发明创造名称：车载激光雷达隧道检测系统、基于隧道检测系统的自主定位方法及隧道灾害检测方法
外观设计名称：
决定号：184777
决定日：2019-07-23
委内编号：1F264482
优先权日：
申请（专利）号：201510578302.1
申请日：2015-09-11
复审请求人：尹栋
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：王树玲
合议组组长：许敏
参审员：支辛辛
国际分类号：G01N21/88,G01B11/16
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近现有技术的一份对比文件公开的技术方案相比存在区别技术特征，但上述区别技术特征中的一部分被另一篇对比文件公开，区别技术特征中的另一部分属于本领域的常规技术手段，则该项权利要求请求保护的技术方案相对于现有技术不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510578302.1，名称为“车载激光雷达隧道检测系统、基于隧道检测系统的自主定位方法及隧道灾害检测方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请日为2015年09月11日，公开日为2015年12月30日，申请人为尹栋。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年07月20日以本申请权利要求1-9不符合中国专利法第22条第3款的规定为由作出驳回决定。驳回决定中引用了如下对比文件：
对比文件1：CN104843176 A，公开日期为2015年08月19日；
对比文件2：CN101408410 A，公开日期为2009年04月15日。
驳回决定所依据的文本为：申请人于申请日提交的说明书第1-93段、说明书附图1-9、说明书摘要和摘要附图以及于2018年05月25日提交的权利要求第1-9项。驳回决定所针对的权利要求书内容如下：
“1. 一种车载激光雷达隧道检测系统，其特征在于，包括：
车辆平台，用于为检测系统的运行提供必要的车辆运行环境和能源供给；
定位模块，包括自主定位模块和卫星定位模块；所述卫星定位模块用于在能够接收到卫星定位信号时对车辆平台进行定位，所述自主定位模块则用于车辆在隧道内无法进行卫星定位的位置进行定位；
激光雷达检测模块，利用激光对隧道表面进行检测，记录激光束反射的光点相对位置和强度信息；
信息融合与检测模块，用于对自主定位模块/卫星定位模块的位置信息以及激光雷达检测模块的测量信息进行分析、处理与融合；
所述信息融合与检测模块依据两类信息中的时间关系，将同一时刻信息进行组合，获取某一时刻测量得到的车辆位置以及激光雷达测量的光点位置和反射强度，生成点云信息；之后，通过时间轴的推移，还原隧道表面激光雷达测量点的位置和反射强度实现所检测隧道内部场景重构，根据点云密度检测表面裂缝及形变灾害，并依据点云反射强度信息检测表面渗水和水渍情况；即采用自定位方法，融合点云原始信息，生成标准点云数据格式文件，并利用点云数据中位置信息和回波强度信息分别重构隧道内壁表面和介质分布情况，通过表面检测与介质分析。
2. 根据权利要求1所述的车载激光雷达隧道检测系统，其特征在于，所述车辆平台上安装有车辆传感器模块和车载计算处理与数据存储平台，所述车辆传感器模块作为车辆自身的传感器；所述车载计算处理与数据存储平台，用于为检测过程的数据采集存储、数据分析与信息融合计算、检测分析与评估过程提供计算和存储资源。
3. 根据权利要求1所述的车载激光雷达隧道检测系统，其特征在于，所述自主定位模块包括激光雷达模块和定位信息处理模块；所述激光雷达模块包括惯性测量装置和三维磁阻式电子罗盘；所述惯性测量装置为捷联式惯导，具有一个加速度传感器和一个角速度传感器，加速度计用来测量车辆顶端相对地垂线的三个方向加速度分量信息，角速度传感器用来测量车辆的三个角速度信息；所述定位信息处理模块用于对惯性测量装置、三维磁阻式电子罗盘以及里程计信息进行非线性融合估计，根据车辆运动的三自由度的姿态角度、加速度、速度与角速度信息，融合估计车辆在三个方向上的位置状态信息，以确定当前车辆在相对坐标系中的具体位置信息。
4. 根据权利要求3所述的车载激光雷达隧道检测系统，其特征在于，所述三个方向加速度分量信息分别为水平两个方向与竖直方向，所述三个角速度信息分别为车辆上下起伏俯仰角、倾斜角度与侧滑角度。
5. 一种基于上述权利要求1～4中任意一项检测系统的自主定位方法，其特征在于，步骤为：
S1:相对坐标系建立；
以最后一次卫星定位信息或自主定位起始位置作为基准点，包括经度、维度和高度坐标，建立水平两个方向和竖直方向的三维相对坐标系，即相对于地理坐标系中的经度、维度和高度，将所有传感器的数据信息在统一的坐标系中进行运算；
S2:建立状态估计过程方程；
根据牛顿运动学方程，假定车辆在隧道中沿着曲线方向进行匀加速运动，车辆在隧道内运动为上坡、下坡以及平路运行，且运动过程车轮不发生形变，不和地面产生打滑现象；在t时刻，车辆运动过程方程可描述为：
