车辆检测技术的发展和专利分析

冉红霞 刘畅

摘 要：【目的】车辆检测是交通控制智能化的基础，基于专利角度对该技术进行分析，以便于为相关产业的发展和专利布局提供参考。【方法】对车辆检测器分类并进行技术发展脉络梳理，对不同类别车辆检测器的专利申请趋势、主要申请人和主要转让人进行分析。【结果】总结车辆检测器演变的过程，给出专利申请趋势、主要申请人和主要转让人及其特点。【结论】感应或磁性检测器的演变主要在于结构的简化、无源化和检测信号种类的拓展，光学或超声波检测器的演变主要在于检测方式、分析方法的变化和调整。国内在车辆检测器领域起步晚，但发展迅速，在专利成果转化方面有待进一步提升。

关键词：车辆；检测器；专利分析

中图分类号：U495     文献标志码：A        文章编号：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

車辆是人们日常出行的主要交通工具，而随着车辆的增多，交通日益拥堵，停车也愈加困难。一方面，为了缓解交通拥堵，需要对行驶的车辆进行检测和监控以便于实时获知路面上的交通流量、交通状态，从而进行通行时间预测、交通流调节、交通安全管理等；另一方面，为了给驾驶员提供方便、快捷、高效的停车服务，也需要对车辆进行检测，如需要检测车辆是否要驶入或者驶出停车场，还需要检测车位上是否停有车辆以便于进行停车位的管理。可见，车辆检测是交通控制过程中基础且关键的一环，通过车辆检测装置获取相应的检测数据作为交通管控的基础，车辆检测装置的检测精度也决定了交通管控的准确性。以下将基于专利对车辆检测技术的发展和专利申请概况进行分析。

1 车辆检测技术的发展

结合国际专利分类表中对车辆识别设备的分类方式，车辆检测器的分类如图1所示，主要包括感应或磁性检测器、光学或超声波检测器两大类，其中感应或磁性检测器根据安装方式可以分为嵌入地下的检测器和安装在地上的检测器，光学或超声波检测器中的光学检测器又包括红外等光波类的检测器和摄像类的图像式车辆检测器［1］。

由图1可以看出，从具体检测原理上来分，车辆检测器主要包括感应或磁性检测器、波式检测器、视频类图像检测器［2］三大类，以下将对不同类别的车辆检测技术的发展进行分析。

1.1 感应或磁性检测器

感应或磁性检测器是指通过无线电感应、电磁、地磁等方式实现车辆感知的装置［3］。1927年出现了用于车辆检测的申请US1803292A，其通过车辆上设置的能够切割磁场的元件的磁极与道路上布置的永磁体元件的磁极的相互作用产生检测信号，基于该检测信号判断车辆是否到来，该方式的缺点是需要在车辆上设置配合检测的元件，不方便推广实施。同时期的1928年出现了用于车辆检测的感应式传感器申请US1992214A，其通过车辆经过时磁场的变化及磁针的摆动使平衡机构的末端接触托盘中的水银，使电路导通，从而获取是否有车辆通过的信号。

由此可见，早期的感应或磁性检测器以探测车辆的存在与否为主，结构复杂，检测精度较低，维护成本高。感应或磁性检测器朝着摆脱复杂机械结构的方向改进。1937年出现了改进对交通对象进行计数的线圈装置的申请GB494995A，通过相应装置产生脉冲信号，基于车辆通过线圈时因电磁感应对脉冲信号的影响实现车辆的检测和计数，从而为交通控制提供基础的检测数据。

以上所列举的感应或磁性检测器是针对车辆的存在与否进行检测的。随着车辆的增多，單纯的检测存在与否及车辆计数的检测方式无法满足交通调节和控制的需求，而是需要检测更多的参数。如1980年出现的车辆检测装置US4368428A，其可基于多个线圈实现车辆速度等其他车辆参数的检测。线圈式磁性车辆检测器的机械结构比较简单，便于生产、安装和维护，但是其检测时需要提供脉冲信号，因此能耗大。此外，线圈式磁性车辆检测器通常设置在道路上，需要提供电源的检测器也会带来安装的不便，因此感应或磁性检测器进一步朝着无源方向发展。如1989年出现的棒式磁车辆检测器CN2047427U，其仅通过在碳钢骨架上绕制铜质漆包线制作成探头即可，无需电源供电。根据法拉第电磁感应原理，当汽车这种金属体从探头上方经过时会产生感应电压，该感应电压经放大、滤波等处理后可作为汽车通过的信号进行其他控制。

