国的专利申请量均在1000件上下，澳大利亚、加拿大和西班牙在人工智能及工业互联网智能化技术领域布局的专利数量不足300件。
此外，排名前十的地域的公开总量接近全球专利总公开量的90%，说明这些地域是轨道交通人工智能及工业互联网智能化技术发展的主要地域，在相关产品投入市场时要特别注意这些地区的专利情况，避免带来侵权风险。
三、专利申请人排名
通过对人工智能及工业互联网智能化技术领域的专利申请按照申请号合并后进行统计，得到申请量排名前十的申请人情况。
排名前十的申请人中，申请人类型主要为企业，排名前十的申请人专利申请量之和占人工智能及工业互联网智能化技术领域专利申请总量的18%，技术较为集中。从国家分布上看，申请量排名前十的申请人有2个来自中国，专利申请量之和占排名前十申请人专利申请总量的20%以上。
8个申请人是来自日本、美国、德国、法国和加拿大的知名企业，日本占3个，美国占2个，德国虽只占1个，但是申请量位列第一，足见这三国企业对人工智能及工业互联网智能化技术研发的重视程度以及不容小觑的技术实力。
在人工智能及工业互联网智能化相关技术领域，西门子公司和日立公司专利申请数量在600件上下，分别排名第一和第二，分别占全球人工智能及工业互联网智能化技术领域专利申请总量的3.7%和2.9%，处于该技术领域的第一梯队，在人工智能及工业互联网智能化技术领域具有雄厚的研发实力。
中车公司和三菱公司专利申请数量均在400件以上，处于该技术领域的第二梯队。而其余6家公司的专利申请量均在100件以上，处于该技术领域的第三梯队。由此可知，中国虽有2家企业位居该技术领域全球前十，但是均处于第二和第三梯队。
四、专利技术路线
人工智能及工业互联网智能化技术的专利申请可分为智能制造、车辆及车辆运维智能化、无人驾驶和数字孪生，这四个细分技术分支的技术路线差异较大，以下进行对应分析。
1、智能制造
智能制造包括人工智能、机器人和数字制造，数字化是智能制造的基础。智能制造技术的专利申请在2000年前后首次聚集了一波热度，经历一段关注度较低的时期后，自2010年开始，智能制造领域的关注热度逐渐上升，特别是2016年以来，专利年申请量均维持在较高的水平。
智能制造技术可细分为智能设计、智能生产和智能电气，除了智能生产领域的研究较多以外，该技术分支关注的细分技术较多也是专利申请量较多的一个原因。而智能设计和智能电气分支的专利申请相对较少。
在智能设计技术领域中，主要关注三维设计和模拟仿真技术。2000年以前，西门子公司便在三维设计和模拟仿真两个细分技术领域开展研究，而且近二十年以来，均有相关专利申请。
在智能生产技术领域中，关注的技术主要包括装配过程中视觉识别、装配过程自适应匹配、协同制造、设备数据采集和5G生产过程中的运用。除5G生产过程中的运用目前的专利技术较少以外，其余四个技术分支均有较多的专利申请。
在智能电气技术领域中，主要关注了设备预测性维修、电气绝缘和耐压与自动化导通测试这三个细分技术。设备预测性维修的相关专利申请较少，集中于近五年，关注的申请人中西门子公司、株洲电力机车研究所有少许专利申请。
设备预测性维修的相关专利主要涉及故障预诊预测方法以及机器学习相关技术。电气绝缘和耐压的相关技术出现较早，且近二十年一直有相关专利申请，公开了多种测试绝缘和耐压的技术方法。西门子公司、阿尔斯通公司等关注的申请人在该技术领域申请的专利也较多。
国内的主要申请人有中车青岛四方车辆研究所有限公司和中车长春轨道客车股份有限公司。自动化导通测试在近二十年也一直有专利申请，但是前期的专利申请集中于电气设备公司，且主要应用于汽车。2017年以后，西门子公司等轨道交通领域的公司开始在该技术领域申请专利。
2、车辆及车辆运维智能化
车辆及车辆运维智能化技术领域的技术发展热点主要围绕机器视觉和智能检测方法这两项技术上，尤其中国地区，在这两项技术上布局较多专利。