在式(1)中，假定车辆在速度方向上做匀加速运动，而在转向方向上做匀速旋转，由此可得，在三维相对坐标系中，车辆位置当前位置Pt与车辆运动状态中的速度、加速度、偏转角度以及角速度呈非线性关系，其中，Dt为行车里程，vt为行车速度，at为加速度，θt为转向偏转角度，wt为角速度，T为系统观测周期；车辆位置Pt为估计状态，其他参数当前时刻信息可通过传感器测量获取，如，车载传感器可测量Dt、vt和θt参数信息，IMU可测量at和wt参数信息；
S3:扩展卡尔曼滤波状态估计；
S4：定位信息融合；将扩展卡尔曼滤波算法估计的车辆位置状态估计结果，与GPS最后一次精确定位和车载行车里程计实时数据进行信息融合，确定车辆位置信息；
S5：坐标系转换；将车辆在相对坐标系中的位置转换为地理坐标信息，实现车辆的定位。
6. 一种基于上述权利要求1～4中任意一项检测系统的隧道灾害检测方法，其特征在于，步骤为：
S100：基于自主定位的激光雷达点云信息生成；
在无GPS等卫星定位信号时候条件下，通过自主定位模块以及最后一次GPS精确的定位信息，对点云原始记录数据进行测量点位置的推算和确定，生成LAS格式标准点云数据文件；
S200：隧道内部场景重构；
在获取LAS标准格式数据基础上，通过测量点的位置信息以及点云数据信息，对点云的位置进行部署，重构点云在三维空间中的位置；在完成点云部署之后，通过点云密度的不同，采用不同的表面拟合方法对点云在连续三维空间中进行插值拟合，生成隧道内部表面的场景情况；
S300：隧道表面突变区域检测与灾害识别；
通过对隧道内壁表面复原的场景进行分析，结合场景重构过程中对点云密度和分布有明显变化的区域位置、范围记录信息，检测并识别出表面的灾害信息。
7. 根据权利要求6所述的隧道灾害检测方法，其特征在于，所述步骤S200中，在对点云分布情况进行分析时，针对点云密度变化较大以及点云形成凹凸面的区域，提高拟合的精度，确保还原出隧道内壁表面的裂缝和不平整特性。
8. 根据权利要求6所述的隧道灾害检测方法，其特征在于，所述步骤S100中，采用LIDAR机载激光雷达进行隧道内表面检测，测量记录产生的LAS数据标准格式，它包括两个部分：LAS头文件和LAS点记录元数据块。
9. 根据权利要求6所述的隧道灾害检测方法，其特征在于，所述步骤S200中，在点云三维位置部署过程中，利用隧道表面的变化趋势较为稳定的特性来整合点云的位置部署。”
驳回决定认为：独立权利要求1和对比文件1的区别技术特征为：检测系统的平台是车辆，利用激光雷达检测模块发出的激光对隧道表面进行检测，记录激光束反射的光点相对位置和强度信息，数据融合加入了激光雷达检测模块的测量信息，信息融合与检测模块依据两类信息中的时间关系，将同一时刻信息进行组合，获取某一时刻测量得到的车辆位置以及激光雷达测量的光点位置和反射强度，生成点云信息；之后，通过时间轴的推移，还原隧道表面激光雷达测量点的位置和反射强度实现所检测隧道内部场景重构，根据点云密度检测表面裂缝及形变灾害，并依据点云反射强度信息检测表面渗水和水渍情况；即采用自定位方法，融合点云原始信息，生成标准点云数据格式文件，并利用点云数据中位置信息和回波强度信息分别重构隧道内壁表面和介质分布情况，通过表面检测与介质分析；而对比文件1是通过相机拍摄采集隧道信息并进行数据融合。上述区别技术特征的一部分被对比文件2公开，另一部分属于本领域的常规技术手段，因此独立权利要求1相对于对比文件1、2和本领域公知常识的结合不具备创造性。从属权利要求2-4的附加技术特征或被对比文件1、2公开，或属于本领域的常规技术手段，因此也不具备创造性。独立权利要求5和对比文件1的区别技术特征为：基于权利要求1～4中任意一项的检测系统，建立状态估计过程方程，根据牛顿运动学方程，假定车辆在隧道中沿着曲线方向进行匀加速运动，车辆在隧道内运动为上坡、下坡以及平路运行，且运动过程车轮不发生形变，不和地面产生打滑现象；在t时刻，车辆运动过程方程可描述为式（1），在式(1)中，假定车辆在速度方向上做匀加速运动，而在转向方向上做匀速旋转，由此可得，在三维相对坐标系中，车辆位置当前位置Pt与车辆运动状态中的速度、加速度、偏转角度以及角速度呈非线性关系，其中，Dt为行车里程，vt为行车速度，at为加速度，θt为转向偏转角度，wt为角速度，T为系统观测周期；车辆位置Pt为估计状态。通过位移、路程、速度、加速度、角速度等公式获取相应的位移、周期、角度、速度等参数并建立状态估计过程方程是本领域技术人员容易想到的。因此，独立权利要求5相对于对比文件1、2和本领域公知常识的结合不具备创造性。独立权利要求6和对比文件1的区别技术特征为：基于权利要求1～4中任意一项的检测系统，生成LAS格式标准点云数据文件，通过点云密度的不同，采用不同的表面拟合方法对点云在连续三维空间中进行插值拟合，结合场景重构过程中对点云密度和分布有明显变化的区域位置、范围记录信息。上述区别技术特征的一部分被对比文件2公开，另一部分属于本领域的常用技术手段。因此，独立权利要求6相对于对比文件1、2和本领域公知常识的结合不具备创造性。从属权利要求7-9的附加技术特征属于本领域的公知常识，因此也不具备创造性。
