摘 要:本文基于專利信息數(shù)據(jù),對雞類養(yǎng)殖中性別鑒定的主要專利技術進行了梳理。通過分析全球專利申請趨勢、全球主要申請人以及主流性別鑒定方法的專利規(guī)模,挖掘了專利信息,明確了雞類養(yǎng)殖中性別鑒定技術的現(xiàn)狀,并展望了其未來的發(fā)展。研究得出以下結論:目前,雞類養(yǎng)殖中性別鑒定技術的專利申請?zhí)幱谄椒€(wěn)發(fā)展階段,但技術創(chuàng)新水平仍有待提高,相關專利的轉化率較低,國際化專利布局不足,雞類養(yǎng)殖中性別鑒定的技術創(chuàng)新主要由企業(yè)、科研院所和大專院校主導,國內(nèi)相關申請量將持續(xù)增長,尤其在信息化、智能化等方面的技術創(chuàng)新仍有較大研發(fā)空間。
關鍵詞:性別鑒定;專利分析;申請趨勢
中圖分類號:S831 文獻標識碼:A 文章編號:1673-1085(2024)11-0042-09
在家禽的飼養(yǎng)管理過程中,對于商品蛋雞,公雛需要盡早淘汰;而對于肉用仔雞,由于公雞達到上市體重的日齡比母雞提前約9 d,因此需要選擇公雛進行飼養(yǎng)[1]。因此,家禽幼雛性別鑒定對家禽養(yǎng)殖業(yè)顯得尤為重要。傳統(tǒng)的人工翻肛門、器械觀察生殖器官、伴性遺傳鑒別[2]等幾種人工鑒定方法,費時費力,對雛雞的傷害也大,且普通鑒定師至少需要培訓1年才能達到95%的鑒定正確率。因此,傳統(tǒng)的性別鑒定方法已經(jīng)不能滿足養(yǎng)雞業(yè)的現(xiàn)有需求,急需人工智能自動鑒定等新方法在雞類養(yǎng)殖的早期進行無損傷、高效率且準確率高的性別鑒定,這也是確保高質量和高效生產(chǎn)的首要需求,更關系著家禽養(yǎng)殖行業(yè)的利益。
專利申請情況可以反映技術發(fā)展趨勢,本文在INCOPAT商業(yè)數(shù)據(jù)庫中進行檢索,截至2024年4月,全球共有903件關于雞類性別鑒定的專利申請。以此作為數(shù)據(jù)樣本,對專利申請數(shù)量進行統(tǒng)計分析,以研究國內(nèi)外雞類性別鑒定技術的發(fā)展趨勢,并為養(yǎng)雞者提供技術參考。
1" 專利申請量趨勢分析
該產(chǎn)業(yè)專利申請整體呈上升趨勢。經(jīng)檢索分析可知,截至2024年4月,全球雛雞的性別鑒定專利申請總量為903件,其中多為方法發(fā)明專利。如圖1所示,近20年來,2015年之前除2010年外,其余年份的申請量均在30件以內(nèi),2015年之后出現(xiàn)了兩個專利申請量的波峰,2016年開始進入快速增長期。一方面,社會對雞肉食品的巨大需求促使養(yǎng)雞業(yè)提高生產(chǎn)效率,進而刺激了對雞類性別鑒定的研發(fā)創(chuàng)新;另一方面,隨著養(yǎng)殖模式逐漸以集約化、規(guī)?;癁橹鳎詣e鑒定技術的需求從人工鑒定向自動化、分子水平鑒定的技術轉變,也促使了雞類性別鑒定的研發(fā)創(chuàng)新進入快速增長期。2018年達到了波峰的最高值,當年專利申請峰值里中國專利申請量排名前十位的申請人多為國外申請人,占比為70%,美國EGGXYT公司排名第一,說明2018年國外申請人在中國做了較多的專利布局。自2020年至今,專利申請量回落起伏處于調(diào)整期,這與社會發(fā)展速度、養(yǎng)雞業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科學技術發(fā)展速度回落有關。
2" 全球主要申請人分析