同时，随着5G等新一代无线通信及万物互联及智能化技术的发展，2016年后，新一代无线通信技术分支和智能控制技术分支的专利数量也出现了明显的增长。故障预测与健康管理技术方面，专利申请数量则相对其他四个技术分支涉及专利较少。
车辆及车辆运维智能化领域的技术分支主要集中于智能控制、智能检测方法、新一代无线通信、机器视觉和故障预测与健康管理这五个方面。
在智能控制方面，专利申请多为在智能屏、智能空调、智能算法和嵌入式AI车载设备方面的改进。
在智能检测方法方面，专利申请主要涉及传感和轨道检测装置及方法等，通过包括光纤光栅传感器、声发射传感器等检测影响车辆稳定运行和健康状态的情形，进而保证轨道车辆运维的稳定。
在新一代无线通信方面，专利申请主要涉及车厢内部、车厢之间、车车之间和车地之间通信。相比于其他申请人，中车青岛四方车辆研究所有限公司申请专利较多。
在机器视觉方面，国外知名车企申请专利较多，主要申请人涉及西门子公司、阿尔斯通公司、川崎公司和庞巴迪公司。
在故障预测与健康管理方面，故障预测与健康管理涉及故障样本数据生成、故障预测、寿命预测和模型自优化学习等，国内外主要申请人中在该技术分支布局专利均相对较少。
3、无人驾驶
无人驾驶技术主要分为视觉分析处理方法、障碍物检测方法和虚拟重联三个技术分支。其中，视觉分析处理方法包括系统架构、控制逻辑和行为分析，障碍物检测方法包括列车定位、防撞、辅助防护、距离检测及判断逻辑、库门识别和自动折返。
视觉分析处理方法、障碍物检测方法和虚拟重联的专利申请主要集中在2016年以后。其中，视觉分析处理方法的专利主要集中在2018年和2019年，虚拟重联的专利主要集中在2018年、2019年和2020年，2021年的专利由于部分数据未公开，相对较少。
可见，视觉分析处理方法和虚拟重联为近几年的研发热点，并且新专利申请较多。
在该领域，北京交控科技有限公司、西门子公司和比亚迪公司专利申请数量位列前三。其中，北京交控科技有限公司申请的专利在三个技术分支均有涉及，体现出在无人驾驶领域较强的研发实力。
西门子公司申请的专利主要涉及障碍物检测方法，在视觉分析处理方法和虚拟重联方面涉及较少，体现出在障碍物检测方法方面的技术优势。比亚迪公司申请的专利涉及视觉分析处理方法和障碍物检测方法，在虚拟重联方面没有重点专利。
4、数字孪生
数字孪生技术主要涉及孪生数据、模型有机结合方法、虚实交互展示、模型轻量化和服务这五个技术分支。
2015年以前，历年数字孪生技术在轨道交通领域的相关专利申请不超过10项，2015年后迎来了一波热度，并且热度持续攀升，2017年以来，专利年申请量均维持在较高的水平。
数字孪生技术领域的专利申请主要集中于服务、孪生数据和虚实交互展示，除了以上技术领域的研究较多以外，服务技术分支关注的细分技术较多也是专利申请量较多的一个原因。而模型轻量化和模型有机结合方法分支的专利申请相对较少。
结语：
本文从申请趋势、专利公开地域分布、专利申请人排名和专利技术路线等维度对全球人工智能及工业互联网智能化技术的专利申请进行深入分析，得出全球人工智能及工业互联网智能化技术的发展特点。
从专利申请态势来看，人工智能、工业互联网智能化技术相关的中国专利与全球专利申请趋势基本一致，都表现为在2015年以前申请量较为平缓，2016年以后出现急速增长的趋势。
中国是人工智能及工业互联网智能化专利技术最主要的公开地，其次为日本、韩国、俄罗斯、美国和德国。申请量排名方面，西门子公司的专利申请量排名第一，其次为日本的日立公司，中国的中车公司排名第三，另有中国的中铁公司的申请量进入前十，位列第五。
中国申请人中有3家挤进了申请量前十，但总体来讲布局的地域较为单一，基本是在中国本土布局，与国外申请人的差距较为明显，需要引起国内申请人的注意和重视，尤其是有技术出口计划的申请人更应该警惕。
在技术路线上，五个细分技术的发展路线差别较大，中国申请人可依据自身的优势，从各细分分支入手进行技术研发和专利布局，从而促进我国人工智能及工业互联网智能化技术的技术发展和进步。
