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摘 要：气象气球是携带探空仪器进行空中气象要素探测的一种运载工具。通过查询国内气象气球相关专利，分析了国内企业关于气象气球申请量的排名、专利类型的分布，并以国内气象气球专利拥有量最多的企业和发明人为研究对象，检索了国内专利申请的地域分布，研究了气象气球行业在当前形势下，发展自主知识产权、提升气象气球升空高度与应用技术的必要性。
关键词：航空;航天科学技术 ;气象气球 ; 专利分析 ;技术分布
1 引言
气象气球是携带探空仪器进行空中气象要素探测的一种运载工具，为航空兵作战、航天器飞行、舰艇航行、射弹飞行、导弹发射和制导等军事行动，以及航天、航空、宇宙飞行技术、进行空间军事研究、天气预报提供更精准的数据支持，为国防科研和军事行动提供安全保障【1】。我国胶乳气球的研制和生产已有50 年历史了，在党和各级政府的关怀下，根据我国国防、气象、航空和科研事业的发展需要，已成功研制了10#～200#五种不同规格的天然胶乳探空气球，为了满足气象事业发展需要，先后开发了300g～1600g等多种规格型号的天然胶乳探空气球【2】。本文利用专利情报分析方法，对我国气象气球领域专利技术的申请现状、研究热点、专利布局等进行了多角度分析，以期为相关技术人员和科技管理人员提供科学依据和有益参考。
2 研究目的
本文通过对国内相关专利进行检索、分析和解读后，对目前气象气球专利技术分布情况有所了解，并对当前国内气象气球产业界存在的較为突出的问题解决有所助益。
（1）目前国内气象气球相关专利的技术分布情况。
（2）如何研制出施放方便、高度更高、用途更广的气象气球，有效提高高空探测的技术水平，满足高空气象探测需求【3】。
（3）如何实现气象气球多功能化发展，组网进行常态化业务探测，提高临近空间环境探测的时空分辨率和覆盖率【4】。
3气象气球检索过程及查全查准评估
3.1检索策略
因该领域相对专业，相关技术词汇相对集中，因此主要使用关键词检索，再使用相关IPC分类号进行初步限定，查全后，利用行业内特定申请人和发明人进行检索，并对初步检索结果进行补充。
3.2专利检索要素表及注释
3.3检索历史记录：
（1）通过查询关键词（探空+气象+系留+探风+探云+测风+测云+定高+平流层+低温+气候）得到的检索结果为110136条; （2）通过查询关键词（气球+气囊+载具+运载工具） 得到的检索结果为37296条; （3）将（1）和（2）交集后得到的检索结果481条;
得到初步查全结果！ （4）通过查询分类号 c08 得到检索结果149926条;
（5）通过查询分类号g01得到检索结果505171条; （6）将（4）和（5）相加得到检索结果654184条; 补充检索：分类号 C08 G01 （7）将（3）和（6）交集得到检索结果87条。
3.4数据采集及标引
通过专利数据库——智慧牙将批量去噪后的87项专利导出为Excel文件，并在进行数据人工标引的过程中同时进行数据人工去噪，人工去噪后的国内气象气球相关专利仅为47项，对这47项专利逐一进行自定义字段的标引，主要分为技术分支标引和技术功效标引。
国内气象气球专利技术分支标引包含放球装置、制备方法、生产设备、检测方法及设备、承载工具、乳胶杂件六大分支【5】;技术功效标引包含降低使用成本、拓展使用领域、提高施放效率、适应恶劣气候、提高检测准确性、提高产品质量六大功效【6】。
4国内气象气球专利图标分析
4.1气象气球申请量/授权量趋势分析
图1中可以看出，2009年之前的气象气球相关专利申请量水平较低，但自2009年开始，专利申请量有较为明显的攀升，并且此后数年内，较以往保持了相对较高的申请量，根据增长趋势判断，2013年和2014年的申请量仍将会保持较高的增长水平，近年来在该领域内专利布局动作较以往频繁许多。
4.2专利类型及有效性分析
从图2可以看出，在该领域中发明和实用新型专利申请量差距较小，说明该领域中产品和方法的研发进展比较均衡，但是绝对申请量较少，相信有较多专利布局点有待挖掘，此外PCT专利仅有1件，究其原因，因国外公司大部分使用商业秘密方式进行保护本企业的知识产权，因此在我国内的专利布局行为较为少见;图3中可见本领域中的有效专利量比例较大，原因如下：本领域中专利较为集中在2004年以后，大部分仍处于有效保护期中。
4.3主要专利申请人研发能力分析
从图4可以看出，前6位专利权人都是企业，表明该领域技术门槛相对较高，个人发明人较少;6家单位中有5家是国企或者是政府/事业单位，表明该领域因其用途较为敏感，国有资本占据了主流优势地位;其中中国化工株洲橡胶研究设计院有限公司在该领域中的专利申请量占据绝对优势，这与该单位在国内相关产业中的地位以及产品产量也是相符的。
4.4主要专利申请人发明专利分析
图5中可以看出，中国化工株洲橡胶研究设计院有限公司的发明专利申请占其申请总量的绝大部分，表明其专利意识与专利保护能力与其在该领域内的国内领军地位较为相符。此外，由于该领域的知识产权保护模式较为特殊，因此总申请量和各申请人的绝对申请量都少，这并不表明上述企业的技术储备和研发能力的真正水平。
4.5主要发明人分析
图6中可以看出，肖迪娥和黄江平在国内气象气球领域中均有较大建树，从产业实际情况来看，上述两人分别是中国化工株洲橡胶研究设计院有限公司和南京大桥机器有限公司的领头人、其领导的研发团队也是上述两家公司的中坚力量。