圖2展示了全球關于雞類性別鑒定專利申請量排名情況。全球專利申請量排名前十位申請人,中國申請人和國外申請人各占50%,表明中國在雞類性別鑒定的技術創(chuàng)新緊跟全球專利技術發(fā)展形勢,并取得了顯著的進展。排名第一的是美國EMBREX公司,申請量為34件,該公司自主創(chuàng)新出EMBREX性別鑒定方法,針對13~18胚齡雞胚種蛋進行性別鑒定,該方法準確率高;排名第二的是美國EGGXYT公司,也是以種蛋為性別鑒定的基礎;第3名為UNIV.NORTH CAROLINA STATE,主要研究基因技術;第4名為江蘇省家禽科學研究所,申請量為25件,著重研究利用PCR方法鑒定對留做公母雞親本F1代的快慢羽基因型進行判定。前10名中,國內(nèi)以研究院為主,分別是江蘇省家禽科學研究所、四川省畜牧科學研究院、貴州省畜牧獸醫(yī)研究所三所研究院;國外以公司為主,分別為EMBREX,INC.、EGGXYTLTD.、NOVA-TECHENGINEERING,INC.、NOVATRANSGROUPS.A.四家公司。
基于全球共有903件關于雛雞性別鑒定的專利申請,本文在INCOPAT數(shù)據(jù)庫中對這些申請進行了簡單同族合并,即同一時期相同的申請人在不同國家申請的多件專利申請被合并為一件專利申請。經(jīng)過合并后,共得到493件關于雛雞性別鑒定的專利申請。根據(jù)這些數(shù)據(jù)再次對全球專利申請量排名前十位的申請人進行了分析。
圖3展示了經(jīng)過簡單同族合并后全球關于雛雞性別鑒定專利申請量的排名情況。在這個排名中,中國申請人占據(jù)了前10名中的8位,美國占據(jù)了2位。江蘇省家禽科學研究所以19件申請量位居第一,四川省畜牧科學研究院位居第二。北京市華都峪口禽業(yè)有限責任公司以評估候選群體、一代雜交群體、一代全同胞群體、二代全同胞群體和二代雜交群體的群體為主要內(nèi)容,排名第三。EMBREX INC.公司以9件申請量排名第四,EGGXYT LTD.以6件申請量排名第七。第八至第十名的申請量均為5件。同時,新出現(xiàn)在前10名中的申請人分別為貴州省畜禽遺傳資源管理站、中山科朗農(nóng)業(yè)科技股份有限公司和華中農(nóng)業(yè)大學。
根據(jù)圖2、圖3顯示的申請人專利申請量的排名情況變化,可以得出結論:大多數(shù)國外申請人通過PCT或巴黎公約申請,能夠在同一時間段內(nèi)具有多個同族申請,這是一種能夠在短期內(nèi)占領多個國家專利技術空白處的高收益方式。因此,經(jīng)過簡單的同族合并后,國外申請人的專利申請數(shù)量大幅減少。而國內(nèi)申請人大多數(shù)只在中國進行申請,少數(shù)去國外申請專利。結合中國專利申請類型,占比情況:發(fā)明專利申請占比66%,PCT申請占比小于5%,由于國內(nèi)申請人缺乏國際化專利布局,所以擁有的同族專利申請數(shù)量較少。簡單的同族合并操作對國外申請人的專利申請數(shù)量影響較大,對國內(nèi)申請人的專利申請數(shù)量沒有太大影響。
3" 性別鑒定的主要方法分析
除了傳統(tǒng)的幾種人工鑒定方法,近幾年專利涉及的主要是人工智能自動鑒定方法和分子水平鑒定方法。自動鑒定方法具體包括以下幾種:一是通過人工智能鑒別肛門影像信息中小雞肛門的特定突起來鑒別雌雄;二是通過觀察公雞和母雞的頸羽、鞍羽和尾羽的形態(tài)特征來區(qū)分,公雞的羽毛細長、末端尖細,而母雞則較短,末端呈鈍圓形[2]。Gershman[3]提出了一種簡便的方法,通過圖像處理技術計算雞展開羽毛的“緊密度”和“粗糙度”的值分辨公雛和母雛(圖4),從而實現(xiàn)雛雞的自動化性別鑒定;三是提前在種蛋階段進行照蛋性別鑒定。鐘航等[4]研究了家禽胚蛋雌雄鑒別方法,只有在同時提高鑒別準確率、縮短鑒別時間、降低檢測成本等指標的前提下,胚蛋雌雄鑒別技術才能在生產(chǎn)上得到成功運用和大量推廣。劉成康等[5]對比了現(xiàn)有種蛋無損檢測研究中的相關方法與技術,包括機器視覺技術、光譜技術、聲共振頻率分析、生物電信號分析、敲擊振動法、介電常數(shù)分析、氣味特征分析等,分析了種蛋受精和性別信息無損檢測仍存在的技術限制、發(fā)育階段檢測限制、蛋殼干擾和種蛋個體差異性等方面挑戰(zhàn),并針對未來的研究及發(fā)展探討了高光譜成像、X射線成像、超聲波成像和磁共振成像等新興技術應用于種蛋受精與性別無損檢測的可行性。分子水平鑒定方法分別包括流式細胞儀法、EMBREX法和基因PCR三種方法。
