車輛檢測技術的發(fā)展和專利分析

冉紅霞 劉暢

摘 要：【目的】車輛檢測是交通控制智能化的基礎，基于專利角度對該技術進行分析，以便于為相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和專利布局提供參考。【方法】對車輛檢測器分類并進行技術發(fā)展脈絡梳理，對不同類別車輛檢測器的專利申請趨勢、主要申請人和主要轉(zhuǎn)讓人進行分析。【結(jié)果】總結(jié)車輛檢測器演變的過程，給出專利申請趨勢、主要申請人和主要轉(zhuǎn)讓人及其特點?！窘Y(jié)論】感應或磁性檢測器的演變主要在于結(jié)構(gòu)的簡化、無源化和檢測信號種類的拓展，光學或超聲波檢測器的演變主要在于檢測方式、分析方法的變化和調(diào)整。國內(nèi)在車輛檢測器領域起步晚，但發(fā)展迅速，在專利成果轉(zhuǎn)化方面有待進一步提升。

關鍵詞：車輛；檢測器；專利分析

中圖分類號：U495 ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ?文章編號：1003-5168（2023）14-0137-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.14.028

Development and Patent Analysis of Vehicle Detection Technology

RAN Hongxia LIU Chang

（Patent Examination Cooperation Beijing Center of the Patent Office， CNIPA， Beijing 100160， China）

Abstract： [Purposes] Since vehicle detection is the basis for traffic control intelligence， the technique is analyzed based on a patenting perspective， in order to provide reference support for the development and patent layout of related industries. [Methods] This paper classifies the vehicle detectors， sorts out the technical evolution routes， and analyzes the patent application trends， the main applicants and the main transferors. [Findings] The paper analyzes the process of vehicle detectors evolution， and summarizes patent application trends， main applicants， main transferors and their characteristics. [Conclusions] The evolution of inductive or magnetic detectors mainly lies in the simplification of the structure， the passive and the expansion of detected signals， and the evolution of optical or ultrasonic detectors mainly lies in the variations and adaptations of the means of detection and the analysis methods. Although the technology started late in China， it evolved quickly， and there is a need for further improvements in the conversion of patent achievements.

Keywords： vehicle; detector; patent analysis

0 引言

車輛是人們?nèi)粘３鲂械闹饕煌üぞ?，而隨著車輛的增多，交通日益擁堵，停車也愈加困難。一方面，為了緩解交通擁堵，需要對行駛的車輛進行檢測和監(jiān)控以便于實時獲知路面上的交通流量、交通狀態(tài)，從而進行通行時間預測、交通流調(diào)節(jié)、交通安全管理等；另一方面，為了給駕駛員提供方便、快捷、高效的停車服務，也需要對車輛進行檢測，如需要檢測車輛是否要駛?cè)牖蛘唏偝鐾＼噲觯€需要檢測車位上是否停有車輛以便于進行停車位的管理?？梢?，車輛檢測是交通控制過程中基礎且關鍵的一環(huán)，通過車輛檢測裝置獲取相應的檢測數(shù)據(jù)作為交通管控的基礎，車輛檢測裝置的檢測精度也決定了交通管控的準確性。以下將基于專利對車輛檢測技術的發(fā)展和專利申請概況進行分析。

1 車輛檢測技術的發(fā)展

結(jié)合國際專利分類表中對車輛識別設備的分類方式，車輛檢測器的分類如圖1所示，主要包括感應或磁性檢測器、光學或超聲波檢測器兩大類，其中感應或磁性檢測器根據(jù)安裝方式可以分為嵌入地下的檢測器和安裝在地上的檢測器，光學或超聲波檢測器中的光學檢測器又包括紅外等光波類的檢測器和攝像類的圖像式車輛檢測器［1］。

由圖1可以看出，從具體檢測原理上來分，車輛檢測器主要包括感應或磁性檢測器、波式檢測器、視頻類圖像檢測器［2］三大類，以下將對不同類別的車輛檢測技術的發(fā)展進行分析。

