自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)專利申請(qǐng)狀況分析

張亞東

摘? 要：自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)是一種采用集成化設(shè)計(jì)，將海洋儀器機(jī)電設(shè)備、浮力設(shè)備、嵌入式控制系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)和自容電源等集成在一起集機(jī)電技術(shù)及各種傳感器設(shè)備為一體，可對(duì)海底邊界層的生物、水文和地質(zhì)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)[1]，包括海床基觀測(cè)平臺(tái)、深海潛標(biāo)等。本文針對(duì)自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)的全球?qū)＠麛?shù)據(jù)和中國(guó)專利數(shù)據(jù)，進(jìn)行定量分析，并結(jié)合原位觀測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、需要實(shí)現(xiàn)的功能將其進(jìn)行專利技術(shù)分解。

關(guān)鍵詞：海底原位觀測(cè)系統(tǒng);供能;專利分析

引言

自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)基于海洋觀測(cè)組網(wǎng)接駁設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，其無纜連接，能夠獨(dú)立工作，搭載各傳感器，能夠長(zhǎng)期、連續(xù)、原位的進(jìn)行海洋觀測(cè)[2]。由于長(zhǎng)期布放于海底，其結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其面臨著供電、通訊等方面的問題，同時(shí)針對(duì)采集的數(shù)據(jù)，需要定時(shí)收集，海床基本體需要進(jìn)行回收，因此對(duì)布放回收技術(shù)也是研究的熱門;整個(gè)系統(tǒng)如何保持低功耗、自動(dòng)運(yùn)行的高可靠性以及穩(wěn)定性，是自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)目前發(fā)展所遇到的瓶頸。

1、自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)

自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)通過配重塊錨定在預(yù)定海域的海底，攜帶多種海洋環(huán)境測(cè)量傳感器，組成深海環(huán)境監(jiān)測(cè)潛標(biāo)，長(zhǎng)期連續(xù)的對(duì)海面以下幾十米到幾千米的垂直剖面的海洋環(huán)境參數(shù)，如海水溫度、鹽度、海流以及內(nèi)波等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將采集數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息通過自容存儲(chǔ)方式存儲(chǔ)于觀測(cè)系統(tǒng)中。觀測(cè)系統(tǒng)通過減小吸附磁力使拋棄式數(shù)據(jù)回傳裝置在其浮力的作用下釋放和上浮，深度傳感器實(shí)時(shí)采集拋棄式數(shù)據(jù)回傳裝置的所處深度，低功耗處理器根據(jù)深度傳感器采集的深度數(shù)據(jù)判斷拋棄式數(shù)據(jù)回傳裝置是否到達(dá)海面;如果數(shù)據(jù)回傳裝置到達(dá)海面，則將存儲(chǔ)的狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障信息通過紅外通信模塊發(fā)送至數(shù)據(jù)回傳裝置，數(shù)據(jù)回傳裝置的電源變換與開關(guān)控制模塊將深度傳感器和存儲(chǔ)器供電打開，把深海潛標(biāo)的自身狀態(tài)數(shù)據(jù)或故障信息存儲(chǔ)記錄于存儲(chǔ)器中，電源變換與開關(guān)控制模塊為北斗天線供電，再通過北斗天線將深海潛標(biāo)的自身狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障信息經(jīng)北斗衛(wèi)星發(fā)送至基岸上，岸上做出數(shù)據(jù)接收響應(yīng)，完成數(shù)據(jù)回傳。

2、自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)分解

自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期布設(shè)、錨固于海床，對(duì)于系統(tǒng)本身而言，面對(duì)布放時(shí)不能保證監(jiān)測(cè)設(shè)備處于水平狀態(tài)而影響監(jiān)測(cè)結(jié)果，以及因海床泥沙淤積不能及時(shí)回收的問題;同時(shí)為了便于長(zhǎng)期采集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要可靠的能源供給;為了獲取原位觀測(cè)系統(tǒng)在深海水下存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，需要定期進(jìn)行數(shù)據(jù)回收;由于原位觀測(cè)系統(tǒng)位于遠(yuǎn)離岸邊的海底，且工作環(huán)境不利于人員的接近，因此其面臨故障檢測(cè)、故障處理的問題[3]。因此從所面臨的技術(shù)問題的角度將自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)的分為供能方式、數(shù)據(jù)傳輸方式、數(shù)據(jù)自處理技術(shù)、布放回收技術(shù)和機(jī)械結(jié)構(gòu)等五個(gè)技術(shù)分支。

3、專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

3.1全球申請(qǐng)趨勢(shì)分析

1984年首次出現(xiàn)1項(xiàng)專利申請(qǐng)，其申請(qǐng)人為來自日本的三菱重工業(yè)株式會(huì)社“MITSUBISHI HEAVY IND LTD”，其關(guān)注點(diǎn)在于通過相對(duì)于支撐浮子垂直地升高和降低水下觀察室，從而便于長(zhǎng)時(shí)間觀察水下場(chǎng)景;1992年出現(xiàn)兩項(xiàng)專利申請(qǐng)，分別來自日本的石川島播磨重工業(yè)株式會(huì)社“ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND”和古野電氣株式會(huì)社“FURUNO ELECTRIC CO”，其關(guān)注點(diǎn)都在于通過浮標(biāo)將觀測(cè)數(shù)據(jù)無線傳輸至岸基站。但其后部分年份并未出現(xiàn)申請(qǐng)，申請(qǐng)量在其整個(gè)發(fā)展過程中呈現(xiàn)出明顯的起伏趨勢(shì)。

