智能家居安防技術專利分析

劉冀鵬，張洪沛

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，四川 成都 610000）

1 智能家居安防技術簡介

智能家居環境中[1]，人們會使用很多便捷的家電設施，這些設施卻因為技術原因而存在各種隱患，如燃氣設備，在帶來便利的同時卻也時常會發生煤氣泄漏并伴隨著爆炸的威脅[2]。在居家生活中，偷盜和入室搶劫也一直是人們擔憂的一個安全隱患，因此人們更迫切的希望家庭居住環境具備更可靠和更實用的安全防護措施，保證居住安全。人們對于生命財產安全的防護重視度一直居首，如何避免這些隱患從而有效保障人們的生命財產安全，也是智能家居設計的一個重要初衷和目的[3]。

早期的智能家居安防系統大多采用的是有線方式進行網絡傳輸，采用這種傳輸方式的安防系統，需要專門的線路來進行信息的傳輸。隨著無線通信技術的發展，使用有線方式進行網絡傳輸的智能家庭安防系統基本被無線的方式取代[4]。隨后的智能家庭安防系統主要以個人計算機為使用終端，由監控攝像頭、紅外線探測儀、緊急求助按鈕、煙霧感應探頭、紅外護欄、報警設備等配件組成，配合以電子通訊等技術，可以對火災、盜竊等異常情況進行報警，能滿足用戶的基本需求，但普遍存在報警數據不及時、重復投資率大等缺點。隨著生活品質的提高、科技的發展、物聯網的提出，開始有更多的人有意識的使用智能化響應和多媒體控制的家居安全防范系統[5]，安防也從過去簡單的安全防護系統向綜合化體系演變[6]。

2 智能家居安防技術重要申請人及重點專利分析

通過對智能家居系統中涉及安防技術的專利進行統計分析，得到申請量相對較多的幾個重要申請人的分布情況，如圖1所示。

圖1 智能家居安防技術領域重要申請人Fig.1 Important applicant of smart home security technology

在全球范圍內，申請量排名前五的申請人分別是報知機株式會社、海爾集團、Panasonic、矢崎和東京瓦斯，可見中日韓和美國企業是該領域的重要申請人。雖然中國企業對該領域的研究起步晚，但其投入的力度卻越來越大。

在排名前10位的申請人中，日本的申請人占據5成，且這幾個日本企業在總的申請量中所占的比重舉足輕重。進一步統計發現，在前期的申請中日本和美國所占的比重非常高，這與美日企業早期在家電領域的領跑有關，同時也說明日美企業比較重視對知識產權的保護；在申請量排名前十位的申請人中，中國的三家企業海爾、國家電網和小米科技比起國外公司的起步較晚，但在近幾年間在該領域的技術研發發展迅猛，進行了不少相關領域的專利申請，且海爾和小米公司在智能家居大領域的投入和產品輸出也越來越大。在智能家居安全技術領域，近年來涌現出了大量小企業和個人的專利申請，這表明隨著智能物聯網技術的發展，越來越多科研能力相對較弱的小企業和個人開始投入到該領域的研發，以通過對現有系統的改進來迎合國內巨大的市場需求，同時也表明在該技術領域的專利申請還有較大的發展潛力。

在技術發展過程中出現了一系列重要的專利，這些專利往往具備被引用次數高或專利族數量較大的特點，這些專利對技術發展方向和技術研究都具有較高的意義。重要專利的分析能夠一定程度上反映本領域行業的研究重點及發展趨勢，本文通過被引用次數及同族專利梳理篩選出智能家居安防領域的部分重要專利，如表1所示。引用頻次越多則該專利越被業內研發人員重視，表明其在當時的技術含量越高或研究方向越前沿，同族專利數量越多說明申請公司對該專利的重視程度越高，其經濟價值也越高。

如表1所示，智能家居安防技術領域的重要專利主要集中在歐美和日本，以上專利均有大量的被引證數量或同族數量，主要市場遍及中國、美國、日本、歐洲、韓國、中國臺灣等國家及地區。從重要專利的申請人來看，這些企業均屬于行業內的重要企業，雖然美國企業的申請總量不大，但是美國企業擁有的重要專利數目最多，這可能與美國最先開展智能家居各領域技術研究，并且注重技術研發及專利布局相關，其在早期申請的專利均具有較高的科研價值，一定程度上引領了企業的研發方向，被多個國家大量引用。日本企業擁有的重要專利排第二，這與日本企業在該領域起步較早且注重專利保護有關，同時，日本人在生活習慣上也較注重個人隱私和家庭安全，一定程度上促進了產業的發展和企業的研發力度。德國雖然申請總量較少但也擁有一定數量的重要專利，且這些專利均在多個國家和地區進行了部署，說明德國企業在注重研發的同時也注重企業專利的布局管理。國內企業雖然后期也申請了大量的專利，且當前已成為研發的主力，然而目前國內申請的相關技術多為對現有技術的借鑒和改進，因此國內申請當前還難以成為該領域的重要專利。