1.1 感應或磁性檢測器

感應或磁性檢測器是指通過無線電感應、電磁、地磁等方式實現(xiàn)車輛感知的裝置［3］。1927年出現(xiàn)了用于車輛檢測的申請US1803292A，其通過車輛上設置的能夠切割磁場的元件的磁極與道路上布置的永磁體元件的磁極的相互作用產(chǎn)生檢測信號，基于該檢測信號判斷車輛是否到來，該方式的缺點是需要在車輛上設置配合檢測的元件，不方便推廣實施。同時期的1928年出現(xiàn)了用于車輛檢測的感應式傳感器申請US1992214A，其通過車輛經(jīng)過時磁場的變化及磁針的擺動使平衡機構(gòu)的末端接觸托盤中的水銀，使電路導通，從而獲取是否有車輛通過的信號。

由此可見，早期的感應或磁性檢測器以探測車輛的存在與否為主，結(jié)構(gòu)復雜，檢測精度較低，維護成本高。感應或磁性檢測器朝著擺脫復雜機械結(jié)構(gòu)的方向改進。1937年出現(xiàn)了改進對交通對象進行計數(shù)的線圈裝置的申請GB494995A，通過相應裝置產(chǎn)生脈沖信號，基于車輛通過線圈時因電磁感應對脈沖信號的影響實現(xiàn)車輛的檢測和計數(shù)，從而為交通控制提供基礎的檢測數(shù)據(jù)。

以上所列舉的感應或磁性檢測器是針對車輛的存在與否進行檢測的。隨著車輛的增多，單純的檢測存在與否及車輛計數(shù)的檢測方式無法滿足交通調(diào)節(jié)和控制的需求，而是需要檢測更多的參數(shù)。如1980年出現(xiàn)的車輛檢測裝置US4368428A，其可基于多個線圈實現(xiàn)車輛速度等其他車輛參數(shù)的檢測。線圈式磁性車輛檢測器的機械結(jié)構(gòu)比較簡單，便于生產(chǎn)、安裝和維護，但是其檢測時需要提供脈沖信號，因此能耗大。此外，線圈式磁性車輛檢測器通常設置在道路上，需要提供電源的檢測器也會帶來安裝的不便，因此感應或磁性檢測器進一步朝著無源方向發(fā)展。如1989年出現(xiàn)的棒式磁車輛檢測器CN2047427U，其僅通過在碳鋼骨架上繞制銅質(zhì)漆包線制作成探頭即可，無需電源供電。根據(jù)法拉第電磁感應原理，當汽車這種金屬體從探頭上方經(jīng)過時會產(chǎn)生感應電壓，該感應電壓經(jīng)放大、濾波等處理后可作為汽車通過的信號進行其他控制。

綜上，感應或磁性檢測器經(jīng)歷了從復雜機械結(jié)構(gòu)到簡單機械結(jié)構(gòu)、從檢測單一信號到獲取多種信號、從有源到無源的演變。

1.2 光學或超聲波檢測器

1.2.1 波式車輛檢測器。與感應或磁性檢測器相比，波式檢測器安裝簡便，不需要破壞路面，一般包括發(fā)射器和探測器兩部分。例如，1931年出現(xiàn)的波式探測器US1982341A，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端通過晶振產(chǎn)生一定頻率的電磁波，由接收端進行接收，通過分析接收端的信號確定是否有車輛經(jīng)過。

波式探測器主要利用電磁波、超聲波、紅外等［4］，多年的發(fā)展其基本結(jié)構(gòu)并沒有太大變化。波式探測器在交通控制領域的改進點在于檢測參數(shù)的多樣化?？梢酝ㄟ^多個波式傳感器的組合實現(xiàn)多參數(shù)檢測。例如，1983年出現(xiàn)的車型鑒別器JPS59160299A，其通過將多組光電管垂直布置于道路兩側(cè)，車輛通過時獲得遮光信號，判別車高和車輛側(cè)面的復雜程度，輔助道路上鋪設的軸輪檢測器判別車輛的輪寬、輪數(shù)、輪距及車軸數(shù)，基于上述信息得出車輛類型，從而拓寬車輛檢測的參數(shù)種類，更好地服務交通管控的需求。

上述車型鑒別器雖然可以檢測多種車輛參數(shù)，但是其需要多個波式探測器的組合，這就帶來了成本高昂的問題。為了降低成本，2017年出現(xiàn)了激光式車輛檢測方法CN107633689A，包含與激光對應的電機，可依據(jù)車輛的行駛速度控制電機的速度，并通過電機的轉(zhuǎn)動帶動激光對車輛的輪廓信息進行掃描檢測以獲取有無車輛、車速、車輛輪廓數(shù)據(jù)等多種信息，其可基于一個檢測器實現(xiàn)多種車輛信息的檢測，降低了成本。