尹栋（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年11月01日向国家知识产权局提出了复审请求，未对申请文件进行修改。复审请求人在复审请求书中指出：对比文件1的用于桥梁隧道自动巡检旋翼无人机系统依靠GPS与激光雷达、IMU进行自主导航，本身就是一个完整的技术方案，不具有进一步改进的动机，对比文件2的技术方案是本申请背景技术中提及的现有技术，较难根据图像发现隧道内壁渗水、浸水、水渍灾害情况，本身存在本申请所要解决的技术问题，无法对本申请给出技术启示，本领域技术人员不会有将对比文件1和对比文件2进行关联的动机，本申请始终利用信息融合与检测模块对自主定位模块/卫星定位模块的位置信息以及激光雷达检测模块的测量信息进行分析、处理与融合，采用自定位方法，融合点云原始信息，生成标准点云数据格式文件，利用点云数据中位置信息和回波强度信息分别重构隧道内壁表面和介质分布情况，通过表面检测与介质分析，对隧道内壁表面的裂缝、断裂、渗水、形变灾害进行检测、识别、定位以及灾害评估，弥补了当前隧道检测的不足。因此本申请具备创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年11月06日依法受理了该复审请求，并将本案转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查中坚持原驳回决定。
国家知识产权局依法成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年05月14日发出复审通知书，通知书中指出：独立权利要求1的车载激光雷达隧道检测系统和对比文件2的区别技术特征为：（1）权利要求1的定位模块包括自主定位模块和卫星定位模块，卫星定位模块用于在能够接收到卫星定位信号时对车辆平台进行定位，自主定位模块则用于车辆在隧道内无法进行卫星定位的位置进行定位；（2）权利要求1的信息融合与检测模块根据点云密度检测表面裂缝及形变灾害，并依据点云反射强度信息检测表面渗水和水渍情况；即利用点云数据中位置信息和回波强度信息分别重构隧道内壁表面和介质分布情况，通过表面检测与介质分析对隧道进行检测。针对区别技术特征（1），对比文件1给出了在隧道中利用自主定位模块和卫星定位模块对移动载体进行准确便捷定位的技术启示。区别技术特征（2）属于本领域的常规技术手段，因此独立权利要求1相对于对比文件2、对比文件1和本领域常规技术手段的结合不具备创造性。从属权利要求2-4的附加技术特征或被对比文件2公开，或属于本领域的常规技术手段，因此不具备创造性。
独立权利要求5的自主定位方法和对比文件2的区别技术特征为：（1）权利要求5的定位模块包括自主定位模块和卫星定位模块，卫星定位模块用于在能够接收到卫星定位信号时对车辆平台进行定位，自主定位模块则用于车辆在隧道内无法进行卫星定位的位置进行定位；（2）权利要求5的信息融合与检测模块根据点云密度检测表面裂缝及形变灾害，并依据点云反射强度信息检测表面渗水和水渍情况；即利用点云数据中位置信息和回波强度信息分别重构隧道内壁表面和介质分布情况，通过表面检测与介质分析对隧道进行检测；（3）权利要求5限定了进行自主定位的具体步骤。区别技术特征（1）-（3）或被对比文件1公开，或属于本领域的常规技术手段，因此独立权利要求5相对于对比文件2、对比文件1和本领域常规技术手段的结合不具备创造性。
独立权利要求6的隧道灾害检测方法和对比文件2的区别技术特征为：（1）步骤S100在无GPS等卫星定位信号时候条件下，通过自主定位模块以及最后一次GPS精确的定位信息，对点云原始记录数据进行测量点位置的推算和确定，生成LAS格式标准点云数据文件；（2）步骤S200在获取LAS标准格式数据基础上，在完成点云部署之后，通过点云密度的不同，采用不同的表面拟合方法对点云在连续三维空间中进行插值拟合，步骤S300结合场景重构过程中对点云密度和分布有明显变化的区域位置、范围记录信息检测并识别出表面的灾害信息。针对区别技术特征（1），对比文件1给出了利用自主定位模块和卫星定位模块对移动载体进行准确便捷定位的技术启示，将点云数据生成LAS格式标准点云数据文件并基于LAS标准格式数据进行灾害检测是本领域的常规技术手段，区别技术特征（2）属于本领域的常规技术手段，因此独立权利要求6相对于对比文件2、对比文件1和本领域常规技术手段的结合不具备创造性。从属权利要求7-9的附加技术特征属于本领域的常规技术手段，因此也不具备创造性。