3.1" 3D專利沙盤分析
3D專利沙盤是技術布局可視化表現(xiàn)形式,顏色越淺,峰值越高,高峰代表了技術聚焦的領域,反之峰值越低,低谷則意味著技術盲點、潛在的機會或者待開拓的領域,面積大小代表該技術領域的占比。
圖5展示的3D專利沙盤,可以很直觀地看出幾種主流性別鑒定方法的專利規(guī)模。本研究中涉及的903件發(fā)明專利,經(jīng)過3D專利沙盤模擬可知,主流性別鑒定方法主要分布在6個峰值處,圖左上部分分別為母雞|羽色自動識別雌雄|配置,非侵入性方法|胚胎|照蛋,圖像|雛雞|肛門三個區(qū)域;圖左下部分分別為尿囊|激素|EMBREX,核酸序列|染色體|流式細胞,CHD|基因|PCR三個區(qū)域;圖右邊部分分別為綜合交互測定和其他;通過圖中顏色和面積的比較發(fā)現(xiàn),高價值專利在專利數(shù)量分布領域中所占比例并不高,且綜合交互測定方法的峰值較低,面積較小,由于此項方法既能克服傳統(tǒng)的效率低下問題,又能降低運行成本,因此也成為后續(xù)家雞養(yǎng)殖性別鑒定這一技術可繼續(xù)深入挖掘的一個方面,如江蘇省家禽科學研究所在2023年申請的專利(CN116287318B)提出了一種高繁慢羽優(yōu)質肉雞新品系的制種方法,采用了對石岐雜個體進行快慢羽鑒定和利用PCR方法鑒定對留做公母雞親本F1代的快慢羽基因型進行判定來快速建立高繁群體。本發(fā)明方法效果顯著,檢測方法簡單快捷,且不受外界環(huán)境的影響,可培育出高繁可自別雌雄的優(yōu)質肉雞新品系。另外,從圖5可知,人工智能自動鑒定方法比分子水平鑒定方法的專利申請占比大,說明家雞養(yǎng)殖領域中的實際性別鑒定需求還是以人工智能自動鑒定方法居多,分子水平鑒定方法雖然結果更為準確,但是儀器價格昂貴,不適合中小型禽類養(yǎng)殖場。
3.2" 人工智能自動鑒定方法分析
人工智能自動鑒定方法具體分為肛門特定突起不同、羽毛差異和照蛋鑒別三種鑒定方法。三種鑒定方法各有優(yōu)缺點,其操作的簡易性、鑒定的準確性、應用的廣泛性、需求的實際性、成本的可控性等都需要養(yǎng)雞從業(yè)者全方位的考慮,以下是近8年較為典型的相關專利申請或專利,供養(yǎng)雞從業(yè)者學習、比較以改進現(xiàn)階段使用的鑒定方法。
3.2.1" 肛門特定突起不同" 韓國申請人KIM SUNG MIN在2022年申請的已授權專利(KR102532542B1)中介紹,控制部件通過人工智能鑒別肛門影像信息中的小雞的肛門的特定突起,鑒別小雞的雌雄,且隨著鑒別次數(shù)的增加,積累特定突起和雌雄鑒別的數(shù)據(jù),從而能夠進一步地提高準確度。
四川省畜牧科學研究院的2019年專利申請(CN112541488A)為一種用于雛禽翻肛鑒別雌雄的圖像識別工作臺及識別方法,可以廣泛應用于雞鴨鵝等雛禽,可大大減輕操作工的工作強度,降低人眼鑒別的錯誤率,提高鑒別效率和準確率,同時節(jié)省了專業(yè)鑒別操作工的人工成本,大幅度降低種禽場的制種成本。
3.2.2" 羽毛差異和照蛋鑒別" 圖6展示了羽毛差異和照蛋兩種人工智能自動鑒定方法專利申請量前十名的排名情況??倲?shù)量排名第一的是美國,接下來依次是歐洲專利局、世界知識產(chǎn)權組織、日本、中國和澳大利亞等;其中按照雛雞羽毛差異,排名從多到少依次為美國、歐洲專利局、中國、世界知識產(chǎn)權組織、澳大利亞和日本等;按照照蛋鑒別,排名從多到少依次為美國、歐洲專利局、日本、世界知識產(chǎn)權組織、澳大利亞及中國等。由圖6看出,無論是從數(shù)量還是具體到不同的鑒定方法,美國都是排名第一,歐洲專利局緊跟其后,表明了在國際市場上歐美企業(yè)還是實力雄厚,而中國在雛雞羽毛差異鑒定方面位列第三。2023年7月21環(huán)球時報的新聞《突破“卡脖子”!打破西方四十年壟斷,中國白羽肉雞出?!芬沧C實了中國以實際行動追趕歐美,北京市華都峪口禽業(yè)有限責任公司自主培育1.55萬只“京紅1號”高產(chǎn)蛋雞和“沃德188”快大型白羽肉雞父母代種雞首次實現(xiàn)出口坦桑尼亞。
