智能化高鐵全球專利布局分析

楊 姝 曹之晨

(1.中車長春軌道客車股份有限公司科技管理部,130062,長春;2.北京集慧智佳知識產權管理咨詢股份有限公司,100080,北京//第一作者,正高級工程師)

智能化高鐵是高速動車組技術未來的重點發展方向。高鐵的核心技術曾被德國、法國、日本等少數國家壟斷，因此，了解西門子、日立等主要領先企業在高速動車組尤其是智能化高鐵的技術發展，才能在國際市場上占領先機。這對實現我國軌道交通技術持續領跑具有重要意義。智能化高鐵實現了智能行車、智能運維、智能服務、智能監控等智能化設計，并擁有自我檢測、診斷和決策能力[1]。京張高鐵智能動車組服務于2022年北京冬奧會，具有“智能、綠色、人性、共享”的鮮明特色，在智能化高鐵關鍵核心技術方面取得重要階段成果，擁有自主化知識產權，展現了中國高鐵的創新水平。本文以2000—2009年Derwent Innovation (德溫特專利數據庫)和INCOPAT(合享智慧數據庫)中獲得的專利文獻數據為依托，通過對主要領先企業在高速動車組的相關技術進行檢索，分析主要領先企業專利的地域布局態勢，繪制專利布局地圖；分析主要領先企業在智能化高鐵的技術布局態勢，以便有針對性地制定知識產權策略，從而提高企業的競爭力。

1 高速動車組專利布局情況

1.1 高速動車組技術專利申請態勢

近年來世界高鐵快速發展，其中，中國、美國、日本、德國、俄羅斯、西班牙等國家已成為高速軌道車輛的重點市場。尤其是中國高鐵的快速崛起，帶動了世界高鐵的發展。中國已經成為世界高鐵大國，其營業里程達到3.5萬km，居世界第一。與高鐵發展相對應的是高速動車組技術的不斷成熟和優化，呈現出模塊化、平臺化和智能化的趨勢[2]。統計高速動車組技術領域主要領先企業專利申請數量，對全球專利申請趨勢進行分析，可以了解各領先企業在高速動車組技術的關注程度和發展情況。

表1為主要領先企業近20年關于高速動車組技術專利的申請態勢。由表1可以看出，高速動車組技術領域的專利布局逐年遞增，德國西門子、法國阿爾斯通、日本川崎重工和日立、加拿大龐巴迪等軌道列車主要制造商積極在高速動車組技術領域進行專利布局。其中，西門子的專利總申請量遙遙領先，2012—2017年連續6年保持年申請量在400件以上，反映了西門子在高速動車組領域技術創新的持續發力和對重點市場的持續投入；2018年和2019年專利數量下降與專利申請的公開時間滯后有關。阿爾斯通從2015年開始專利申請持續增長，2016—2017年專利年申請量保持在200件以上，反映了阿爾斯通重點發展高速動車組技術，技術研發活躍，在全球范圍積極進行專利布局以滿足全球市場快速擴張的需求。日立和川崎重工進行高速動車組技術研究較早，并持續發展多年，近年來專利年申請量穩定在100件左右，反映了日本高速動車組技術的成熟發展。

表1 高速動車組技術領域主要領先企業專利申請態勢

1.2 高速動車組技術專利地域分布趨勢

通過對主要領先企業在高速動車組領域公開專利的地域分布進行分析，可以了解各領先企業重點關注目標市場的分布情況。

圖1為高速動車組技術專利在全球主要國家的分布。由圖1可以看出，高速動車組技術專利主要集中在中國、日本、美國、德國、韓國、俄羅斯、西班牙、印度、加拿大、澳大利亞等國家，國際市場競爭較為激烈。主要領先企業不僅推動本國高鐵的發展，而且積極在本國市場以外的海外市場進行專利布局。西門子主要在中國、美國、德國、西班牙、俄羅斯、印度和巴西等國家進行布局；阿爾斯通主要在法國、中國、美國、西班牙、加拿大、巴西和澳大利亞等國家進行布局；龐巴迪主要在中國、德國、美國、西班牙和加拿大等國家進行布局；日立主要在日本、中國、英國和美國等國家進行布局；川崎重工主要在日本、中國和美國等國家進行布局。各主要領先企業在其海外市場的專利布局均超過本土市場的布局，由此可見，各主要領先企業積極進行海外專利的布局，以提高其在海外競爭中的優勢。面對中國如此大的市場，世界高速動車組技術參與者紛紛在中國進行戰略性布局。高速動車組專利數量中國居全球第一，反映了專利布局與市場重要性的高度匹配。

圖1 高速動車組技術專利在全球主要國家的分布

2 智能化高鐵專利布局情況

2.1 智能化高鐵技術分布趨勢

全球智能交通裝備市場[3]持續增長，技術從全面信息化向協同集成化再向高度自主化發展，智能行車、智能運維、智能服務、智能監控等智能化設計成為各主要領先企業研究的重點。市場主要參與者包括中國中車股份有限公司(簡為“中國中車”)、西門子、克諾爾、日立、阿爾斯通、川崎重工、龐巴迪、三菱、西屋等。

