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从专利信息维度透视 条码识别领域创新态势

发布时间:2023年02月17日 来源:中国自动识别网 作者:董庆伟 高小玉

随着人类步入信息社会,人类就不断将物理世界中的实体通过信息采集、建模等手段映射到信息世界,从而为将物理世界中的各种活动转移到数字世界奠定基础。将物理世界的所有物体映射到数字世界,是一个繁重庞杂的工程,自动识别技术应运而生。其将实体产品或商品数据自动采集,对信息自动识别,并自动进行数字化,使得人类可以对大量数据信息进行及时、准确的处理。条码识别是各种自动识别技术中最基础、最成熟也是应用最广泛的技术方案,其对物品相关信息进行各种编码,然后通过光学识别技术进行广泛读取、采集,从而高效驱动实体物品的电子物流、商务和贸易等经济活动。
专利活动是创新者保护自身创新成果最主要的方式之一。围绕该活动产生的专利信息,蕴含大量丰富、独有的技术、经济、法律等信息。全世界专利信息每年以数百万记录数递增,截止到2021年底已达1.7亿条。据世界知识产权组织统计,全球95%以上的最新发明创造记载在专利文献中,并且约70%的发明创造只在专利文献中公开。专利信息作为专利制度运行的载体,已成为推动创新、提高企业竞争力、实现产业转型发展、加快转变经济发展方式的基础资源。
近年来,随着物联网构建不断深化,以条码识别为基础的自动识别技术,不断深入生产、贸易和大众消费等各个场景,在将数字孪生一步步带入现实的同时,也与数字经济并肩同侪,不断谋求自身的改良与创新。本文将从专利信息的角度,以全球该领域的专利活动信息,来观测条码识别领域的技术创新趋势和动态分布。
 
条码识别全球专利信息概览
如何确定条码识别技术领域
条码识别技术主要包括一维条码和二维码,其中一维条码又称条码(barcode),是将宽度不等的多个黑条和空白,按照一定的编码规则排列,用以表达一组信息的图形标识符。常见的条码是由反射率相差很大的黑条(简称条)和白条(简称空)排成的平行线图案;二维码也称为二维条码,是指在一维条码的基础上扩展出另一维具有可读性的条码,使用黑白矩形图案表示二进制数据,被设备扫描后可获取其中所包含的信息。两者起源不同,技术细节和应用领域均有所差异,为便于研究观测,我们将两者单独进行检索和分析。
为确定条码相关的专利信息数据集,我们采用条码、线性码、二进制码、一维条码等汉语关键词,和英文的barcode、Pharmacode、codebar、databar、upc、postcode、linecode等关键词,以及国际专利分类(IPC)中的G06+、B41+和H04+等上述条件在全球专利数据库(约106个国家和地区)中进行检索,共命中专利数据146277条。
为确定二维码相关的专利信息数据集,采用二维码、二维条码、方形码、QR码、QRcode、方码、快速响应矩阵图码等汉语关键词和国际专利分类(IPC)中的G06+、B41+和H04+等上述条件在全球专利数据库中进行检索,共命中专利数据75771条。下文中的分析和图表,均以上述数据集为基础进行。
全球专利申请趋势
申请专利能给企业的创新带来保护,专利申请的总体趋势体现了条码识别领域企业的创新积极性和成果产出量,反映了条码识别领域创新的总体面貌,如图1所示。
图1  条码全球专利申请趋势
 
从上图可以看出,条码专利申请披露起源时间早于二维码,二维码(发明于1994年)从1995年开始逐渐有专利申请披露,在2011年才达到条码的起步水平,但两者都在2017-2018年达到高峰。
条码的创新周期可以明显看出分为三个台阶:1991-1999年和2000-2010年两个时间段,专利申请量都平稳持续了9-10年,但是从2011-2018年,条码专利申请快速增长,并在2018年达到顶峰,随后的近两年(2019、2020年)数量确有所回调,我们推测这种放缓可能是二维码同期高速发展带来的挤出效应,也可能是行业的创新与应用已经越过了高峰期,进入了“内卷期”,如图2所示。
图2  二维码全球专利申请趋势
 
二维码的专利申请曲线几乎和移动互联网的增速同步,都在2011年起开始了爆发性增长,且在2018年达到高峰后增速也未下滑。考虑到2018年后全球经济走势的外部约束,可以推测二维码的创新增量,对条码创新增速带来了一定的挤压。
专利技术生命周期
专利技术生命周期,通过统计全球专利不同年份的申请数量和申请人的数量,分析其二维展开后的规律,来判断相应技术的发展、成熟和衰落等生命周期,如图3、图4所示。
图3  条码专利技术生命周期
 
