从250个专利看桥梁监测监控产品体系及趋势

1、从250个专利看桥梁监测监控产品体系及趋势基于250个专利的要点总结桥梁监测监控产品体系及态势* 请注音1. 专利来源为：网络上的公开数据库，2007-2013年的桥梁监测监控 方面的专利，查询截止时为2013年10月7日。由此总计获得250个相关专利，以z作为 研究样本。2. 如上述，在本次的研究中，很可能没有涵盖2007-2013年全部与桥 梁监测监控相关的专利。基于250个样本所做的描述及参考结论，应被谨慎地使用。3. 若需快速了解结论，请从“关键发现和推测”开始阅读。本文档最后更新于2013年10月23日讨论交流：future20b问题和目的 木研究主要针对两大关键问题:1. 桥梁监测

2、监控产品的全休系是怎样的，相关的技术大体是怎样的。 特别是：除了已知明确开展桥梁监测监控业务的竞争者之情况，全行业的产品技术体 系是怎样的；2. 各产品或技术的发展分布及态势，包括：a）各技术方的研发重点是什么，未被充分涉及的领域是什么；b）各技术方的研发态势变化是什么；本研究所服务的目的是：桥梁监测的产品和业务定位；产品和业务定 位的演进；方法和假设本研究基于如下的方法和假设：1. 假设：a）若专利就桥梁监测监控提出了若干问题，那么这些就是该行业所存 在的问题。b）若专利针对某个问题提出了改善方法，那么针对这个问题 的改善就是必要的。2. 在网络专利数据库上搜索专利作为样本：a）查询语法为:

3、sqrq:（20xx） mc:（桥梁or桥墩）zy:（监测or监控）。 其意义是：i. 申请日期（sqrq）为20xx年的专利，且：ii. 专利的正式名称中包含了 “桥梁”或“桥墩”，且：iii. 在专利摘要部分中包含了 “监测”或“监控b）查询语法“sqrq:（20xx）mc:（桥梁or桥墩）zy:（监测or监 控）”，能够比“sqrq:（20xx）mc:（桥梁）zy:（监测or监控）”涵盖略多的、与桥梁 监测相关的专利。c）不使用“sqrq:（20xx）mc:（桥）zy:（监测or监控）”的原因在于:虽然这样可以涵盖更多与桥梁相关的专利，但是无关的专利数也相应增多，增 加了筛选工作量。3.

4、 对各个专利，采取阅读抽取关键信息的方式，并进行计数统计。a）通过快速预读50个专利，总结出若干专利所关注的技术改善点或 特征，作为统计口径。并在后期阅读中适度补充口径及补完其统计。b）无论符合统计口径的关键词或特征在一个专利中被提及多少次，均只对应计数一次；c）专利的状态不作为统计时的考量。即使是无权的专利，也被视为“以 英研究和主张，而对某个问题投了一票”。4. 适度引用其他关联信息作为参考。5. 若无特别说明，以下各图表中的专利逐年统计，皆是针对当年新增专利情况的统计，而并非是累计下的统计成图。概述概耍而言，本次研究重点关注了 “细分”或“细化”问题：一方面， 存在不少可以细分的点；但另

5、一方面，这些点并未得到很好的细分及其重 视。这意味着市场机会。从技术角度来看，未必所有可能的“细分”都是有技术价值或意义的。 但从市场角度来说，这些是可以利用的。关键发现和推测依据专利样本，以市场空白、产品的定位、设计和改善为根本考虑， 本次研究有以下的关键发现和推测：1. 幣体来看，监控效果和成本z间的平衡是桥梁监测监控的根本问题。 37.20%的专利直接涉及了如何降低成本。而桥梁监测监控本身多数也是为了避免 桥梁塌陷等情况造成的损失。2. 整体來看，绝大多数专利是针对公路桥。针对铁路桥和高铁桥的专 利很少见。3. 整体来看，专利技术细化掌握在不同技术方手中，但兼具数长者少。 现有的专利技术