4.6技术分支与技术效果矩阵分析
从图7可以看出，专利申请主要集中在：气象气球作为承载工具在传统应用领域外的拓展使用、放球装置在提高效率/适应恶劣气候上的改进以及为提高产品质量而在制备方法上的改进等三个子领域中。
5主要结论和建议
5.1目前国内气象气球相关专利的技术分布情况
气象气球专利技术的分支主要集中在放球装置、承载工具（用途）方面，但对生产、检测方法和设备的专利申请相对较少。
现有专利技术的成效主要集中在提高施放效率、拓展适用领域、提高产品质量，在降低生产及使用成本、促进环境保护等方面成效不明显。
5.2如何研制出施放方便、高度更高、用途更广的气象气球，有效提高高空探测的技术水平，满足高空气象探测需求。
目前国内外采用天然胶乳为主体材料研制的气象气球升空高度最高的是日本研制的3000g规格气球，其升空高度为39km。飞行到50km的橡胶气球伸长率至少要达到1000%，而目前国内气象气球伸长率基本在800%左右【7】。研究影响天然胶乳质量的农业栽培因素和加工因素，提炼天然胶乳优选技术，并通过物理及化学改性技术进一步提升其伸张性能，研制出专用胶乳，并在配方设计中采用耐寒、耐臭氧、耐紫外线老化功能强的纳米添加剂，增强配合胶乳的物理力学性能【5】。优化分散体制备工艺及成型工艺，使研制的气象气球升空高度达到40-50km。
为提高临近空间气象气球升空有效性和高度可靠性，研究大氣要素（尤其是气压、密度、风等）分布与变化规律，优化设计气象气球气动外形，形成气象气球施放技术;为延长气象气球工作服务时长及提高利用率，开发气象气球定高技术，研究气象气球与负载设备的连接与分离技术、气象气球升速及姿态与负载设备的匹配应用、智能测控工作曲线设计等，实现定高与往返探测。此外，开展气象气球的自动释放适应性研究可以节省人力成本，实现无人值守自动探空系统。
5.3如何实现气象气球多功能化发展，组网进行常态化业务探测，提高临近空间环境探测的时空分辨率和覆盖率。
气象气球作为一种施放便捷、无动力廉价的升空载体，搭载设备可以极其多样化，从而可满足民事和军事上诸多的用途【1】。目前，我国36km以上高空探测主要依靠发射气象火箭或激光雷达、卫星遥感来实现，但由于受成本费用高（火箭发射约50万/枚）、安全隐患大、数据精度低等多方面因素的制约，应用范围受到了很大的限制。气象气球携带探空仪升空探测具有成本低、操作灵活、施放安全性能高等优点，可组网进行常态化业务探测，提高临近空间环境探测的时空分辨率和覆盖率。
5.4 建议 5.4.1建议今后气象气球的科研研究着重转向生产、检测方法和设备这两项专利技术分支，将技术成效转向降低生产及使用成本、促进环境保护等方面，并积极申请专利。 5.4.2建议开展中高层气象气球的研究。在国外，美国和日本开发出了50km高度气球，国内尚无可达此高度的气象气球。通过研究影响天然胶乳性能的影响因素，优选高伸长率的高品质胶乳;研究橡胶低温膨胀及结晶性能，采用接枝、并用等技术对天然胶乳进行改性;应用性能优良的新型高效防老剂及耐寒增塑剂等，优化分散体制备工艺，增加气球耐寒性能和老化性能;研究大型气球成型模具及成型工艺、成型工装设计制造;研究气球升空力学性能，使研制的气象气球升空高度达到50km以上【7】。
5.4.3 建议开展气象气球施放、定高与往返探测测控技术研究。为提高临近空间气象气球升空有效性和高度可靠性，研究大气要素（尤其是气压、密度、风等）分布与变化规律，优化设计气象气球气动外形，形成气象气球施放技术;为延长气象气球工作服务时长及提高利用率，开发气象气球定高技术，研究气象气球与负载设备的连接与分离技术、气象气球升速及姿态与负载设备的匹配应用、智能测控工作曲线设计等，实现定高与往返探测【8】。此外，开展气象气球的自动释放适应性研究可以节省人力成本，实现无人值守自动探空系统。
参考文献：
[1]肖迪娥、张望.气象气球的现状和发展趋势（一）【J】.中国橡胶，2009，25（9）：11-14.
[2]肖迪娥、张望.气象气球的现状和发展趋势（二）【J】.中国橡胶，2009，25（10）：9-11.
[3]ISO_17717_2017（E）.Meteorological balloon-Specification [S]. Switzerland：ISO/TC 45 - Rubber and rubber products，2017：9-15.
[4]GJB1961-94，新系列气象气球规范[S] . 北京：国防科学技术工业委员会，2009：2-3
[5]肖迪娥.新编乳胶工艺【M】.北京：化学工业出版社，2013：78-92.
[6]中国化工株洲橡胶研究设计院有限公司.一种气象气球及其生产方法[P].中国专利，ZL200910043069.1，2011-05-18.
[7]肖迪娥.我国GCOS高空站1600g气球长度与爆破直径的确定【J】. 气象水文海洋仪器，2009，26（4）：60-63.
[8]黄炯、肖迪娥、赵米洛.中高层气象气球的应用研究【R】.北京：中国气象学会，2014.
作者简介：
刘伟平（1974-），女，汉族，湖南醴陵，高级工程师，本科，主要研究方向：科研管理。
莫雅琴（1986-），女，汉族，湖南双峰，工程师，本科，主要研究方向：知识产权管理。