复审请求人针对复审通知书于2019年06月27日提交了复审无效宣告程序意见陈述书，未对申请文件进行修改。复审请求人认为：（1）权利要求1和对比文件2之间存在以下区别技术特征：信息融合与检测模块，用于对自主定位模块/卫星定位模块的位置信息以及激光雷达检测模块的测量信息进行分析、处理与融合；本申请的技术方案的关键之处在于融合，包括信息上的融合、处理分析上的融合，而这种融合正是传统技术与本申请的差异所在，从定位位置上来说，本申请将卫星定位模块与自主定位模块进行融合，如说明书中记载了“通过以最后一次卫星准确定位信息为基准，参考车载里程计传感器信息，以及三自由度方向的运动位置估计状态，确定当前车辆在相对坐标系中的具体位置信息，最后通过坐标系转换，将车辆相对位置转换为大地物理坐标系中经度、维度、高度信息，同时将当前时刻数据一并记录与存储，以此作为激光雷达测量生成点云数据的基础位置数据信息”，从对比文件1中只能看到在有GPS的情况下则用GPS，在无GPS的情况下则用激光雷达与IMU进行导航，并未形成融合。从功能与位置定位上来看，本申请的信息融合与检测模块依据两类信息中的时间关系，将同一时刻信息进行组合，获取某一时刻测量得到的车辆位置以及激光雷达测量的光点位置和反射强度，生成点云信息；之后，通过时间轴的推移，还原隧道表面激光雷达测量点的位置和反射强度实现所检测隧道内部场景重构，根据点云密度检测表面裂缝及形变灾害，并依据点云反射强度信息检测表面渗水和水渍情况。本申请在没有卫星定位信号条件下，采用自主定位方法，融合点云原始信息，实现了车载检测平台对隧道内部的快速检测，由本申请的图1可以看出“点云数据存储与分析处理”之后与“定位信息融合”最终形成“基于点云的检测信息融合与场景重构”，这个融合的关键思路在对比文件1、2以及提到的教科书中均未出现过。所有的传统技术都仅仅是独立的个体，本申请基于“融合”形成了一个密不可分的功能技术特征团，具有显著的进步，因此权利要求1及其从属权利要求2-4具备创造性。
（2）独立权利要求5为权利要求1中设备的自主定位方法，在权利要求1具备创造性时，权利要求5也应具备创造性，尤其是权利要求5中还包含了与对比文件1截然不同的技术思路“通过以最后一次卫星准确定位信息为基准，参考车载里程计传感器信息，以及三自由度方向的运动位置估计状态，确定当前车辆在相对坐标系中的具体位置信息。最后，通过坐标系转换，将车辆相对位置转换为大地物理坐标系中经度、维度、高度信息，同时，将当前时刻数据一并记录与存储，以此作为激光雷达测量生成点云数据的基础位置数据信息。”。独立权利要求6实际为权利要求1中设备的隧道灾害检测方法。在权利要求1具备创造性时，权利要求6及其从属权利要求7-9也应具备创造性。
合议组经过合议后认为本案事实已经清楚，现依法作出本复审决定。
二、决定的理由
（一）审查的基础
在复审程序中，复审请求人未对申请文件进行修改。因此，本复审决定所针对的文本与驳回决定所针对的文本相同，即：复审请求人于申请日提交的说明书第1-93段、说明书附图1-9、说明书摘要和摘要附图以及于2018年05月25日提交的权利要求第1-9项。
（二）关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近现有技术的一份对比文件公开的技术方案相比存在区别技术特征，但上述区别技术特征中的一部分被另一篇对比文件公开，区别技术特征中的另一部分属于本领域的常规技术手段，则该项权利要求请求保护的技术方案相对于现有技术不具备创造性。
具体到本案：
权利要求1-4不具备创造性
独立权利要求1请求保护一种车载激光雷达隧道检测系统，对比文件2公开了一种隧道体元形变移动监测系统和监测方法，该监测系统可安装于在隧道中运行的移动载体上，包括用于获取隧道剖面点云数据的激光扫描仪、用于获取隧道剖面的纹理和摄取条形码信息的CCD相机、用于获取移动载体速度的速度计、用于获取移动载体姿态的惯导仪、条形码和中央运算控制装置，条形码布设在隧道表面CCD相机可以拍到的地方，存储位置信息作为移动载体、各传感器的位置基准，中央运算控制装置用于对各传感器进行硬件同步，存储各个传感器的数据，同时进行相应的位置、姿态解算，对获取的隧道剖面点云数据进行处理，激光扫描仪、CCD相机、速度计及惯导仪通过数据传输线路连接到中央运算控制装置，定姿即确定载体在运动过程中的航向、滚动以及俯仰等运动状态，定位即确定载体及各传感器的空间位置，从而确定激光扫描点的三维坐标，定姿是为激光点云精确定位的一个环节，定位定姿在监测中主要是为了确定激光点云的精确位置，通过不同时刻对相同隧道剖面的位置信息采集，通过两次之间的图像匹配，确定隧道的体变形情况；监测方法包括将激光扫描仪、CCD相机、速度计、惯导仪和中央运算控制装置安装于在隧道中运行的移动载体上，在隧道中沿一侧隧道壁或两侧隧道壁按设定距离规则地设置条形码，移动载体在隧道中运行，与此同时激光扫描仪、CCD相机、速度计及惯导仪同步工作，并将获取的信号数据实时传递给中央运算处理装置，上述硬件构成及方法可实施下述运行过程及步骤：建立隧道曲线坐标系，进行定位、定姿算法研究，建立地铁隧道三维模型，根据不同时刻的扫描数据对同一目标建立三维时变模型，确定最小形变体元，构建三维形变场，基于三维形变场对地铁隧道的形变进行分析，上述移动监测系统主要涉及多传感器时空标定技术，实时数据采集、存储与管理技术，移动地理坐标框架、系统定位与定姿技术，多传感器融合技术，隧道三维建模与显示技术以及基于体元特征的形变分析理论等，激光扫描数据预处理包括在以载体运动方向为纵轴的曲线坐标系中，基于条形码空间数据和轨道方向特征，融合CCD影像数据、高精度速度计数据和中低精度惯导数据，进行激光扫描数据预处理，建立扫描数据的曲线坐标特征，包括时间匹配、空间数据融合、激光扫描数据的时空定标等（参见说明书第2页第12行-第5页第24行和图1-2）。
