水资源智能调度相关专利分析

2021-05-31许羽冬李兆恒

广东水利水电 2021年5期

许羽冬,李兆恒

(1.广州三环专利商标代理有限公司，广东广州 510623；2.广东省水利水电科学研究院，广东广州 510635；3.广东省水利新材料与结构工程技术研究中心，广东广州 510635)

1 概述

随着中国社会经济的快速发展和城市化进程的加快，一些区域特别是城市的水资源供需矛盾日益突出[1]。在水资源总体规划与管理过程中，通过水资源的优化配置，可以充分协调水与社会、经济、生态、环境等要素的关系，提高水资源与之相适应的匹配程度，实现水资源合理利用，促进社会经济可持续发展。水资源调度，是在保证系统内水利工程安全的前提下，依据水利工程规划，以尽可能满足用水需求为目标，制定水利工程对各用户的供水策略的一种控制运用技术，是水资源配置的重要手段[2]。

2019年水利部印发实施《智慧水利总体方案》，确定了基于新一代信息技术，建设透彻感知、全面互联、智慧应用和支撑保障的智慧水利框架体系，实现水利业务的智能感知、智能诊断、智能预警、智能调度、智能控制等功能，构建智慧水利总体技术框架[3]。智慧水利要求以提升水安全保障能力和节约资源为目标，对防洪调度、供水调度、生态调度进行三位一体的资源化调度研究工作，研究具有可操作性的水资源配置系统优化调度决策支持[4-5]。本文通过对国内水资源智能调度相关专利进行分析，为相关领域的企业和科研院所的研究开发和创新提供参考。

2 数据获取

本文所涉及的全部数据均选自基于INCOPAT专利情报检索数据库进行的综合检索。为了检索与水资源智能调度相关的专利，采用以下检索表达式：tiabc=(引调水or调水工程or((水资源or水利工程)and(调度or调配or调度)))and ipc=(g06)。截止至2020年12月9日，申请号合并去重后共538件专利。中国专利共461件，其中，仅有5件为实用新型，456件均为发明。

3 相关专利分析

3.1 专利申请趋势

图1为水资源智能调度相关专利近10 a专利申请量的发展趋势。通过申请趋势可以从宏观层面把握该领域在各时期的专利申请热度变化。申请数量的统计范围是目前已公开的专利。一般发明专利在申请后3—18个月公开，实用新型专利在申请后6个月左右公开。图1中可以看出，水资源智能调度专利公开经历了2001—2015年的稳定发展阶段以及2015—2019年的爆发式增长阶段，由于大量2019年和2020年的申请尚处于18个月的公开期内，并没有完全公开，所以2019年和2020年的专利申请数据并不完整，可以预估该领域的专利申请数量还会持续增长。

图1 水资源智能调度相关专利近10 a的申请趋势示意

近几年“互联网+智慧水利”战略的实施，水资源智能调度相关专利实现快速发展。2015年7月，国务院印发了《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》[6]。2015年9月，中国水利发展中心举办了“互联网+智慧水利与水利信息化建设研讨会”。2015年12月，经国务院同意，国家发改委、水利部、住建部联合印发了《水利改革发展“十三五”规划》[7]，规划提出，“要优化水资源调度格局，实施一批重大引调水工程项目——加快陕西引汉济渭、甘肃引洮供水二期等在建工程进度，深化引江济淮、滇中引水等工程前期工作，加快南水北调东中线一期受水区配套工程建设，充分发挥工程效益”。2020年，水利部在出台《智慧水利总体方案》和开展智慧水利优秀应用案例和典型解决方案评选基础上，印发《关于开展智慧水利先行先试工作的通知》[8]，启动智慧水利先行先试工作。上述政策或工作的实施，对水资源智能调度相关专利的申请均起到了促进作用。

3.2 专利分布情况

图2为水资源智能调度相关专利在中国省级行政区域的分布情况。通过图2可知，各省市该领域的申请活跃程度由高到低依次是北京(133件)、江苏省(88件)、湖北省(36件)、广东省(25件)、河南省(23件)、四川省(22件)、山东省(17件)、浙江省(14件)、上海(12件)、天津(10件)。