自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)主要發(fā)展階段：

第一階段（1984-2010年）為萌芽期。該階段屬于自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)技術(shù)的引入階段，其年申請(qǐng)量均處于4件以下，且各年申請(qǐng)量呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，發(fā)展速度持續(xù)維持在較低水平，未形成規(guī)模效應(yīng)。

第二階段（2011-2016年）為平穩(wěn)發(fā)展期。自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)技術(shù)得以被具有前瞻性的研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)所逐步重視，其專利申請(qǐng)量也隨之呈現(xiàn)整體上升的趨勢(shì)，基本進(jìn)入一個(gè)平穩(wěn)發(fā)展的階段，尤其到2015年申請(qǐng)數(shù)量超過15件。在該段時(shí)間內(nèi)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量的快速增長(zhǎng)，離不開上海海洋大學(xué)、中國(guó)海洋大學(xué)、國(guó)家海洋局第一海洋研究所等申請(qǐng)人所進(jìn)行的努力，其中中國(guó)海洋大學(xué)和上海海洋大學(xué)從2011年開始在自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)的供電技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了多項(xiàng)專利的申請(qǐng)。

第三階段（2017年至今）為高速發(fā)展期。自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)越來越受到業(yè)界關(guān)注，2017年，在該領(lǐng)域中，中國(guó)申請(qǐng)人開始關(guān)注，使得全球申請(qǐng)量年均呈現(xiàn)高速增漲的狀態(tài)。

3.2中國(guó)申請(qǐng)趨勢(shì)分析

中國(guó)國(guó)內(nèi)到2003年才首次出現(xiàn)專利申請(qǐng)，國(guó)家海洋技術(shù)中心申請(qǐng)的捆綁式電解釋放機(jī)構(gòu)，其主要涉及海床基自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)上浮的釋放機(jī)構(gòu)，防止了海洋生物對(duì)釋放功能的任何影響，降低了儀器艙的動(dòng)密封要求，提高了水下測(cè)量系統(tǒng)的工作可靠性。2004年個(gè)人申請(qǐng)人張雪明提出了一種海床基自適應(yīng)海流發(fā)電裝置，涉及一種利用錐形底座自己調(diào)整位置在海底利用海流發(fā)電的發(fā)電機(jī)，用于給海床基儀器系統(tǒng)供電。接著在2015年，中國(guó)海洋大學(xué)進(jìn)行了深海水下長(zhǎng)期錨系自動(dòng)觀測(cè)裝置的專利布局，其關(guān)注點(diǎn)在深海智能海量數(shù)據(jù)采集裝置，包括海底定點(diǎn)觀測(cè)平臺(tái)及固定在其中心部位處的數(shù)據(jù)采集高壓艙，采用安全可靠的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，并能滿足各種傳感器長(zhǎng)期海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求。

與全球申請(qǐng)趨勢(shì)類似的是，中國(guó)申請(qǐng)總體呈增漲趨勢(shì)，并且在2011年后進(jìn)入快速增漲階段，在此之后每年均有穩(wěn)定的申請(qǐng)量。

3.3各技術(shù)主題申請(qǐng)狀況

在自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)的全球?qū)＠暾?qǐng)中，關(guān)于布放回收技術(shù)的占比最多，占比38%，在觀測(cè)系統(tǒng)的布放過程中需要保證下落時(shí)的姿態(tài)從而保證觀測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，還需要及時(shí)回收并傳輸觀測(cè)數(shù)據(jù);其次為涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)的申請(qǐng)量占比為25%，供能方式相關(guān)的專利申請(qǐng)量占比21%，數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸方式分別占比8%。

4、總結(jié)

通過分析可知，自容式海底原位觀測(cè)系統(tǒng)最早起源于國(guó)外，國(guó)內(nèi)到2003年才首次出現(xiàn)該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，之后，隨后國(guó)內(nèi)相關(guān)申請(qǐng)人開始對(duì)該領(lǐng)域的進(jìn)行大量的專利布局，專利申請(qǐng)量每年保持平穩(wěn)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，并在全球?qū)＠暾?qǐng)人中占據(jù)主體地位。國(guó)內(nèi)專利在各個(gè)分支都有涉及，但在海外的專利布局還十分欠缺。目前國(guó)內(nèi)外涉及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的專利申請(qǐng)少之又少，相關(guān)申請(qǐng)人可以在數(shù)據(jù)處理技術(shù)的各個(gè)分支領(lǐng)域中進(jìn)行合理的研發(fā)方向選擇，并針對(duì)性進(jìn)行專利布局，搶占市場(chǎng)先機(jī)。

參考文獻(xiàn)

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