通过对比分析可知，对比文件2公开了一种隧道体元形变移动监测系统，可安装于在隧道中运行的移动载体上，包括用于获取隧道剖面点云数据的激光扫描仪，因此该系统同样是一种车载激光雷达隧道检测系统，其中的移动载体对应于权利要求1中的用于为检测系统的运行提供必要的车辆运行环境和能源供给的车辆平台，激光扫描仪对应于权利要求1中的激光雷达检测模块，利用激光对隧道表面进行检测，记录激光束反射的光点相对位置和强度信息；CCD相机、条形码、惯导仪、速度计对应于权利要求1中的自主定位模块，用于对车辆在隧道内的位置进行定位；对比文件2公开了中央运算控制装置用于对各传感器进行硬件同步，存储各个传感器的数据，同时进行相应的位置、姿态解算，对获取的隧道剖面点云数据进行处理，定位即确定载体及各传感器的空间位置，从而确定激光扫描点的三维坐标，定姿是为激光点云精确定位的一个环节，定位定姿在监测中主要是为了确定激光点云的精确位置，通过不同时刻对相同隧道剖面的位置信息采集，通过两次之间的图像匹配，确定隧道的体变形情况，建立地铁隧道三维模型，根据不同时刻的扫描数据，对同一目标建立三维时变模型，确定最小形变体元，构建三维形变场，基于三维形变场对地铁隧道的形变进行分析，因此该中央运算控制装置对应于权利要求1中的信息融合与检测模块，用于对自主定位模块的位置信息以及激光扫描仪的测量信息进行分析、处理与融合，并且依据两类信息中的时间关系，将同一时刻信息进行组合，获取某一时刻测量得到的车辆位置以及激光扫描仪测量的光点位置和反射强度，生成点云信息，随着时间轴的推移，还原隧道表面激光扫描仪测量点的位置和反射强度实现所检测隧道内部场景重构，即采用自定位方法，融合点云原始信息，生成标准点云数据格式文件。
由此可见，本申请独立权利要求1请求保护的系统和对比文件2公开的技术方案的区别特征为：（1）权利要求1的定位模块包括自主定位模块和卫星定位模块，卫星定位模块用于在能够接收到卫星定位信号时对车辆平台进行定位，自主定位模块则用于车辆在隧道内无法进行卫星定位的位置进行定位；（2）权利要求1的信息融合与检测模块根据点云密度检测表面裂缝及形变灾害，并依据点云反射强度信息检测表面渗水和水渍情况；即利用点云数据中位置信息和回波强度信息分别重构隧道内壁表面和介质分布情况，通过表面检测与介质分析对隧道进行检测。基于上述区别技术特征可以确定本申请独立权利要求1相对于对比文件2实际解决的技术问题是：（1）提高对移动载体定位的准确性、便捷性和灵活性；（2）检测隧道表面裂缝及表面渗水和水渍灾害。
针对区别技术特征（1），对比文件2中采用CCD相机、惯导仪、速度计和在隧道壁上设置的条形码共同对移动载体进行定位，这种定位方式造成定位的准确性低、操作复杂而且灵活性差。为了克服上述技术问题，本领域技术人员有动机去现有技术中寻找能够解决该技术问题的技术手段。对比文件1公开了一种基于GPS与二维激光雷达自主导航的桥梁隧道自动巡检旋翼无人机系统，包括IMU模块、二维激光雷达和固定在激光雷达上方的GPS模块，IMU采用了抗振陀螺仪设计，可以用来进行位置、姿态以及速度等的估计，配合使用GPS与激光雷达来降低定位误差（参见说明书第28-29、56段）。其中的GPS模块用于在能够接收到卫星定位信号时对移动平台进行定位，并且对比文件1中的自主定位模块和卫星定位模块在对比文件1中的作用与其在本申请中的作用相同，都是用来对移动载体进行准确便捷定位，因此对比文件1给出了在隧道中利用自主定位模块和卫星定位模块对移动载体进行准确便捷定位的技术启示。在此基础上，本领域技术人员容易想到采用对比文件1中的自主定位模块和卫星定位模块来代替对比文件2中的定位系统，以获得更准确的定位信息。
针对区别技术特征（2），教科书1《海量点云数据处理理论与技术》（程效军等主编，同济大学出版社，出版日期为2014年5月，第177页）记载了隧道点云的其他应用，地面三维激光扫描仪不仅可以采集点位的空间坐标位置，同时可以记录隧道场景内的影像信息，其影像信息可以应用到隧道裂缝和渗水检测中，图6-26所示为点云的影像信息，不同类型的扫描仪获取的点云影像不同，采用数字图像处理技术对隧道点云影像进行处理，首先要将隧道全景影像转为平面图像，将影像转换为平面图像后，就可采用数字图像处理技术对其进行处理，通过处理检测管壁图像中的裂缝和渗水。因此，利用激光扫描仪获得的点云数据来检测隧道的裂缝和渗水属于本领域的常规技术手段。另外，教科书2《工程测量学》第3版（李青岳等主编，测绘出版社，出版日期为2008年8月，第115-118页）记载了三维激光扫描测量方法和三维激光扫描系统，激光扫描技术以其信息提取的自动化程度高、表达对象细节信息能力强、受环境条件影响小、数据采集效率高、能部分穿透水体等特点，成为实时、快速、高精度、大容量获取全数字特征的空间数据的重要手段，三维激光扫描测量仪采用形测量方式，可以直接将被测物体的三维数据完整地采集到计算机中，连续自动地实现大面积、高密度的空间三维数据采集，快速重构出被扫描物体的三维模型，同时它所采集的三维激光点云数据不仅包含目标的空间信息，而且记录了目标的反射强度信息和色彩灰度信息，通过对三维点云数据的后处理，可以实现分析、量测、仿真、模拟、监测等功能。因此，点云数据包括点云密度信息和点云反射强度信息并且激光能部分穿透水体属于本领域的公知常识。鉴于隧道表面和其上附着的水渍属于两种不同的介质，激光发射器发射的激光束在这两种介质上的漫反射明显不同，将获得的点云数据经特征提取等数据处理后依据点云反射强度信息检测隧道表面的渗水和水渍情况以及依据点云密度信息检测隧道表面裂缝和形变灾害是本领域技术人员容易想到采用的常规技术手段。