3.2.3" 美國和中國雛雞羽毛差異性別鑒定典型專利申請" 美國申請人的典型專利案件:①2023年SMART BIZ COMPANY CO.,LTD.的專利(KR102532170B1)為基于大數(shù)據(jù)黑白圖像信息的雞性別區(qū)分系統(tǒng),根據(jù)激光掃描獲得的羽毛強度值信息來確定是雌羽毛還是雄羽毛;②2016年塔根公司的專利申請(US2018353081A1)為用于確定雛雞性別的系統(tǒng)和方法,如圖7所示。該方法包括提供負載雛雞的移動平臺的步驟,由風扇、閃光燈或振動器引起至少一種刺激以使雛雞散開翅膀的步驟以及在雛雞散開翅膀時捕獲至少一張雛雞圖像的步驟。將雛雞翅膀的圖像與數(shù)字圖像庫進行比對,確定雛雞性別。由以上兩件專利可以看出,美國申請人針對雛雞羽毛差異的專利申請向對雛雞無束縛無創(chuàng)傷、結果更快速更精確的方向發(fā)展。
在針對雛雞羽毛差異性別鑒定的中國專利申請中,有效專利占比44.01%,失效專利占比13.47%,這一方面提示相關養(yǎng)殖者、企事業(yè)研發(fā)單位和公眾可充分利用這些失效專利;另一方面,提示存在著相關專利轉化度不高的問題。中國申請人的典型專利案件:①2016年北京市華都峪口禽業(yè)有限責任公司的專利(CN106472404B)提供了一種提高種公雞繁殖性能的選育方法,包括在后備雞階段的選育,在此階段對后備雞進行三次分群,同時采取“1+X+1”的喂料形式進行喂料,篩選出符合體重、外貌特征標準的公雞;該選育方法形成了每個階段選育的標準,實現(xiàn)數(shù)字化選育,確保選育過程更加規(guī)范,實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最優(yōu)化。②2023年上海夏數(shù)網(wǎng)絡科技有限公司成功研發(fā)出世界首臺商用一日齡雛雞性別鑒定儀器,具有1 400只/h的鑒定速度,準確率高達99%以上;該公司繼續(xù)專注研發(fā),于2024年申請專利(CN118190935A)為一種基于深度學習的雛雞羽毛快速性別鑒別設備,通過智能光學檢測模組取代人眼判別的功能,分流模組與運算模組連接,并接收運算模組的控制信號工作,減少勞動強度,解決人員長時間操作疲勞問題,提高正確率,并且通過機械輔助,將區(qū)別后的雛雞分流分揀運送至不同放置端存儲,提高工作效率。
3.2.4" 中國和日本照蛋鑒別最新專利申請" 中國和日本的公司針對照蛋鑒別的最新的專利申請:一是 2024年華中農(nóng)業(yè)大學的專利申請(CN117893504A)提供一種種蛋性別無損檢測方法及裝置,屬于禽蛋檢測領域,該方法包括:獲取待檢種蛋表面的紅外圖像以及獲取待檢種蛋超聲波檢測的聲波圖像,將紅外圖像和聲波圖像輸入預設的檢測模型,輸出待檢種蛋的性別類型;其中,預設的檢測模型,根據(jù)已知性別類型的樣本種蛋,將對應的紅外圖像和聲波圖像作為輸入,對應的性別類型作為標簽,進行訓練得到。該方法無需對種蛋進行損壞,不僅保證了對種蛋性別的檢測準確度,同時在對種蛋進行后孵化的過程中,無需增加孵化的難度,從而減少了工作量,提高了工作效率,同時,避免了光源穩(wěn)定性以及不同大小形狀樣品透射率差異導致的誤差問題,從而檢測結果更穩(wěn)定,檢測結果更準確;二是2023年重慶華裕耀新農(nóng)業(yè)科技有限公司和華裕農(nóng)業(yè)科技有限公司的專利(CN117502303B)為一種種蛋無損檢測方法及受精信息檢測系統(tǒng)(圖8),包括將不同孵化天數(shù)的樣本種蛋的照蛋圖像以及對應的樣本種蛋的孵化后性別分別作為訓練樣本集中的輸入層和輸出層對性別識別模型進行訓練至收斂,將種蛋的照蛋圖像分別輸入性別識別模型得到種蛋的性別,代碼首先定義了兩個結構體(Sample和Model),然后定義了兩個函數(shù)(train Model和test Model),分別用于訓練模型和測試模型,最后定義了train Gender Models函數(shù),用于訓練性別識別模型,提高了種蛋孵化選育的效率;三是日本申請人株式會社日立解決方案創(chuàng)新的2024年專利申請(JP2024056270A)為一種性別鑒定裝置和性別鑒定方法,通過將由照射裝置和成像裝置獲得的光譜數(shù)據(jù)輸入到計算機數(shù)據(jù)庫用于雞蛋的性別鑒定模型中,對進行性別鑒定的雞蛋進行性別鑒定。