隨著射頻識別技術的發(fā)展，RFID電子標簽應用于各個領域，其中也包括車輛的識別和檢測。例如，2003年出現(xiàn)的基于RFID實現(xiàn)車輛檢測的系統(tǒng)KR20040103287A，通過安裝在移動對象上的RF通信模塊、讀取器和安裝在道路上的應答器之間的電磁通信實現(xiàn)車輛的檢測?；赗FID實現(xiàn)車輛檢測的優(yōu)點在于可通過單個檢測器獲取多個所需的參數(shù)。隨著車載通信技術的發(fā)展，基于RFID的車輛信息檢測方式，除了可以獲取車牌號、車型等靜態(tài)車輛信息外，還可以將RFID與車內(nèi)CAN、Flexray等總線配合，獲取動態(tài)的車輛行駛信息。

綜上可知，波式探測器的演變主要在于檢測方式的變化和調(diào)整。

1.2.2 視頻類圖像檢測器。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展的加速，人工智能、集成電路技術、傳感技術、通信技術迅速發(fā)展，人們對交通智能化要求不斷提高，視頻檢測應運而生［5］。例如，1980年出現(xiàn)的車牌識別系統(tǒng)US4368979A，通過攝像機獲取包含車牌信息的車輛圖片，通過圖像分析獲取車牌號。

隨著圖像分析技術的提高，視頻車輛檢測器能檢測的信息越來越多，除車牌號外，還包括交通流量、占有率、車速、車隊長度、車頭時距、車型、逆行，還可進行事件分析等交通安全控制，甚至可以通過多個攝像機的拍攝軌跡實現(xiàn)車輛的定位。例如，2019年出現(xiàn)的車輛位置確定方法和裝置CN110634306A，其基于攝像頭的探測距離對道路進行分段，并在分段后的道路的起點和終點上方部署攝像頭，基于多個攝像頭采集的車輛行駛軌跡及攝像頭的安裝位置可以實現(xiàn)車輛的定位，當停車場中GPS等定位信號不穩(wěn)定導致無法實現(xiàn)定位時，可以通過該方法實現(xiàn)車輛在停車場中的定位，進而實現(xiàn)車輛的管理和引導。

由此可見，車輛識別領域視頻類檢測器的演變主要受限于攝像頭硬件的發(fā)展和圖像分析處理技術的發(fā)展。視頻類檢測器在交通領域的應用也從僅識別車牌號到能識別多種信息，甚至隨著視頻類檢測器硬件成本的降低，還可通過多個視頻檢測器實現(xiàn)車輛的跟蹤和定位。視頻類檢測器的優(yōu)勢在于幾乎所有能想到的交通信息都可以通過視頻檢測實現(xiàn)，并且視頻檢測系統(tǒng)硬件精簡、安裝方便，系統(tǒng)功能主要通過軟件實現(xiàn)，易于維護和升級改造。相信隨著各種智能算法的發(fā)展，視頻檢測器的功能將更加強大，應用也將更加廣泛。

2 車輛檢測技術專利分析

2.1 申請趨勢分析

感應或磁性檢測器專利全球和中國申請趨勢如圖2所示。感應或磁性檢測器全球最早的專利申請出現(xiàn)在1927年。1927年到2006年全球申請量均低于50件，該時期處于萌芽期。為便于展示申請趨勢，圖2從2007年開始統(tǒng)計全球申請量。

光學或超聲波檢測器專利全球和中國申請趨勢分別如圖3所示。光學或超聲波檢測器全球最早的專利申請出現(xiàn)在1926年，1926年到1988年全球申請量均低于50件，該時期處于萌芽期。為便于展示申請趨勢，圖3從1989年開始統(tǒng)計；中國最早的專利申請出現(xiàn)在1985年，1985年到2000年的申請量均低于5件，為便于展示從2001年開始統(tǒng)計中國申請量。

將感應或磁性檢測器及光學或超聲波檢測器的申請趨勢進行對比分析可以看出：

①最早專利的申請時間中國比全球要晚：中國最早的感應或磁性檢測器的申請時間比全球最早的申請晚了70多年，中國最早的光學或超聲波檢測器比全球晚了將近60年。這一方面是因為我國專利制度起步較晚，另一方面因為其他國家在檢測器領域發(fā)展起步較早。