针对复审请求人在答复复审通知书时提到的意见，合议组认为：
首先，关于两个定位模块之间的定位信息融合，复审请求人强调：从对比文件1中只能看到在有GPS的情况下则用GPS，在无GPS的情况下则用激光雷达与IMU进行导航，并未形成融合，而本申请说明书中记载了两个定位模块之间进行了定位信息融合。但是，合议组认为：本申请独立权利要求1中限定了“定位模块，包括自主定位模块和卫星定位模块；所述卫星定位模块用于在能够接收到卫星定位信号时对车辆平台进行定位，所述自主定位模块则用于车辆在隧道内无法进行卫星定位的位置进行定位”，并未具体限定自主定位模块以最后一次卫星准确定位信息为基准，而说明书中记载的内容不能限定权利要求的保护范围，从权利要求1对定位模块的限定来看，自主定位模块和卫星定位模块是各自独立运行的，二者之间并不存在定位信息上的融合。从权利要求1中对信息融合与检测模块的限定来看，权利要求1中限定了：“信息融合与检测模块，用于对自主定位模块/卫星定位模块的位置信息以及激光雷达检测模块的测量信息进行分析、处理与融合”，其中“自主定位模块”与“卫星定位模块”之间是“或”的关系，因此也不能认为两个定位模块之间进行了定位信息融合。
本申请权利要求1的定位模块与对比文件2的定位模块的不同之处在于权利要求1的定位模块同时包括自主定位模块和卫星定位模块。对比文件1公开了定位模块同时包括自主定位模块和卫星定位模块，并且自主定位模块和卫星定位模块相结合的定位方式具有对隧道位置信息检测准确便捷的优点，本领域技术人员容易想到将对比文件1中的定位方式应用到对比文件2中以提高其定位的准确性、灵活性。
其次，关于定位信息和检测信息之间的融合，对比文件2公开了中央运算控制装置用于对各传感器进行硬件同步，存储各个传感器的数据，同时进行相应的位置、姿态解算，对获取的隧道剖面点云数据进行处理，激光扫描仪、CCD相机、速度计及惯导仪通过数据传输线路连接到中央运算控制装置，激光扫描数据预处理包括在以载体运动方向为纵轴的曲线坐标系中，基于条形码空间数据和轨道方向特征，融合CCD影像数据、高精度速度计数据和中低精度惯导数据，进行激光扫描数据预处理，并建立扫描数据的曲线坐标特征，诸如多传感器集成系统数据预处理模型与算法，包括时间匹配、空间数据融合、激光扫描数据的时空定标，因此对比文件2公开的中央运算控制装置对应于本申请权利要求1的信息融合与检测模块，用于对自主定位模块的位置信息以及激光雷达检测模块的测量信息进行分析、处理与融合，并且对比文件2涉及了不同类型的测量数据之间的时间匹配、空间数据融合和时空定标。另外，教科书2《工程测量学》第3版（李青岳等主编，测绘出版社，出版日期为2008年8月，第115-118页）记载了车载式三维测量系统将激光扫描仪、DGPS、CCD相机集成于一体，再配以多源信息复合处理的数据处理软件包，可以实时地完成载体的GPS定位数据、建筑物的激光扫描数据以及CCD影像数据的采集，系统中，GPS用来提供基础地理坐标框架数据，激光扫描仪用于获取建筑物立面点云数据，CCD相机用来摄取建筑物立面纹理影像数据，利用后处理软件和三维建模软件对各种数据进行融合处理，从而构建出建筑物的真实三维模型，实现建筑物的三维重建。由此可见，在包含GPS和激光扫描仪的车载式三维测量系统中在位置信息和测量信息之间进行数据融合也属于本领域的常规技术手段。
再次，针对限定了“以最后一次卫星定位信息或自主定位起始位置作为基准点”的权利要求5和限定了“通过自主定位模块以及最后一次GPS精确的定位信息对点云原始记录数据进行测量点位置的推算和确定”的权利要求6，通过分析可知，本申请将自主定位模块与卫星定位模块进行信息融合的目的是以卫星定位模块提供的最后一次位置信息作为自主定位模块的定位基准从而利用自主定位模块获得车辆的绝对位置。在同时设有卫星定位模块和自主定位模块的系统中，当需要通过自主定位模块获得车辆的绝对位置时，考虑到卫星定位模块提供的位置信息是一种准确的绝对位置信息，本领域技术员自然能够想到将卫星定位模块提供的最后一次位置信息作为自主定位模块的定位基准。在此基础上，为了获得更为准确的车辆绝对位置，本领域技术人员也能够想到将卫星定位模块、自主定位模块以及多种现有的常用车辆传感器获得的信息进行系统地融合处理进而获得车辆的绝对位置信息，即利用多传感器信息融合手段实现车辆的准确绝对定位不需要付出创造性的劳动，而且也没有产生任何预料不到的技术效果。