3.3 申请人排名情况

图3为水资源智能调度相关专利按照所属申请人的专利数量统计的申请人排名情况。在水资源智能调度领域申请专利最多的是中国水利水电科学研究院(75件)，其次为河海大学(39件)，第三为北京师范大学(16件)。从前10名的申请人排名情况可知，以高等院校的申请居多。

图2 水资源智能调度相关专利在中国省级

图3 水资源智能调度相关专利申请前10名的申请人排名情况

3.4 主要申请人专利布局情况

中国水利水电科学研究院是在水资源智能调度领域申请专利最多的申请人，表1是其已公开专利的专利布局情况。

表1 中国水利水电科学研究院在水资源智能调度领域的专利布局情况

由表1可知，中国水利水电科学研究院在水资源智能调度领域的专利申请主要在数据采集与分析、模型的构建或优化、水资源优化配置的方法或规则、智能管能4个层次上进行专利布局。

数据采集与分析，是指对水资源调度前期所需的相关参数进行科学的采集与计算分析，为水资源智能调度的系统化、精准化提供支撑依据。如专利CN106651054B[9]公开了一种基于遗传算法的长距离调水工程输水渠道糙率辨识方法，方法包括：确定目标函数和问题的解；进行初始化，得初始种群；采用一维水力学仿真模型计算初始种群中每个糙率值对应的多组工况下的上节制闸闸后水位，然后计算适应度；进行终止条件判别，如果符合终止条件，则该糙率值为最优解。该发明将水力学模型与遗传算法相结合，从而辨识各渠池糙率的最优值。

模型的构建或优化，是指通过准确模拟系统的水力调控过程，反映系统的真实特性。如专利CN111783369A[10]构建了一维非恒定流水动力模型，实现长距离输水系统的水力衔接和联系，从而模拟整个调度期内各时刻的水位、流量情况；构建多目标优化调度模型，采用NSGA-Ⅱ算法，满足实际多个调度目标的需求，通过优化各时刻闸门的调控过程，生成了多组直接作用于闸门的调控方案，保证输水系统的平稳安全运行；构建多目标优化算法(NSGA-Ⅱ)与一维非恒定流水动力模型的耦合优化调度模型，对优化过程中涉及的水动力过程进行仿真模拟，更加贴合实际情况，从而实现复杂明渠调水工程的模拟优化调度工作。

水资源优化配置的方法或规则，是指通过设计合理的配置方法或规则，最大限度地合理化使用水资源，并实现配置的信息化和智能化。如CN106097163A[11]公开了一种面向时空均衡的水资源优化配置的方法，包括：确定水资源优化配置荷载均衡目标、空间均衡目标和时间均衡目标函数，确定各目标函数的行业权重系数及行业供水保障率的阈值；利用各目标函数建立外层为时间均衡目标函数、内层为空间均衡目标和荷载均衡目标函数的双层水资源优化模型；利用函数的行业权重系数及行业供水保障率的阈值，采用遗传NSGA-IIS算法解模型，不断交叉变异进化生成全时段时间均衡目标解，直到收敛得到全局各时段协调的水资源优化配置解。该发明采用双层优化算法进行求解，使4种尺度融合与统一，实现面向时空均衡的水资源优化配置，达到水资源的可持续科学利用的目的。

智能管理，是指通过智能预警或评估，实现水资源调度运行过程中的跟踪优化或应急处置。如CN111178712A[12]公开了一种用于引调水工程事故后援救预警方法及系统，在充分权衡灾害严重程度和救援力量匹配的基础上，智能确定事故级别，实现了救援责任机构职能与救援任务的精准适配，能够根据工程自身特点及相关管理机构预警决策，为工程管理机构制定与工程救援实际相符的应急响应方案。

3.5 中国专利法律信息

图4a为水资源智能调度相关专利在中国的法律状态。其中已结案的专利中，授权且有效加上授权但未缴年费的授权专利共111件，驳回专利49件，撤回专利33件，该领域中国专利的授权率为54.7%。图4b为水资源智能调度相关专利的专利权在中国审中、有效、失效3种状态的占比情况，可知目前授权且有效的专利为94件、失效专利99件，其余专利还在审查状态中。专利失效的原因主要在于未缴年费终止。超过一半的专利还在实质审查状态中，说明该领域大多数专利为近年所申请。