综上，感应或磁性检测器经历了从复杂机械结构到简单机械结构、从检测单一信号到获取多种信号、从有源到无源的演变。

1.2 光学或超声波检测器

1.2.1 波式车辆检测器。与感应或磁性检测器相比，波式检测器安装简便，不需要破坏路面，一般包括发射器和探测器两部分。例如，1931年出现的波式探测器US1982341A，包括发射端和接收端，发射端通过晶振产生一定频率的电磁波，由接收端进行接收，通过分析接收端的信号确定是否有车辆经过。

波式探测器主要利用电磁波、超声波、红外等［4］，多年的发展其基本结构并没有太大变化。波式探测器在交通控制领域的改进点在于检测参数的多样化。可以通过多个波式传感器的组合实现多参数检测。例如，1983年出现的车型鉴别器JPS59160299A，其通过将多组光电管垂直布置于道路两侧，车辆通过时获得遮光信号，判别车高和车辆侧面的复杂程度，辅助道路上铺设的轴轮检测器判别车辆的轮宽、轮数、轮距及车轴数，基于上述信息得出车辆类型，从而拓宽车辆检测的参数种类，更好地服务交通管控的需求。

上述车型鉴别器虽然可以检测多种车辆参数，但是其需要多个波式探测器的组合，这就带来了成本高昂的问题。为了降低成本，2017年出现了激光式车辆检测方法CN107633689A，包含与激光对应的电机，可依据车辆的行驶速度控制电机的速度，并通过电机的转动带动激光对车辆的轮廓信息进行扫描检测以获取有无车辆、车速、车辆轮廓数据等多种信息，其可基于一个检测器实现多种车辆信息的检测，降低了成本。

随着射频识别技术的发展，RFID电子标签应用于各个领域，其中也包括车辆的识别和检测。例如，2003年出现的基于RFID实现车辆检测的系统KR20040103287A，通过安装在移动对象上的RF通信模块、读取器和安装在道路上的应答器之间的电磁通信实现车辆的检测。基于RFID实现车辆检测的优点在于可通过单个检测器获取多个所需的参数。随着车载通信技术的发展，基于RFID的车辆信息检测方式，除了可以获取车牌号、车型等静态车辆信息外，还可以将RFID与车内CAN、Flexray等总线配合，获取动态的车辆行驶信息。

综上可知，波式探测器的演变主要在于检测方式的变化和调整。

1.2.2 视频类图像检测器。随着经济社会发展的加速，人工智能、集成电路技术、传感技术、通信技术迅速发展，人们对交通智能化要求不断提高，视频检测应运而生［5］。例如，1980年出现的车牌识别系统US4368979A，通过摄像机获取包含车牌信息的车辆图片，通过图像分析获取车牌号。

随着图像分析技术的提高，视频车辆检测器能检测的信息越来越多，除车牌号外，还包括交通流量、占有率、车速、车队长度、车头时距、车型、逆行，还可进行事件分析等交通安全控制，甚至可以通过多个摄像机的拍摄轨迹实现车辆的定位。例如，2019年出现的车辆位置确定方法和装置CN110634306A，其基于摄像头的探测距离对道路进行分段，并在分段后的道路的起点和终点上方部署摄像头，基于多个摄像头采集的车辆行驶轨迹及摄像头的安装位置可以实现车辆的定位，当停车场中GPS等定位信号不稳定导致无法实现定位时，可以通过该方法实现车辆在停车场中的定位，进而实现车辆的管理和引导。

由此可见，车辆识别领域视频类检测器的演变主要受限于摄像头硬件的发展和图像分析处理技术的发展。视频类检测器在交通领域的应用也从仅识别车牌号到能识别多种信息，甚至随着视频类检测器硬件成本的降低，还可通过多个视频检测器实现车辆的跟踪和定位。视频类检测器的优势在于几乎所有能想到的交通信息都可以通过视频检测实现，并且视频检测系统硬件精简、安装方便，系统功能主要通过软件实现，易于维护和升级改造。相信随着各种智能算法的发展，视频检测器的功能将更加强大，应用也将更加广泛。

2 车辆检测技术专利分析

2.1 申请趋势分析

感应或磁性检测器专利全球和中国申请趋势如图2所示。感应或磁性检测器全球最早的专利申请出现在1927年。1927年到2006年全球申请量均低于50件，该时期处于萌芽期。为便于展示申请趋势，图2从2007年开始统计全球申请量。

光学或超声波检测器专利全球和中国申请趋势分别如图3所示。光学或超声波检测器全球最早的专利申请出现在1926年，1926年到1988年全球申请量均低于50件，该时期处于萌芽期。为便于展示申请趋势，图3从1989年开始统计；中国最早的专利申请出现在1985年，1985年到2000年的申请量均低于5件，为便于展示从2001年开始统计中国申请量。