②技術發(fā)展都經(jīng)歷了萌芽期、發(fā)展期、爆發(fā)期三個主要階段。結(jié)合圖2所示的感應或磁性檢測器全球申請趨勢，1927—2006年為萌芽期、2007—2014年為發(fā)展期、2015—2020年為爆發(fā)期，2021年開始出現(xiàn)下降，后續(xù)出現(xiàn)急劇下降。這其中一個主要原因是部分申請還沒有公開而導致的統(tǒng)計數(shù)據(jù)不準確，另一原因是技術已趨于成熟。同理，圖2、圖3中的相應申請趨勢也具有萌芽期、發(fā)展期、爆發(fā)期三個主要階段。

③從申請量上來看，光學或超聲波領域的申請量增長速度更快，且總量是感應或磁性檢測器的2倍多，說明車輛檢測領域光學或超聲波檢測器的應用范圍比感應或磁性檢測器應用范圍更廣，發(fā)展也更快。中國在光學或超聲波檢測器領域的申請量相對較少，有待進一步提高。

2.2 主要申請人分析

感應或磁性檢測器的全球申請和國內(nèi)申請的主要申請人分別如圖4和圖5所示，光學或超聲波檢測器的全球申請和國內(nèi)申請的主要申請人分別如圖6和圖7所示。

從圖4至圖7可以得出以下結(jié)論。

①感應或磁性檢測器全球申請的主要申請人中有半數(shù)是中國的創(chuàng)新主體，并且全球申請的主要申請人和國內(nèi)申請的主要申請人在申請量上差異不大，說明我國在該領域雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。

②在光學或超聲波檢測器領域，全球申請的主要申請人中無中國的申請主體，并且全球申請的主要申請人和國內(nèi)申請的主要申請人在申請量上差異較大，再者光學或超聲波檢測器領域排名前10的主要申請人中有6位申請人是高?；蚩蒲性核?，這與全球申請的主要申請人均為企業(yè)截然不同，說明企業(yè)需要在光學或超聲波檢測器領域加大研發(fā)投入和專利布局。

③經(jīng)統(tǒng)計，感應或磁性檢測器的主要申請人的申請量在總申請量中的占比為：全球申請5.04%，國內(nèi)申請6.45%；光學或超聲波檢測器主要申請人的申請量在總申請量中的占比為：全球申請12.50%，國內(nèi)申請6.89%?？梢姽鈱W或超聲波檢測器主要申請人的申請總量占比較高，新的企業(yè)難以在該領域形成全面的專利布局，而在感應或磁性檢測器領域，主要申請人的申請量占比都不算高，更容易找到專利布局的突破點。

2.3 專利轉(zhuǎn)讓趨勢分析

對國內(nèi)在車輛檢測器領域發(fā)生的專利轉(zhuǎn)讓進行統(tǒng)計和分析，可得國內(nèi)在感應或磁性檢測器和光學或超聲波檢測器的主要轉(zhuǎn)讓人如圖8和圖9所示。

與相應的主要申請人進行對比分析可以發(fā)現(xiàn)，主要申請人并不在主要轉(zhuǎn)讓人之列，說明主要申請人的專利轉(zhuǎn)化和應用不如其他主體，有待進一步提升。

3 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，車輛檢測技術越來越智能、檢測精度越來越高、檢測信息的種類越來越豐富，與此同時檢測設備的安裝越來越簡單，檢測成本也越來越低。在車輛檢測器領域?qū)＠暾埥?jīng)歷了萌芽期、發(fā)展期、爆發(fā)期三個主要時期，車輛檢測領域光學或超聲波檢測器的應用范圍比感應或磁性檢測器應用范圍更廣，發(fā)展也更快；國內(nèi)在光學或超聲波檢測器領域的申請量相對較少，有待進一步提高，主要申請人的專利有待進一步轉(zhuǎn)化。車輛檢測技術的發(fā)展進一步推動了停車收費等停車場管理的智能化和智能交通的發(fā)展，為節(jié)省時間、提高停車效率提供技術支撐，也為提高人們出行的便利性做出了貢獻。

參考文獻：

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［3］ 李崇貝. 基于地磁矢量信息的車位檢測系統(tǒng)設計［D］.杭州：杭州電子科技大學，2021.

［4］付鵬，李嫩，陳庚，等.基于超聲波雷達的泊車位類型檢測［J］.汽車實用技術，2020（7）：25-27.

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