综上，复审请求人陈述的意见不能被接受。
由此可见，本领域技术人员在对比文件2的基础上通过结合对比文件1和本领域的常规技术手段而得出权利要求1的技术方案是显而易见的，这样的结合不具备突出的实质性特点和显著的进步。因此，独立权利要求1不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
从属权利要求2的附加技术特征对权利要求1进行了限定。上述附加技术特征已经被对比文件2公开：将激光扫描仪、CCD相机、速度计、惯导仪及中央运算控制装置安装于在隧道中运行的移动载体上，中央运算控制装置用于对各传感器进行硬件同步，存储各个传感器的数据，同时进行相应的位置、姿态解算，对获取的隧道剖面点云数据进行处理（参见说明书第4页第6-14行）。其中的速度计、惯导仪对应于权利要求2中的车辆传感器模块，作为车辆自身的传感器，中央运算控制装置对应于权利要求2中的车载计算处理与数据存储平台，用于为检测过程的数据采集存储、数据分析与信息融合计算、检测分析与评估过程提供计算和存储资源。因此，从属权利要求2不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
从属权利要求3的附加技术特征对权利要求1进行了限定。教科书3《车辆定位与导航系统》（马庆禄主编，中南大学出版社，出版日期为2014年10月，第145-146页）记载了在车辆定位系统中广泛应用的定位方式有GPS和DR（航迹推算系统）两种，GPS具有全球性、全天候、高精度、实时地提供定位信息，但它要求卫星有直接的可见性才能发挥其正常功能，当遇到高楼、立交桥、隧道等时，就会出现定位卫星的信号质量明显下降，甚至出现定位信息中断的情况，难以提供可靠、连续、实时的定位信息，DR是一种完全自主式的定位方式，具有短时间内定位精度高、自主性强等特点，但其定位误差随时间的积累不断加大，GPS/DR组合方式是利用GPS具有长时间绝对定位的稳定性，而DR具有短时间相对定位的稳定性的特点，在GPS无法定位时系统可以自动地切换到DR定位方式，直至GPS恢复正常状态，GPS/DR组合方式在车辆定位上有很强的实用性且应用广泛，线性卡尔曼滤波的GPS/DR组合定位系统的工作原理是：航迹推算系统利用磁罗盘、速度陀螺和里程仪测量的航向和速度信息确定车辆的位置、速度和航向。因此，在自主定位模块中设置磁罗盘、里程计和速度陀螺属于本领域的公知常识。
此外，教科书4《捷联式惯导系统动、静基座初始对准》（王新龙著，西北工业大学出版社，出版日期为2013年9月，第2-3页）记载了惯导系统是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，除了能够提供载体的位置和速度信息外，还能给出载体的航向和姿态角信息，随着陀螺仪和计算机性能的不断提高，捷联式惯导系统已成为惯导系统发展的主流，捷联式惯导系统是由陀螺仪和加速度计所构成的惯性测量组件直接安装在载体上，它们分别感应出载体坐标系相对于惯性坐标系的角速度矢量和载体系的比力矢量。因此，利用包括加速度传感器和角速度传感器的捷联式惯导作为惯性测量装置并且利用加速度计测量车辆顶端相对地垂线的三个方向加速度分量信息、利用角速度传感器测量车辆的三个角速度信息属于本领域的常规技术手段。
书籍5《指南针 奇迹天工：水墨图说中国古代发明创造》（周四红编著，天津教育出版社，出版日期为2014年1月，第86-87页）记载了电子罗盘是一种重要的导航工具，当前大多数的导航系统都使用某种类型的电子罗盘来指示方向，电子罗盘依靠地球磁场，高端磁场传感器和磁力计可为电子罗盘提供完整的解决方案，电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘，电子罗盘有着传统针式和平衡架结构罗盘所没有的许多优点，有时甚至比全球定位系统还有用，在高楼林立城区和植被茂密的林区，全球定位系统信号的有效性仅为60%，并且在静止的情况下，全球定位系统也无法给出航向信息，为弥补这一不足，可以采用组合导航定向的方法，电子罗盘可以对全球定位系统信号进行有效补偿，保证导航定向信息100%有效，即使是在全球定位系统信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。因此，利用三维磁阻式电子罗盘确定方位属于本领域的常规技术手段。在此基础上，为了准确地确定当前车辆在相对坐标系中的具体位置信息而将捷联式惯导、三维磁阻式电子罗盘和里程计测量的信息进行非线性融合估计并且根据车辆运动的三自由度的姿态角度、加速度、速度与角速度信息融合估计车辆在三个方向上的位置状态信息属于本领域技术人员能够想到的常规技术手段。因此，从属权利要求3不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