将感应或磁性检测器及光学或超声波检测器的申请趋势进行对比分析可以看出：

①最早专利的申请时间中国比全球要晚：中国最早的感应或磁性检测器的申请时间比全球最早的申请晚了70多年，中国最早的光学或超声波检测器比全球晚了将近60年。这一方面是因为我国专利制度起步较晚，另一方面因为其他国家在检测器领域发展起步较早。

②技術发展都经历了萌芽期、发展期、爆发期三个主要阶段。结合图2所示的感应或磁性检测器全球申请趋势，1927—2006年为萌芽期、2007—2014年为发展期、2015—2020年为爆发期，2021年开始出现下降，后续出现急剧下降。这其中一个主要原因是部分申请还没有公开而导致的统计数据不准确，另一原因是技术已趋于成熟。同理，图2、图3中的相应申请趋势也具有萌芽期、发展期、爆发期三个主要阶段。

③从申请量上来看，光学或超声波领域的申请量增长速度更快，且总量是感应或磁性检测器的2倍多，说明车辆检测领域光学或超声波检测器的应用范围比感应或磁性检测器应用范围更广，发展也更快。中国在光学或超声波检测器领域的申请量相对较少，有待进一步提高。

2.2 主要申请人分析

感应或磁性检测器的全球申请和国内申请的主要申请人分别如图4和图5所示，光学或超声波检测器的全球申请和国内申请的主要申请人分别如图6和图7所示。

从图4至图7可以得出以下结论。

①感应或磁性检测器全球申请的主要申请人中有半数是中国的创新主体，并且全球申请的主要申请人和国内申请的主要申请人在申请量上差异不大，说明我国在该领域虽然起步较晚，但发展迅速。

②在光学或超声波检测器领域，全球申请的主要申请人中无中国的申请主体，并且全球申请的主要申请人和国内申请的主要申请人在申请量上差异较大，再者光学或超声波检测器领域排名前10的主要申请人中有6位申请人是高校或科研院所，这与全球申请的主要申请人均为企业截然不同，说明企业需要在光学或超声波检测器领域加大研发投入和专利布局。

③经统计，感应或磁性检测器的主要申请人的申请量在总申请量中的占比为：全球申请5.04%，国内申请6.45%；光学或超声波检测器主要申请人的申请量在总申请量中的占比为：全球申请12.50%，国内申请6.89%。可见光学或超声波检测器主要申请人的申请总量占比较高，新的企业难以在该领域形成全面的专利布局，而在感应或磁性检测器领域，主要申请人的申请量占比都不算高，更容易找到专利布局的突破点。

2.3 专利转让趋势分析

对国内在车辆检测器领域发生的专利转让进行统计和分析，可得国内在感应或磁性检测器和光学或超声波检测器的主要转让人如图8和图9所示。

与相应的主要申请人进行对比分析可以发现，主要申请人并不在主要转让人之列，说明主要申请人的专利转化和应用不如其他主体，有待进一步提升。

3 结语

随着科技的发展，车辆检测技术越来越智能、检测精度越来越高、检测信息的种类越来越丰富，与此同时检测设备的安装越来越简单，检测成本也越来越低。在车辆检测器领域专利申请经历了萌芽期、发展期、爆发期三个主要时期，车辆检测领域光学或超声波检测器的应用范围比感应或磁性检测器应用范围更广，发展也更快；国内在光学或超声波检测器领域的申请量相对较少，有待进一步提高，主要申请人的专利有待进一步转化。车辆检测技术的发展进一步推动了停车收费等停车场管理的智能化和智能交通的发展，为节省时间、提高停车效率提供技术支撑，也为提高人们出行的便利性做出了贡献。

参考文献：

［1］ 赵明瑞. 基于机器视觉的停车场车位状态检测方法研究［D］.沈阳：沈阳建筑大学，2021.

［2］ 李荣达. 基于车载相机的实时停车位及车位线检测算法研究［D］.沈阳：沈阳工业大学，2021.

［3］ 李崇贝. 基于地磁矢量信息的车位检测系统设计［D］.杭州：杭州电子科技大学，2021.

［4］付鹏，李嫩，陈庚，等.基于超声波雷达的泊车位类型检测［J］.汽车实用技术，2020（7）：25-27.

［5］ SEO C ， KIM J ， LEE Y ， et al. Vision-based Approach in Finding Multitype Parking Stall Entrance［C］// 2018 International Conference on Network Infrastructure and Digital Content （IC-NIDC）. 2018：352-357.