基于由上述光譜取得單元獲得的可見及近紅外光譜中的1 700~2 500nm范圍波長區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)來判定上述雞蛋雌雄的判定單元,對雌雄各自的標準光譜數(shù)據(jù)組實施主成分分析用作雌雄模型。
3.3" 分析
人工智能自動鑒定方法中,肛門特定突起鑒定應用范圍較大,但為了獲得肛門特定突起的信息,對雛雞進行夾持控制對雛雞的應激還是過大,需要進一步研究測試方式以降低雛雞應激反應。羽毛差異鑒定應用范圍最廣泛,目前采用的通過人工散開雛雞翅膀的方法增加了雛雞生病和受傷的機會,且人工方法是勞動密集型的,隨著時間的推移可能會對工人造成重復性創(chuàng)傷勞損;因此,采用振動傳送帶或閃光燈刺激雛雞展翅,繼而拍照做圖像處理分析,以此對日齡雛雞進行快速、自動地檢查,確定其性別,雖然操作簡單,對雛雞無束縛(圖7),屬于無損傷鑒定,但由于內(nèi)源性病毒基因的存在,伴性基因表達不一致,其準確率還需進一步提高。照蛋鑒別屬于無損傷鑒定,對雞的傷害最小,但存在鑒定速度慢、準確率低的問題,和羽毛差異鑒定一樣,需要利用大數(shù)據(jù)信息化,建立大量的圖形數(shù)據(jù)庫和進行樣本函數(shù)的訓練和測試以獲得準確率較高的性別鑒定模型。
分子水平鑒定方法的準確率高達100%,大大降低了工人勞動強度,但是需要高端精密儀器和試劑,同時需要培養(yǎng)達標的儀器操作員,因此分子水平鑒定方法局限于實驗室的科技研究和幾家國際化專業(yè)化大公司。
4" 建議與展望
通過專利信息數(shù)據(jù)的分析可知,在雞類養(yǎng)殖中,我國的性別鑒定相關專利處于穩(wěn)步發(fā)展狀態(tài),中國申請人占全球申請人的50%,表明中國對雞性別鑒定的技術研發(fā)非常重視。國內(nèi)的企業(yè)、科研院所和大專院校在該領域的技術創(chuàng)新發(fā)揮著主體作用,在機械化、自動化性別鑒定的技術研發(fā)取得了顯著發(fā)展,自動化技術研發(fā)程度也比較高,但是專利轉化率不高,應用水平不高,PCT國際申請量不高,相關專利申請缺乏國際化布局,國際專利保護防御體系建設相對滯后。考慮到目前我國相關專利轉化率不高的現(xiàn)狀,增強企業(yè)專利意識,在企業(yè)生產(chǎn)中注意挖掘關鍵技術,對于影響企業(yè)發(fā)展的基礎專利和核心專利預先進行專利布局,充分利用專利技術,將有助于提高企業(yè)核心競爭力。此外,分子水平鑒定智能化設備在我國沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準、國產(chǎn)率相對較低、價格昂貴,在生產(chǎn)研發(fā)過程中,重視專利標準化工作,促進重要的專利盡快轉變成技術標準,將為養(yǎng)雞業(yè)的技術發(fā)展提供堅實的基礎。
對雞性別鑒定專利分析中,發(fā)現(xiàn)高價值專利占比不高,且綜合交互測定方法占比較少。因此,養(yǎng)雞業(yè)朝著物聯(lián)網(wǎng)、信息化發(fā)展,需要優(yōu)化雞性別鑒定技術,可將幾種方法相結合,通過3D專利沙盤分析獲知結果。現(xiàn)代養(yǎng)雞業(yè)要在人工智能自動鑒定方法上結合分子水平鑒定方法,從而獲得100%精確的鑒定結果,大幅提升工作效率,就需要簡化操作工藝,降低技術成本,研究更經(jīng)濟、更符合生產(chǎn)實際的鑒定技術,把養(yǎng)雞業(yè)和高新技術真正結合起來,由此相關的研發(fā)投入和專利申請量也將持續(xù)增加,在物聯(lián)網(wǎng)、信息化、智能化的結合適配方面的技術創(chuàng)新還有較大技術研發(fā)空間。
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1-20.
Analysis of Patent Technology for Gender Identification in Chicken Farming
CHANG Juan
(Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office of the China National Intellectual Property Administration,Beijing" 100160,China)
Abstract:" Based on patent information data, the main technologies for gender identification in chicken farming were sorted out. Patent information was mined from three levels: global patent application trends, analysis of global major applicants, and patent scale of mainstream gender identification methods. Through 3D patent sand table analysis, the current status of gender identification technology in chicken farming was clarified, and the trend of gender identification technology in chicken farming was predicted. The conclusion was drawn that its patent applications are currently in a stable development stage, but the level of technological innovation still needs to be improved. The conversion rate of related patents is low, the international patent layout is insufficient, and the proportion of comprehensive interactive determination methods is relatively small. Modern chicken farming industry needs to combine molecular level identification methods with artificial intelligence automatic identification methods to obtain 100% accurate identification results. The number of related applications in China will continue to grow, especially in the areas of information, intelligence and other aspects of technological innovation, there is still a large space for research and development.
Keywords:" Gender identification; Patent analysis; Application trends
收稿日期:2024-08-08
通信作者:常娟(1984—),女,助理研究員,從事專利審查工作,E-mail:594657078@qq.com