智能家居安防技术专利分析

刘冀鹏，张洪沛

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川 成都 610000）

1 智能家居安防技术简介

智能家居环境中[1]，人们会使用很多便捷的家电设施，这些设施却因为技术原因而存在各种隐患，如燃气设备，在带来便利的同时却也时常会发生煤气泄漏并伴随着爆炸的威胁[2]。在居家生活中，偷盗和入室抢劫也一直是人们担忧的一个安全隐患，因此人们更迫切的希望家庭居住环境具备更可靠和更实用的安全防护措施，保证居住安全。人们对于生命财产安全的防护重视度一直居首，如何避免这些隐患从而有效保障人们的生命财产安全，也是智能家居设计的一个重要初衷和目的[3]。

早期的智能家居安防系统大多采用的是有线方式进行网络传输，采用这种传输方式的安防系统，需要专门的线路来进行信息的传输。随着无线通信技术的发展，使用有线方式进行网络传输的智能家庭安防系统基本被无线的方式取代[4]。随后的智能家庭安防系统主要以个人计算机为使用终端，由监控摄像头、红外线探测仪、紧急求助按钮、烟雾感应探头、红外护栏、报警设备等配件组成，配合以电子通讯等技术，可以对火灾、盗窃等异常情况进行报警，能满足用户的基本需求，但普遍存在报警数据不及时、重复投资率大等缺点。随着生活品质的提高、科技的发展、物联网的提出，开始有更多的人有意识的使用智能化响应和多媒体控制的家居安全防范系统[5]，安防也从过去简单的安全防护系统向综合化体系演变[6]。

2 智能家居安防技术重要申请人及重点专利分析

通过对智能家居系统中涉及安防技术的专利进行统计分析，得到申请量相对较多的几个重要申请人的分布情况，如图1所示。

图1 智能家居安防技术领域重要申请人Fig.1 Important applicant of smart home security technology

在全球范围内，申请量排名前五的申请人分别是报知机株式会社、海尔集团、Panasonic、矢崎和东京瓦斯，可见中日韩和美国企业是该领域的重要申请人。虽然中国企业对该领域的研究起步晚，但其投入的力度却越来越大。

在排名前10位的申请人中，日本的申请人占据5成，且这几个日本企业在总的申请量中所占的比重举足轻重。进一步统计发现，在前期的申请中日本和美国所占的比重非常高，这与美日企业早期在家电领域的领跑有关，同时也说明日美企业比较重视对知识产权的保护；在申请量排名前十位的申请人中，中国的三家企业海尔、国家电网和小米科技比起国外公司的起步较晚，但在近几年间在该领域的技术研发发展迅猛，进行了不少相关领域的专利申请，且海尔和小米公司在智能家居大领域的投入和产品输出也越来越大。在智能家居安全技术领域，近年来涌现出了大量小企业和个人的专利申请，这表明随着智能物联网技术的发展，越来越多科研能力相对较弱的小企业和个人开始投入到该领域的研发，以通过对现有系统的改进来迎合国内巨大的市场需求，同时也表明在该技术领域的专利申请还有较大的发展潜力。

在技术发展过程中出现了一系列重要的专利，这些专利往往具备被引用次数高或专利族数量较大的特点，这些专利对技术发展方向和技术研究都具有较高的意义。重要专利的分析能够一定程度上反映本领域行业的研究重点及发展趋势，本文通过被引用次数及同族专利梳理筛选出智能家居安防领域的部分重要专利，如表1所示。引用频次越多则该专利越被业内研发人员重视，表明其在当时的技术含量越高或研究方向越前沿，同族专利数量越多说明申请公司对该专利的重视程度越高，其经济价值也越高。

如表1所示，智能家居安防技术领域的重要专利主要集中在欧美和日本，以上专利均有大量的被引证数量或同族数量，主要市场遍及中国、美国、日本、欧洲、韩国、中国台湾等国家及地区。从重要专利的申请人来看，这些企业均属于行业内的重要企业，虽然美国企业的申请总量不大，但是美国企业拥有的重要专利数目最多，这可能与美国最先开展智能家居各领域技术研究，并且注重技术研发及专利布局相关，其在早期申请的专利均具有较高的科研价值，一定程度上引领了企业的研发方向，被多个国家大量引用。日本企业拥有的重要专利排第二，这与日本企业在该领域起步较早且注重专利保护有关，同时，日本人在生活习惯上也较注重个人隐私和家庭安全，一定程度上促进了产业的发展和企业的研发力度。德国虽然申请总量较少但也拥有一定数量的重要专利，且这些专利均在多个国家和地区进行了部署，说明德国企业在注重研发的同时也注重企业专利的布局管理。国内企业虽然后期也申请了大量的专利，且当前已成为研发的主力，然而目前国内申请的相关技术多为对现有技术的借鉴和改进，因此国内申请当前还难以成为该领域的重要专利。