3 智能家居安防技術演進路線

智能家居安防系統是同家庭的各種傳感器、功能鍵、探測器及執行器共同構成家庭的安防體系，是家庭安防體系的“大腦”。一個完整的智能化安防系統主要包括門禁、報警和監控三大部分，主要涉及防盜、消防、氣體泄漏等。家庭防盜報警系統是智能家居系統中的一個關鍵子系統，和整個家庭網絡緊密整合，可以通過安防系統中的報警觸發家庭網絡中任何一個設備的動作或狀態[7]。隨著互聯網技術、人臉識別技術、語音識別技術[8]、云存儲技術和遠程控制技術的不斷發展，智能家居安防系統從無到有、從最基本的響鈴報警到遠程網絡報警、再到對安全隱患或安全事件的智能處理，其智能化和可靠性也越來越高。智能家居安全技術按照技術手段劃分主要有四個方面：基于家庭入侵檢測的安防技術、基于傳感器預警的安防技術、安全隱患遠程處理的家庭安防技術和發生災難后的智能救援技術。本文從這四個分支出發，通過選取智能家居安防技術領域比較典型的專利來梳理該領域的發展路線，得到智能家居安防技術演進圖，如圖2所示。

安防系統作為智能家居中很重要的一個子系統的應用經歷了一個很漫長、曲折的過程，由圖2中可以看出，早期的專利申請主要是涉及家庭入侵檢測，家庭安全領域在上世紀 90年代以前還是以家庭防盜竊的入侵檢測領域為重點研究對象，這一時期以人工檢測、機械類觸發和聲光報警為主，已經具備了家庭安全防護系統的雛形。隨著軟硬件和計算機處理速度的提升，逐漸由機械式觸發報警演變為基于圖像識別或紅外檢測的自動檢測機制，并以此判斷家庭入侵行為的發生，以及出現了一系列通過傳感器檢測溫度、有害氣體濃度進而判斷是否發生火災或者有發生火災的隱患，這在一定程度上讓更多用戶接受智能家居系統，從而促進了智能家居系統的發展。隨著生活水平的提高，人們已經不能滿足于家庭聲光報警或者遠程短信報警，得益于移動通信業務的迅速發展，在 2000年前后開始出現在遠程報警后可以通過移動終端查看家中情況以及隨時通過手機遠程處理家庭潛在安全隱患的技術。同時，隨著時間的推移，研究人員也逐漸從研究的廣度向深度轉變，比如研究和使用最精確的圖像識別算法以提高檢測的準確度和計算速度，通過最新的云計算技術[9]進行智能家居系統中相關數據的傳輸和處理，大大提升了智能家居系統的穩定性和安全性。

從上述智能家居安防系統的演進發展脈絡來看，其經歷了本地聲光報警、電話撥號報警，隨著手機的出現，首先出現了手機撥號、短信/彩信報警，在3G/4G出現后，進而出現了通過手機進行視頻監控，基于智能電視的安防監控，基于物聯網的安防監控，基于云計算的家庭安全防護，基于可視對講、家居控制、安防控制于一體的數字化室內機的智能家庭安防系統，其發展從簡單到復雜，從粗略到精確，智能化程度也越來越高。

表1 智能家居安防技術重要專利分布Tab.1 Important patent distribution of smart home security technology

圖2 智能家庭安防技術演進圖Fig.2 Evolution chart of smart home security technology

4 結語

本文對基于家庭安全的智能家居領域專利技術進行分析和整理，重點關注了本領域的技術發展走向以及主要申請人的研發側重等信息，分析表明智能家庭安防技術的核心專利仍然掌握在國外企業手中，但目前國內研究正逐年呈現遞增的趨勢，且國內企業已經成為該領域的主力，相信隨著中國企業和技術人員創新能力的不斷提升以及對知識產權意識的不斷提高，國內企業還是有能力趕超并引領該領域技術的發展。

[1] 周濤. 基于無線傳感器網絡的智能家居安防系統[D], 太原: 太原理工大學, 2011.

[2] 任秀麗, 于海濱. ZigBee無線通信協議實現技術的研究[J].計算機工程及應用, 2007, 43(6): 143-145.

[3] 葉朝輝, 楊士元. 智能家居網絡研究綜述[J]. 計算機應用研究, 2001, 9: 1-6.

[4] 張慶海. 基于無線通信網絡融合的智能家居系統研究[J].電視技術, 2013, 37(4): 92-95.

[5] 劉東, 常清雪, 鄧詩琪. 基于家庭互聯網系統的安全威脅分析及研究[J]. 軟件, 2017(5): 117-120.

[6] 趙繼春. 基于GPRS無線智能家居安防系統的研究與實現[D]. 河北: 河北工程大學, 2007.

[7] 楊彬彬. 智能家居安防監控系統的設計及軟件實現[D].山東: 山東大學, 2008.

[8] 王愛蕓. 語音識別技術在智能家居中的應用[J]. 軟件,2015(7): 104-107.

[9] 王倩, 曹彥. 云計算研究[J]. 軟件, 2013, 34(5), 116-118.