6、分别细化解决了某些具体问题。但极少见有一个技术方，能够解 决诸多方面的细化问题。在市场上，也少见有综合数长者。4. 幣体来看，对桥梁口身的监测监控并没有很好与环境监测监控结合 起来。业内的传感器缺乏具有针对多环境因素的量化、误差补偿、自校准能力，缺 乏直接测量环境因素影响程度与对应的位移、形变、压力等要素的能力。a）现有传感器多为一器一用一值，即：一个传感器一种用途一种数值;i. 一器多用一值是一种改善；ii. 一器多用两值是一种改善，女th同时测量压力和位移，能够有助于 表达“受到多大的压力而导致了一定的位移”；b）传感器的温度修正/误差补偿已较为常见。但湿度（0.80%）、电磁（0.00%

7、）、车辆（0.40%）等方面的修止/误差补偿则很少见。c）由各专利来看，极少有专利提到桥梁监测监控的流域问题、河床问 题。对涉水桥来说，水面附近及以下的监控几乎没有。5. 整体来看，绝大多数专利并未能注意到解决5种关联性。目前，极 少冇专利在传感或数据分析上，考虑到了环境关联性、结构关联性、位置关联性、 时间关联性（同步）、类别关联性。6. 整体来看，半数以上测量（传感）方式或装置的创新，都涉及到了 提升测量精度。在统计中，“创新测量方法/传感器”（132个专利，总数的52.80%）与“改善测量精度”（71个专利，总数的28.40%）的相关性高达0.8786oa）对桥梁监控来说，数据的需求分为

8、2个基本层次：“有数据”，以及“有精准数据”。b）有些测量方式或装置的创新，是为了解决“没有数据”的问题一一 某些桥梁部位或环境下，测量极难实现。7. 整体来看，各专利在数据方面的关注程度超过了测量（传感）方面 的关注。业内更倾向于在数据的品质和处理等方面进行更多改善。但这样的改善, 在较多时候不能与对应的测量（传感）改善分开。增加传感器自身的数据 处理能力是其中的代表。a）数据止确性和完整性检验、冗余数据处理、 简单统计等，是较为常见的改善；b）可配置阈值，并直接上传阈值比对 结论或预警，是较为常见的改善；8. 整体来看，桥梁监测监控行业处于“提供数据”的中后期阶段，而 非已处于“提供分析结

9、论”的阶段。有关分析算法（总样本数的21.20%）、 数学模型的专利（22.00%）相对较少，损伤分析和定位的专利更稀缺（6.00%）o但这方面越来越受重视。9. 连续采集数据己经成为基本要求。30.40%的专利涉及到连续采集数 据。自动和长期采集数据是连续釆集数据的基本细化要求。10. 进行数据分析已经成本基本要求。30.40%的专利涉及到“进行/ 快速数据分析”。但各专利所提及的分析，程度和质量参差不齐。阈值预警已经成为最基木的分析方式。就专利样本来看，在统计上，涉及阈值预警与涉及“进行/快速数据分析”的专利，两者的相关性高达0.9188o12. 提高数据同步程度的专利技术稀缺。仅有19项

10、专利（总数的7.60%） 具体涉及到了如何提高数据的同步程度。但数据的同步程度和品质在分析屮直观 重要，能直接决定分析结论的可用性。13. 基于卫星的形变分析并不占主位。6.80%的专利涉及到了使用gps 或北斗。但用之进行桥梁形变分析的专利不足6.80%014. 优化传感组网方式的专利技术稀缺。a）仅5.60%的专利涉及到如何增加网络规模。b）仅2.40%的专利涉及到如何优化网络拓扑。c）仅0.40%的专利涉及到如何快速组网。15. “云计算”、“云服务”、“云处理”并未得到足够重视。所冇专利 样本中，依据文本描述，约15.60%的专利实际上己经涉及了云计算。但明确提出云计 算概念并专注其上

