自容式海底原位观测系统专利申请状况分析

张亚东

摘  要：自容式海底原位观测系统是一种采用集成化设计，将海洋仪器机电设备、浮力设备、嵌入式控制系统、单片机系统和自容电源等集成在一起集机电技术及各种传感器设备为一体，可对海底边界层的生物、水文和地质变化进行监测的系统[1]，包括海床基观测平台、深海潜标等。本文针对自容式海底原位观测系统的全球专利数据和中国专利数据，进行定量分析，并结合原位观测系统的结构、需要实现的功能将其进行专利技术分解。

关键词：海底原位观测系统;供能;专利分析

引言

自容式海底原位观测系统基于海洋观测组网接驳设备进行设计，其无缆连接，能够独立工作，搭载各传感器，能够长期、连续、原位的进行海洋观测[2]。由于长期布放于海底，其结构导致其面临着供电、通讯等方面的问题，同时针对采集的数据，需要定时收集，海床基本体需要进行回收，因此对布放回收技术也是研究的热门;整个系统如何保持低功耗、自动运行的高可靠性以及稳定性，是自容式海底原位观测系统目前发展所遇到的瓶颈。

1、自容式海底原位观测系统的一般结构

自容式海底原位观测系统通过配重块锚定在预定海域的海底，携带多种海洋环境测量传感器，组成深海环境监测潜标，长期连续的对海面以下几十米到几千米的垂直剖面的海洋环境参数，如海水温度、盐度、海流以及内波等信息进行监测。将采集数据和状态信息通过自容存储方式存储于观测系统中。观测系统通过减小吸附磁力使抛弃式数据回传装置在其浮力的作用下释放和上浮，深度传感器实时采集抛弃式数据回传装置的所处深度，低功耗处理器根据深度传感器采集的深度数据判断抛弃式数据回传装置是否到达海面;如果数据回传装置到达海面，则将存储的状态数据和故障信息通过红外通信模块发送至数据回传装置，数据回传装置的电源变换与开关控制模块将深度传感器和存储器供电打开，把深海潜标的自身状态数据或故障信息存储记录于存储器中，电源变换与开关控制模块为北斗天线供电，再通过北斗天线将深海潜标的自身状态数据和故障信息经北斗卫星发送至基岸上，岸上做出数据接收响应，完成数据回传。

2、自容式海底原位观测系统的技术分解

自容式海底原位观测系统长期布设、锚固于海床，对于系统本身而言，面对布放时不能保证监测设备处于水平状态而影响监测结果，以及因海床泥沙淤积不能及时回收的问题;同时为了便于长期采集数据并存储数据，系统需要可靠的能源供给;为了获取原位观测系统在深海水下存储的数据和状态信息，需要定期进行数据回收;由于原位观测系统位于远离岸边的海底，且工作环境不利于人员的接近，因此其面临故障检测、故障处理的问题[3]。因此从所面临的技术问题的角度将自容式海底原位观测系统的分为供能方式、数据传输方式、数据自处理技术、布放回收技术和机械结构等五个技术分支。

3、专利申请趋势分析

3.1全球申请趋势分析

1984年首次出现1项专利申请，其申请人为来自日本的三菱重工业株式会社“MITSUBISHI HEAVY IND LTD”，其关注点在于通过相对于支撑浮子垂直地升高和降低水下观察室，从而便于长时间观察水下场景;1992年出现两项专利申请，分别来自日本的石川岛播磨重工业株式会社“ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND”和古野电气株式会社“FURUNO ELECTRIC CO”，其关注点都在于通过浮标将观测数据无线传输至岸基站。但其后部分年份并未出现申请，申请量在其整个发展过程中呈现出明显的起伏趋势。

自容式海底原位观测系统技术的发展大致经历了以下三个主要发展阶段：

第一阶段（1984-2010年）为萌芽期。该阶段属于自容式海底原位观测系统技术的引入阶段，其年申请量均处于4件以下，且各年申请量呈现波动状态，发展速度持续维持在较低水平，未形成规模效应。

第二阶段（2011-2016年）为平稳发展期。自容式海底原位观测系统技术得以被具有前瞻性的研究机构与企业所逐步重视，其专利申请量也随之呈现整体上升的趋势，基本进入一个平稳发展的阶段，尤其到2015年申请数量超过15件。在该段时间内国内申请量的快速增长，离不开上海海洋大学、中国海洋大学、国家海洋局第一海洋研究所等申请人所进行的努力，其中中国海洋大学和上海海洋大学从2011年开始在自容式海底原位觀测系统的供电技术领域进行了多项专利的申请。

第三阶段（2017年至今）为高速发展期。自容式海底原位观测系统越来越受到业界关注，2017年，在该领域中，中国申请人开始关注，使得全球申请量年均呈现高速增涨的状态。

3.2中国申请趋势分析

中国国内到2003年才首次出现专利申请，国家海洋技术中心申请的捆绑式电解释放机构，其主要涉及海床基自动监测系统自动上浮的释放机构，防止了海洋生物对释放功能的任何影响，降低了仪器舱的动密封要求，提高了水下测量系统的工作可靠性。2004年个人申请人张雪明提出了一种海床基自适应海流发电装置，涉及一种利用锥形底座自己调整位置在海底利用海流发电的发电机，用于给海床基仪器系统供电。接着在2015年，中国海洋大学进行了深海水下长期锚系自动观测装置的专利布局，其关注点在深海智能海量数据采集装置，包括海底定点观测平台及固定在其中心部位处的数据采集高压舱，采用安全可靠的海量数据存储技术，并能满足各种传感器长期海量数据的存储要求。

与全球申请趋势类似的是，中国申请总体呈增涨趋势，并且在2011年后进入快速增涨阶段，在此之后每年均有稳定的申请量。

3.3各技术主题申请状况

在自容式海底原位观测系统的全球专利申请中，关于布放回收技术的占比最多，占比38%，在观测系统的布放过程中需要保证下落时的姿态从而保证观测设备数据采集准确，还需要及时回收并传输观测数据;其次为涉及机械结构的申请量占比为25%，供能方式相关的专利申请量占比21%，数据处理技术和数据传输方式分别占比8%。

4、总结

通过分析可知，自容式海底原位观测系统最早起源于国外，国内到2003年才首次出现该领域的专利申请，之后，随后国内相关申请人开始对该领域的进行大量的专利布局，专利申请量每年保持平稳增长的态势，并在全球专利申请人中占据主体地位。国内专利在各个分支都有涉及，但在海外的专利布局还十分欠缺。目前国内外涉及数据处理技术的专利申请少之又少，相关申请人可以在数据处理技术的各个分支领域中进行合理的研发方向选择，并针对性进行专利布局，抢占市场先机。

参考文献

[1]郑苗壮，刘岩，李明杰，丘君.我国海洋资源开发利用现状及趋势[J].海洋开发与管理，2013，30（12）：13-16.

[2]郭子豪.海底声学原位观测装置测量系统的研究[D]. 广东工业大学，2020.

[3]孙洪. 海洋高技术成果汇编 2001-2005[M]. 北京：海军出版社，2007.