高速動車組技術領域主要領先企業專利申請人數統計如表2所示。西門子、日立、阿爾斯通開展智能化高鐵研究的時間較早，而且持續投入；川崎重工和龐巴迪近幾年非常重視智能化高鐵的研究，技術發展較快；克諾爾、三菱、西屋作為智能化高鐵的重要系統供應商，技術趨于成熟。其中，西門子在智能化技術的布局最為突出，智能行車更是西門子研究的重點，其致力于開發智能鐵路自動化解決方案，并建立軌道交通智能運維分析預測平臺，最新代表車型是Velaro Novo；日立緊隨其后，也是最為關注智能行車，致力于智能化列車自動運行控制系統的研究，其通過為列車配備大量傳感器，可遠程監控零部件的狀態，并計劃通過人工智能來進行數據分析，以提升故障預測的精度，最新代表車型是AT400；阿爾斯通對智能化技術的布局排在第三，致力于降低列車運營綜合成本的研究，其采用智能化的旅客信息系統，列車配備PHM(故障預測與健康管理)功能，最新代表車型是Avelia Horizon。其他主要領先企業在智能化技術方面也進行了布局，例如，三菱較為關注智能服務的研究，克諾爾除關注智能行車外還注重安全監控方面的研究。

表2 高速動車組技術領域主要領先企業專利申請人數統計

2.2 智能化高鐵技術布局趨勢

智能化高鐵技術是世界高速列車未來發展的重要方向。京張高鐵是中國鐵路客運的智能化標桿，融合了我國一系列先進技術，展現我國高速動車組制造水平。智能化高鐵技術按照整車系統劃分為車體、轉向架、車內設施系統、車內環境控制、給排水衛生、網絡控制系統、旅客信息系統、牽引系統、輔助供電系統、高壓系統和制動系統。其中，網絡控制系統是智能化高鐵的關鍵技術之一。

表3為我國智能化高速動車組的專利布局。司機室是領先企業車體系統布局的重點，主要布局駕駛臺和司機控制器。構架組成及輔助監控是領先企業轉向架系統布局的重點。基礎制動裝置、制動控制裝置、制動及停放控制是領先企業制動系統布局的重點。自動駕駛和節能輔助駕駛等控制功能、信息傳輸、故障診斷及維護、冗余設計、安全監控子系統是領先企業網絡系統布局的重點，而在顯示功能、拓撲結構、網絡設備、系統接口、仿真測試平臺及工具等方面領先企業布局相對較少。牽引輔助變流器、牽引電機和牽引電機冷卻是領先企業牽引系統布局的重點。外接電源箱和蓄電池是領先企業輔助供電系統布局的重點，單相逆變器、電路拓撲結構和應急牽引模式等領先企業布局相對較少。車內裝飾、車內設施是領先企業車內設施系統布局的重點，照明系統領先企業布局相對較少。

表3 我國智能化高速動車組的專利布局

從我國智能化高速動車組的專利布局來看，主要在車體、轉向架、車內設施、給水衛生、網絡控制、旅客信息、牽引輔助、制動系統等方面進行了重點布局。京張高鐵智能動車組針對網絡控制系統新增北斗定位、節能輔助駕駛、動力電池、ATO(列車自動駕駛)、故障預測與健康管理等系統，對車載安全監控系統或相關功能進行適應性改進；針對旅客信息系統新增LCD(液晶顯示器)信息顯示、電視分屏顯示、北斗衛星導航系統與GPS(全球定位系統)冗余定位、視頻監控網絡設計、Wi-Fi(無線寬帶)預留5 G接口等，并對其相關功能進行適應性改進；針對車內設施系統利用環境感知技術進行燈光智能調節，實現了智能行車、智能運維、智能監控和智能服務等智能化功能。

3 建議

3.1 跟蹤世界領先企業

建立世界領先企業的專利數據平臺，重點分析現有專利情報，并持續跟蹤專利發展動態，研究技術發展趨勢。建立專利動態、技術動態和市場動態的監視追蹤機制和競爭情報分析機制，掌握領先企業的專利布局情況，判斷和預測重點市場競爭的環境和格局，及早發現潛在的侵權風險和侵權對象，研究如何通過規避設計產品方案，以及需要采取哪些應對策略，如分析現有技術、專利權人、專利有效期限等，來避免侵權行為的發生。

3.2 制定專利布局方案

通過開展專利檢索分析項目，了解軌道交通行業的專利數量規模、分布狀況、近年申請趨勢、申請密集領域、重點市場及主要領先企業專利布局情況，確定企業在整個行業中占據的專利競爭位置，明確該領域專利布局的數量規模和結構分布。做好專利布局工作，加快專利申請進程，尤其是海外專利的申請工作，及時將創新成果進行轉化，前瞻性地圍繞出口產品關鍵技術研究方向進行海外專利布局，強化知識產權對創新成果的保護支撐，滿足創新成果的國際化經營戰略。