11、的，仅有3个专利（总数的1.2%）o16. 施工监控正显得重要，且重要而先进的桥梁施工工艺越来越需要 监控。在2007-2010期间，桥梁施工阶段的监测监控仅共有1项专利。但在2011 年，突然增加了 15项。就各文本来看，施工监控，特别是作为施工工艺组成部分的桥梁监控，其特征是解决同步、自动和平衡方面的问题。17. 基于传感器的系统，在实用中还不能完全替代人工测量和巡检。 在专利样本中，有不少专利提到或专注于如何优化人工测量（21个专利，总样本的8.40% ）o18. 视频和图像是桥梁监测监控的重耍方式，传感器不能完全将z替 代。17.20%的专利涉及到如何用视频和图像来进行桥梁监测监控。在

12、专门针对超载的 监控中，视频和图像一般是不可或缺的（如拍摄车辆牌照，或分析车轮时）。 甚至，还有15项（总数的6.00%）专利涉及到如何进行或优化视频/图像 分析。19. 无线传感是最主要和常见的数据传输实现方式。43.60%的专利采 用无线传输。与此对比，利用光纤中的光进行监控的专利，仅有20个，占总数的8%o 无线之中，使用gsm、gprs等电信网方式的更多，wifi等方式较少见。20. 桥梁监测监控越来越倾向于大型/综合性的系统。39.20%的专利涉 及构建大型/综合性系统，有3大方向：a）以集成多种硬件为特色的系统。典型为：多种视频和传感器集成, 口视频头和传感器数量较多。b）以集成多

13、种数据为特色的软系统。典型为：多种传感数据的汇总、管理、分析、 预警、预测、存储和分发；多座桥数据互通；c）以服务于某一定向、专一用途为冃的的系统。典型为：船舶撞击预 警、大桥超载监控等；21. 提供并优化专用的安装件/支架/保护件受到重视。虽然涉及该方 面的专利在总数中仅占6%,但这些专利是自2011年起快速增加的。22. 以及下述简要结论或推测：a）测量方面:i. 针对不同冃的、部位、对象的传感器，其量程、精度可能且应有不 同的差异，不可一概而论；ii. 一段时间后，传感器可能因自身或环境因素而岀现测量基准漂移、 偏移的问题，这就需要再次校准。极少有专利提到自动校准；iii测量装置或传感器

14、结构简单，是专利中较为常见的主张；iv. 不同传感器存在数据格式统一的问题；v. 横向的振动或位移的测量是一个问题；b）数据方面：i. 控制数据的冗余程度是必耍的；c）系统方面：i. 多数技术主张同时使用多种传感器（49.60%）；ii. 5.20%的专利采用zigbee；iii. 应当充分考虑传感器及其数值的复用、通用；iv. 传感器、安装支架等设备的自清洁是一个问题；v. 使用“双核”机制提升系统的可靠性（如传感器、供电系统）；vi.大多数技术在供电方式屮都会选择太阳能，但并未能针对太阳能的 部分局限提出改善（如太阳能电池板的自洁净等，极少专利有涉及）；vii. 应当考虑针对传感器、采集设

15、备等的防盗防损机制；viii. 缺乏针对传感器的监控，以及供电系统的监控（如电池状态监控）;ix. 缺乏供电策略（如：某类传感器优先获得供电，以及最后断电）；x. 短信通知是有利的方法；监测目的本部分概括所有专利样本对桥梁自身情况、环境情况、桥梁部位等方 面的关注分布情况，冇助于说明这些方面在专利技术中获得重视的程度、 获得技术改善的难度，或技术改善的空间。（一）桥梁监测关注要点的发展和分布情况在所有专利样本中，16.80%的专利关注挠度，20.80%的专利关注位移,14.40%的专利关注振动，19.20%的专利关注恒“载应力/内应力/应力”。20.40%的专利关注温度，12.00%的专利关注