3 智能家居安防技术演进路线

智能家居安防系统是同家庭的各种传感器、功能键、探测器及执行器共同构成家庭的安防体系，是家庭安防体系的“大脑”。一个完整的智能化安防系统主要包括门禁、报警和监控三大部分，主要涉及防盗、消防、气体泄漏等。家庭防盗报警系统是智能家居系统中的一个关键子系统，和整个家庭网络紧密整合，可以通过安防系统中的报警触发家庭网络中任何一个设备的动作或状态[7]。随着互联网技术、人脸识别技术、语音识别技术[8]、云存储技术和远程控制技术的不断发展，智能家居安防系统从无到有、从最基本的响铃报警到远程网络报警、再到对安全隐患或安全事件的智能处理，其智能化和可靠性也越来越高。智能家居安全技术按照技术手段划分主要有四个方面：基于家庭入侵检测的安防技术、基于传感器预警的安防技术、安全隐患远程处理的家庭安防技术和发生灾难后的智能救援技术。本文从这四个分支出发，通过选取智能家居安防技术领域比较典型的专利来梳理该领域的发展路线，得到智能家居安防技术演进图，如图2所示。

安防系统作为智能家居中很重要的一个子系统的应用经历了一个很漫长、曲折的过程，由图2中可以看出，早期的专利申请主要是涉及家庭入侵检测，家庭安全领域在上世纪 90年代以前还是以家庭防盗窃的入侵检测领域为重点研究对象，这一时期以人工检测、机械类触发和声光报警为主，已经具备了家庭安全防护系统的雏形。随着软硬件和计算机处理速度的提升，逐渐由机械式触发报警演变为基于图像识别或红外检测的自动检测机制，并以此判断家庭入侵行为的发生，以及出现了一系列通过传感器检测温度、有害气体浓度进而判断是否发生火灾或者有发生火灾的隐患，这在一定程度上让更多用户接受智能家居系统，从而促进了智能家居系统的发展。随着生活水平的提高，人们已经不能满足于家庭声光报警或者远程短信报警，得益于移动通信业务的迅速发展，在 2000年前后开始出现在远程报警后可以通过移动终端查看家中情况以及随时通过手机远程处理家庭潜在安全隐患的技术。同时，随着时间的推移，研究人员也逐渐从研究的广度向深度转变，比如研究和使用最精确的图像识别算法以提高检测的准确度和计算速度，通过最新的云计算技术[9]进行智能家居系统中相关数据的传输和处理，大大提升了智能家居系统的稳定性和安全性。

从上述智能家居安防系统的演进发展脉络来看，其经历了本地声光报警、电话拨号报警，随着手机的出现，首先出现了手机拨号、短信/彩信报警，在3G/4G出现后，进而出现了通过手机进行视频监控，基于智能电视的安防监控，基于物联网的安防监控，基于云计算的家庭安全防护，基于可视对讲、家居控制、安防控制于一体的数字化室内机的智能家庭安防系统，其发展从简单到复杂，从粗略到精确，智能化程度也越来越高。

表1 智能家居安防技术重要专利分布Tab.1 Important patent distribution of smart home security technology

图2 智能家庭安防技术演进图Fig.2 Evolution chart of smart home security technology

4 结语

本文对基于家庭安全的智能家居领域专利技术进行分析和整理，重点关注了本领域的技术发展走向以及主要申请人的研发侧重等信息，分析表明智能家庭安防技术的核心专利仍然掌握在国外企业手中，但目前国内研究正逐年呈现递增的趋势，且国内企业已经成为该领域的主力，相信随着中国企业和技术人员创新能力的不断提升以及对知识产权意识的不断提高，国内企业还是有能力赶超并引领该领域技术的发展。

[1] 周涛. 基于无线传感器网络的智能家居安防系统[D], 太原: 太原理工大学, 2011.

[2] 任秀丽, 于海滨. ZigBee无线通信协议实现技术的研究[J].计算机工程及应用, 2007, 43(6): 143-145.

[3] 叶朝辉, 杨士元. 智能家居网络研究综述[J]. 计算机应用研究, 2001, 9: 1-6.

[4] 张庆海. 基于无线通信网络融合的智能家居系统研究[J].电视技术, 2013, 37(4): 92-95.

[5] 刘东, 常清雪, 邓诗琪. 基于家庭互联网系统的安全威胁分析及研究[J]. 软件, 2017(5): 117-120.

[6] 赵继春. 基于GPRS无线智能家居安防系统的研究与实现[D]. 河北: 河北工程大学, 2007.

[7] 杨彬彬. 智能家居安防监控系统的设计及软件实现[D].山东: 山东大学, 2008.

[8] 王爱芸. 语音识别技术在智能家居中的应用[J]. 软件,2015(7): 104-107.

[9] 王倩, 曹彦. 云计算研究[J]. 软件, 2013, 34(5), 116-118.