自容式海底原位觀測系統專利申請狀況分析

張亞東

摘? 要：自容式海底原位觀測系統是一種采用集成化設計，將海洋儀器機電設備、浮力設備、嵌入式控制系統、單片機系統和自容電源等集成在一起集機電技術及各種傳感器設備為一體，可對海底邊界層的生物、水文和地質變化進行監測的系統[1]，包括海床基觀測平臺、深海潛標等。本文針對自容式海底原位觀測系統的全球專利數據和中國專利數據，進行定量分析，并結合原位觀測系統的結構、需要實現的功能將其進行專利技術分解。

關鍵詞：海底原位觀測系統;供能;專利分析

引言

自容式海底原位觀測系統基于海洋觀測組網接駁設備進行設計，其無纜連接，能夠獨立工作，搭載各傳感器，能夠長期、連續、原位的進行海洋觀測[2]。由于長期布放于海底，其結構導致其面臨著供電、通訊等方面的問題，同時針對采集的數據，需要定時收集，海床基本體需要進行回收，因此對布放回收技術也是研究的熱門;整個系統如何保持低功耗、自動運行的高可靠性以及穩定性，是自容式海底原位觀測系統目前發展所遇到的瓶頸。

1、自容式海底原位觀測系統的一般結構

自容式海底原位觀測系統通過配重塊錨定在預定海域的海底，攜帶多種海洋環境測量傳感器，組成深海環境監測潛標，長期連續的對海面以下幾十米到幾千米的垂直剖面的海洋環境參數，如海水溫度、鹽度、海流以及內波等信息進行監測。將采集數據和狀態信息通過自容存儲方式存儲于觀測系統中。觀測系統通過減小吸附磁力使拋棄式數據回傳裝置在其浮力的作用下釋放和上浮，深度傳感器實時采集拋棄式數據回傳裝置的所處深度，低功耗處理器根據深度傳感器采集的深度數據判斷拋棄式數據回傳裝置是否到達海面;如果數據回傳裝置到達海面，則將存儲的狀態數據和故障信息通過紅外通信模塊發送至數據回傳裝置，數據回傳裝置的電源變換與開關控制模塊將深度傳感器和存儲器供電打開，把深海潛標的自身狀態數據或故障信息存儲記錄于存儲器中，電源變換與開關控制模塊為北斗天線供電，再通過北斗天線將深海潛標的自身狀態數據和故障信息經北斗衛星發送至基岸上，岸上做出數據接收響應，完成數據回傳。

2、自容式海底原位觀測系統的技術分解

自容式海底原位觀測系統長期布設、錨固于海床，對于系統本身而言，面對布放時不能保證監測設備處于水平狀態而影響監測結果，以及因海床泥沙淤積不能及時回收的問題;同時為了便于長期采集數據并存儲數據，系統需要可靠的能源供給;為了獲取原位觀測系統在深海水下存儲的數據和狀態信息，需要定期進行數據回收;由于原位觀測系統位于遠離岸邊的海底，且工作環境不利于人員的接近，因此其面臨故障檢測、故障處理的問題[3]。因此從所面臨的技術問題的角度將自容式海底原位觀測系統的分為供能方式、數據傳輸方式、數據自處理技術、布放回收技術和機械結構等五個技術分支。

3、專利申請趨勢分析

3.1全球申請趨勢分析

1984年首次出現1項專利申請，其申請人為來自日本的三菱重工業株式會社“MITSUBISHI HEAVY IND LTD”，其關注點在于通過相對于支撐浮子垂直地升高和降低水下觀察室，從而便于長時間觀察水下場景;1992年出現兩項專利申請，分別來自日本的石川島播磨重工業株式會社“ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND”和古野電氣株式會社“FURUNO ELECTRIC CO”，其關注點都在于通過浮標將觀測數據無線傳輸至岸基站。但其后部分年份并未出現申請，申請量在其整個發展過程中呈現出明顯的起伏趨勢。

自容式海底原位觀測系統技術的發展大致經歷了以下三個主要發展階段：

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系統技術的引入階段，其年申請量均處于4件以下，且各年申請量呈現波動狀態，發展速度持續維持在較低水平，未形成規模效應。

第二階段（2011-2016年）為平穩發展期。自容式海底原位觀測系統技術得以被具有前瞻性的研究機構與企業所逐步重視，其專利申請量也隨之呈現整體上升的趨勢，基本進入一個平穩發展的階段，尤其到2015年申請數量超過15件。在該段時間內國內申請量的快速增長，離不開上海海洋大學、中國海洋大學、國家海洋局第一海洋研究所等申請人所進行的努力，其中中國海洋大學和上海海洋大學從2011年開始在自容式海底原位觀測系統的供電技術領域進行了多項專利的申請。

第三階段（2017年至今）為高速發展期。自容式海底原位觀測系統越來越受到業界關注，2017年，在該領域中，中國申請人開始關注，使得全球申請量年均呈現高速增漲的狀態。

3.2中國申請趨勢分析

中國國內到2003年才首次出現專利申請，國家海洋技術中心申請的捆綁式電解釋放機構，其主要涉及海床基自動監測系統自動上浮的釋放機構，防止了海洋生物對釋放功能的任何影響，降低了儀器艙的動密封要求，提高了水下測量系統的工作可靠性。2004年個人申請人張雪明提出了一種海床基自適應海流發電裝置，涉及一種利用錐形底座自己調整位置在海底利用海流發電的發電機，用于給海床基儀器系統供電。接著在2015年，中國海洋大學進行了深海水下長期錨系自動觀測裝置的專利布局，其關注點在深海智能海量數據采集裝置，包括海底定點觀測平臺及固定在其中心部位處的數據采集高壓艙，采用安全可靠的海量數據存儲技術，并能滿足各種傳感器長期海量數據的存儲要求。

與全球申請趨勢類似的是，中國申請總體呈增漲趨勢，并且在2011年后進入快速增漲階段，在此之后每年均有穩定的申請量。

3.3各技術主題申請狀況

在自容式海底原位觀測系統的全球專利申請中，關于布放回收技術的占比最多，占比38%，在觀測系統的布放過程中需要保證下落時的姿態從而保證觀測設備數據采集準確，還需要及時回收并傳輸觀測數據;其次為涉及機械結構的申請量占比為25%，供能方式相關的專利申請量占比21%，數據處理技術和數據傳輸方式分別占比8%。

4、總結

通過分析可知，自容式海底原位觀測系統最早起源于國外，國內到2003年才首次出現該領域的專利申請，之后，隨后國內相關申請人開始對該領域的進行大量的專利布局，專利申請量每年保持平穩增長的態勢，并在全球專利申請人中占據主體地位。國內專利在各個分支都有涉及，但在海外的專利布局還十分欠缺。目前國內外涉及數據處理技術的專利申請少之又少，相關申請人可以在數據處理技術的各個分支領域中進行合理的研發方向選擇，并針對性進行專利布局，搶占市場先機。

參考文獻

[1]鄭苗壯，劉巖，李明杰，丘君.我國海洋資源開發利用現狀及趨勢[J].海洋開發與管理，2013，30（12）：13-16.

[2]郭子豪.海底聲學原位觀測裝置測量系統的研究[D]. 廣東工業大學，2020.

[3]孫洪. 海洋高技術成果匯編 2001-2005[M]. 北京：海軍出版社，2007.