16、“风载或风力虽然对桥梁口身变量、环境变量的关注发展态势大体同步。但在所有 的专利样本中，有93.20%的专利至少涉及到了一种桥梁自身变量。而仅有41.20%的专利至少涉及一种环境变量。这可能表示:1）桥梁监测监控更多注重了桥梁自身因素，而对环境因素的影响重 视耍次z。但实际上，环境因素对桥的影响很明显。2）现有技术尚不能很好地将环境因素量化，并与桥梁自身因素的变 化建立逻辑关联。3）在桥梁监测监控中，传感以及部分人工测量，还未能很好地针对 各种环境因素进行校准或误差修正。（已知温度正成为主流的环境影响修 正要素。）（二）桥梁监测对象的分布情况（三）桥梁监测场景的分布情况技术改善本部分主要概括了

17、所有专利样本对具体的技术改善方向的关注程度, 例如：提升测量精度、进行分析等。这部分内容有助于说明不同技术改善 方向或方法在桥梁监测中的地位或趋势。（一）对测量的关注（二）对数据的关注（三）对系统的关注对系统的关注，是指桥梁监测监控技术在实际运用中的信息系统改善 或侧重。（四）其他补充此外，依据专利文本描述，具备“云处理”、“云服务”能力或雏形的 系统，在专利样本中占有15.60%的比例。但明确提出“云处理”或“云服务”的概念的专利，在所有样本中，仅有3个。产品及服务全体系一览全部专利样本显示：桥梁监测监控产品及服务的全体系由以下的部类 组成：1 传感器：以各种方式感知桥梁和环境状态的器具。2

18、. 软件：各种用于实施流程、分析流程、管理流程等的软件。3.系 统件：各种安装支架、保护箱、保护罩，各种供电设备等。4.服务：各 种数据服务和人工服务（人工巡检、专家咨询）；（一）传感器的产品体系桥梁监测监控方间的传感器数量很多，种类繁杂，但大体均可由基本 类别、应用方式、传感对象定位等几个角度來进行定义。基于专利样本总 结，桥梁监测监控传感器的产品定义模型可如下表所示。该模型是一种供 讨论的建议。根据该模型，能定义出的产品可以超过200种。但是：1. 功能过于强大的传感器必然会带来更高的生产成本、安装成本、维 护成本。2.过于简单的传感器则不能创造较大的利润空间，可能会增加 软件系统的复杂性

19、。依据竞争者的情况来看，常见的传感器主要包括：1. 应力应变类：应变计、应力计、钢索计、钢筋计、压力计、锚索计、 反力计、渗压计、温感计。2. 变形位移类：位移计、沉降计、裂缝计、变位计、角度计（如倾角 计）、收敛计、水位计。（二）软件的产品体系基于专利样本总结，按照功能模块和冃的差别，总结出软件的主耍分 类体系：（三）系统件在传感器和软件之外，系统件是指构成桥梁监测监控系统的其他设备。 主要的分类如下表：除上之外，在实际的系统实施中，还需要用到其他必要的调试、校准、 维护设备，在此不多累述。（四）服务体系现有的服务体系主要有以下几种：1. 系统维护：对监测监控系统进行传感器校准、设备清洁、软件升级 等维护；2. 基础数据服务：（竞争者也称其为云服务）a）各种快速的数据处理；b）存储数据（包括云存储）；c）远程发送数据，或提供调阅，或提供在线监测显示；d）提供服务于特定目的的处理数据，如：桥梁设计；e）对接多个部门，实现数据共享；f）对接多个桥梁，实现数据比对；3. 人工测量辅助：使用声波扫描车、便携式扫描仪、传感仪等设备，由人现场操作, 进行桥梁监测监控所需要的测量；4. 专家咨询：组织专家提供对桥梁状态的判断、诊断。产品定