图4  二维码专利技术生命周期
 
从条码的专利技术生命周期可以看出,其自1998年开始,就有比较高的热度,全球有近千家创新企业提交相应专利申请,数量达1800余件;此后直到2000年左右,参与此领域创新竞争的企业数量和提交的专利申请数量持续增加,说明条码技术在此10年间创新活动踊跃、飞速发展;但在此后的10年间,增速有所停滞,后又出现负增长,并于2012和2018年分别达到了参与企业数量和专利申请数量的顶峰;随后的2019、2020年,无论是参与专利申请的企业数量、还是专利申请数量,均不断回落,由此也可判断,条码技术创新在2018年达到了一个顶峰或者阶段性高峰,技术的发展也已非常成熟,此后该技术将进入衰落期或是阶段性发展停滞期。这个判断是否准确还需要后续数据进一步观察,但是再通过观察二维码的生命周期,可能会更为明晰。
从二维码的专利技术生命周期图中可以看出,其自2009年创新态势就突飞猛进,无论是参与其中的创新企业数量,还是提交专利申请的数量,都几乎呈现出一种高速的线性增长态势,并且这种态势在2020年创出新高后也未见颓势,可以预见其高速增长的态势还将延续。二维码的这种创新曲线完美体现了一种新技术在高速发展期的创新活跃度,其在2020年的新高,也已经超越了条码技术2018年顶峰的高度。
 
条码识别技术发展趋势
全球的专利信息,同时是一种客观、(时间)连续及完整的技术文献信息,最早的专利信息起源于第一次技术革命之前,时间跨度长达数百年;空间上目前的专利信息涵盖了全球106个国家和地区。作为技术文献,这种在大范围时间尺度上的连续性和空间地域范围内的完整性,为我们观察技术的发展趋势和走向,提供了独特的技术情报价值。
条码识别领域技术发展趋势
条码领域总体发展趋势自可观测以来,一直在不断拓宽技术领域的边界和内涵,如图5所示。
图5  条码技术发展趋势
 
在其第一个十年发展期(2001-2010年),条码识别技术的中心和主要构成发生了显著的变化,从2001年以“数据电子化处理”为主、“数据识别”为辅,逐步演化过度到2010年的“专门行业应用”“数据识别”和“数据电子化处理”基本三分天下;2001年时,二维码的“行业应用”和“光学元件、设备”“运输存储装置”“登记现金、辅币”和“打字机”等边缘技术分支,发展走向还不明确,共占当时专利技术总量额约三分之一;但到2010年时,这部分的格局完全明晰,“专门行业应用”占据了绝对主导,单独和另外两个技术分支占据了条码领域的技术主流,这背后说明条码技术已经通过逐步的改进、迭代,已经深入行政、商业和金融等专门行业。
在第二个十年发展期(2011-2020年),条码“专门行业应用”逐步扩大比例,且其在2018年达峰后的收缩也不明显,最终在2020年力压其它两种技术分支,成为条码领域创新的主流。与此同时,从2014年起,条码领域生发出新的边缘技术分支:“医疗保健信息处理(G16H)”“时间登记和出勤登记(G07C)”等,这为条码技术拓宽创新边界带来新的可能,令人期待。
与条码领域不同,二维码领域的技术创新趋势,完全是一种爆发性的发展态势。二维码从1998年到2010年,在长达12年中,几乎没有大的变化。但是从2010年开始,伴随着移动互联时代的到来(以Iphone为代表的智能手机2010年开始流行),二维码的创新进入了一个爆发性增长期,这种增长态势一直持续至今;且一进入爆发增长期,就形成了以“专门行业应用”为主导、“数据识别”和“数据电子化处理”并重的创新格局。二维码技术发展趋势整体类似于条码趋势的“浓缩精华”版,在与移动互联网的共舞中,发展迅速且势头至今不衰,如图6所示。
图6  二维码技术发展趋势
 
条码识别领域有效专利
专利权不同于版权,专利权的保护是有时效的,在我国,发明专利保护期最长为20年,外观设计为15年,实用新型为10年。在保护期内的专利权,还需要权利人持续缴纳维持费,去主动维持专利权的有效性。这种制度设计,是为了促使权利人基于市场、技术发展趋势不断地判断,那些专利需要投入成本去维持,而不再具备维持价值的专利就会被放弃。
全球专利有效性
条码和二维码领域中所有公开过专利的法律状态中的“有效”指的是在保护期内且一直被权利人维持的专利权;“失效”指的是已经超过保护期或者被权利人在保护期内放弃的专利;“审中”指的是目前还处在审查程序中的专利(以后可能会授权);“PCT指定期满”指的是按通过PCT国际条约途径(专利合作条约)提交的国际专利申请(简称“PCT申请”),期满未进入主权国(相当于放弃了向对应国家的专利申请),“PCT指定期内”指PCT申请还停留在国际申请阶段,以后有可能进入主权国成为普通的专利申请,如图7、图8所示。
图7  条码专利法律状态
 
图 8  二维码专利法律状态
 
按上述各法律状态的含义,条码失效专利超过一半,有效的专利占比约25%,这一现状和条码技术起源较早有关,大部分早期申请(2002年前)的专利均已超过保护期限;而起源较新的二维码技术,失效专利不足35%,小于条码;二维码有效专利占比约29%,略高于条码。
两者最大的不同在于审查中专利申请的占比,前者不足12%,而后者高达29%(均并入“PCT指定期内”数据),约是前者的2.5倍。审查中的专利申请占比说明了业界对于该技术领域后续投入的积极性,较高的审查中占比,以后也会转化为有效专利;两者对比数据表明,业界对于条码技术创新的持续投入积极性,落后于二维码。
这一点也可以从申请成本较高的PCT专利申请数据得到印证,“PCT指定期满”后权利人放弃进入指定国家的数据,条码为6.92%,二维码为4.56%;条码PCT专利申请指定期满后被放弃的数据高于二维码,可以看出业界的投入信心还是有差异的。
有效专利的技术分布
上文分析所述的有效专利,共有约3.5万件,这些专利都是近年取得授权或者创新主体愿意花费成本主动维持的专利,即都是对于产业而言有市场价值的专利。分析这些专利的具体技术分支分布,有利于我们看到当前市场中正在发挥创新激励、保障作用的专利,都应用或存在于那些技术细分方向,对于业界参与市场竞争有参考意义。
条码有效专利的细分技术分布,如图9所示,主要在前文提到的三个技术分支,分别是“数据识别(G06K)”、“专门行业应用(G06Q)”和“数据电子处理(G06F)”,结合条码技术领域趋势图可分析获知,“数据识别”领域发展历程久远、持续,虽近年来势头不如“专门行业应用”,但累计的有效专利量仍高居榜首;“专门行业应用”还有进一步增量发展空间,行业累积有效专利量已经超过了排名第三的“数据电子处理”,并有望在未来5年内窜升至首位,特别是其中最有价值的发明专利,与首位的“数据识别”差距仅在千余件。其后的两个通信相关领域“数字信息传输(H04L)”和“图像通信(H04N)”,也是行业值得关注的跨界创新方向。
图9  条码专利技术分布
 
二维码有效专利的技术分支分布,比条码复杂一些。如图10所示,总量上“数据识别(G06K)”以微弱优势居首位;但更有价值的发明专利方面,“专门行业应用(G06Q)”早已完成了反超,这也与前述图6的二维码技术发展趋势图实现了互相印证。其次的“数据电子处理(G06F)”和“数字信息传输(H04L)”有效专利量差距比条码更近,表明二维码技术在通信与传输领域的跨界创新势头,比条码更激进、显著。
图 10  二维码专利技术分布
 
专利制度作为全球公认的技术创新激励、保障规则,通行于全球绝大多数国家,专利信息作为专利制度的载体,一方面践行了专利制度“以公开换保护”的基本原理,另一方面也为我国研究技术创新在全球的态势提供了绝佳的视角和工具。专利信息以其全量、客观、连续而完整等特性,能够以高效率的方式,完成实时追踪、分析全球企业技术创新活动的目的,这为我国政府、企业和研究机构,针对特定领域的决策、竞争和研究,提供了客观的中观和微观数据参考。
本文从专利信息角度,透视了作为自动识别主要方式的条码识别技术领域,并且根据条码识别两种细分技术:条码技术和二维码技术,分别作了分析、比较。两种条码技术分支的发展方向上,都在向专门行业的深层不断深入,同时又出现了医疗和通信等新的跨界创新方向,在全球最主要的创新领导者群体中,国内企业也都没有缺席,这是值得我们欣慰的。往者不可谏,来者犹可追,希望国内条码识别领域的参与者继续加入全球的创新竞争,以技术创新为业界和市场带来更多的可能性。
 
作者单位:董庆伟/北京知翌科技有限公司;
             高小玉/国家知识产权局
《中国自动识别技术》2022年第6期总第99期

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