从属权利要求4的附加技术特征对权利要求3进行了限定。将三个方向加速度分量信息选定为水平两个方向与垂直方向、将三个角速度信息分别选为车辆上下起伏俯仰角、倾斜角度与侧滑角度属于本领域的常规技术手段，例如教科书6《传感器原理及应用》（朱蕴璞等编著，国防工业出版社，出版日期为2005年8月，第305页）记载了导航仪的主要飞行参数涉及沿轴向直线运动和绕轴向旋转运动，飞行的三个方向分别为XYZ轴，角度包括倾斜角、侧滑角和俯仰角等，角速度包括倾斜速度、侧滑及侧滚角速度、俯仰角速度等。因此，从属权利要求4不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
2、权利要求5不具备创造性
独立权利要求5请求保护一种基于上述权利要求1-4中任意一项检测系统的自主定位方法。如上所述，对比文件2公开了一种隧道体元形变移动监测系统和监测方法（参见说明书第2页第12行-第5页第24行和图1-2）。
通过对比分析可知，本申请独立权利要求5请求保护的方法和对比文件2公开的技术方案的区别特征为：（1）权利要求5的定位模块包括自主定位模块和卫星定位模块，卫星定位模块用于在能够接收到卫星定位信号时对车辆平台进行定位，自主定位模块则用于车辆在隧道内无法进行卫星定位的位置进行定位；（2）权利要求5的信息融合与检测模块根据点云密度检测表面裂缝及形变灾害，并依据点云反射强度信息检测表面渗水和水渍情况；即利用点云数据中位置信息和回波强度信息分别重构隧道内壁表面和介质分布情况，通过表面检测与介质分析对隧道进行检测；（3）权利要求5限定了进行自主定位的具体步骤。基于上述区别技术特征可以确定本申请独立权利要求5相对于对比文件2实际解决的技术问题是：（1）提高对移动载体定位的准确性、便捷和灵活性；（2）检测隧道表面裂缝、表面渗水和水渍灾害。
针对区别技术特征（1）-（2），由针对独立权利要求1的评述可知，上述区别技术特征或被对比文件1公开，或属于本领域的常规技术手段。
针对区别技术特征（3），对比文件1还公开了一种用于桥梁隧道自动巡检旋翼无人机自主导航方法包括：在无GPS信号时，将完全依靠激光雷达与IMU进行导航，由于GPS不再提供绝对坐标系，因此要建立一个以工作起始点为原点的世界坐标系Gcoor，同时为了方面描述与计算，还要建立以四旋翼无人机中心为原点的机体坐标系Bcoor，将以机体坐标系Bcoor采集的激光雷达的扫描数据通过变换矩阵投影到世界坐标系Gcoor，扫描匹配后得到四旋翼无人机的相对位移与行偏角，扫描匹配达到的数据与IMU的数据基于扩展卡尔曼滤波器数据融合进行数据融合处理后得到高精度的位移估计与速度估计（参见说明书第9、15段和图5）。因此，对比文件1公开了一种移动载体的自主定位方法，包括建立以工作起始点为原点的相对坐标系Gcoor，将以机体坐标系Bcoor采集的激光雷达的扫描数据通过变换矩阵投影到世界坐标系Gcoor，将扫描匹配达到的数据与IMU的数据进行扩展卡尔曼滤波状态估计。而在建立以工作起始点为原点的相对坐标系时，本领域技术人员能够想到坐标系可包括经度、维度和高度坐标，从而建立水平两个方向和竖直方向的三维相对坐标系，即相对于地理坐标系中的经度、维度和高度，将所有传感器的数据信息在统一的坐标系中进行运算。
为了估算车辆的运动状态而建立状态估计过程方程是本领域技术人员能够想到的常规技术手段，通常情况下，为了全面反映车辆的各种运动并且计算简便，可假定车辆在隧道中沿曲线方向进行匀加速运动，车辆在隧道内的运动为上坡、下坡以及平路运动，且运动过程中车轮不发生形变，不和地面产生打滑现象，车辆在速度方向上做匀加速运动，在转向方向上做匀速旋转，车辆的当前位置Pt是由其前一位置Pt-1经速度方向上的均加速运动与转向方向上的匀速旋转运动演化而来，通过车辆在运动过程中的行车里程、转向偏转角度以及前一时刻的三维坐标位置来获取车辆的当前三维坐标位置，通过前一时刻的行车里程、行车速度、加速度和系统观测周期获取车辆当前里程和行车速度，由车辆前一时刻的转向偏转角度、角速度以及系统观测周期获取当前时刻的转向偏转角度，并且车辆运动过程中的速度、加速度、角速度、偏转角度可由相应的传感器诸如惯性测量装置、电子罗盘和里程计测量获取。
此外，教科书3《车辆定位与导航系统》（马庆禄主编，中南大学出版社，出版日期为2014年10月，第146-147页）记载了GPS/DR组合的数据融合方法有很多，卡尔曼滤波方法是其中应用最多、也是最为常见的一种，卡尔曼滤波方法应用于GPS/DR组合定位中，就是将GPS/DR的信息同时用于定位解的求解过程，使得DR系统的状态在滤波过程中不断得到更新修正，同时组合定位的输出又可以为DR系统提供较为准确的初始位置和方向信息，基于卡尔曼滤波的GPS/DR组合方案又分为两种：线性卡尔曼滤波和自适应扩展线性卡尔曼滤波，线性卡尔曼滤波的GPS/DR组合定位系统的工作原理是：航迹推算系统利用磁罗盘、速度陀螺和里程仪测量的航向和速度信息确定车辆的位置、速度和航向，当GPS信号质量较好时，航迹推算系统和GPS的定位导航信息都输入到线性卡尔曼滤波器中，以航迹推算系统的误差作为组合系统的状态，通过卡尔曼滤波估计出航迹推算系统的误差，然后用估计出的误差修正航迹推算系统。因此，为了获得更准确的自主定位结果，本领域技术人员能够想到将车辆位置状态估计结果与GPS最后一次精确定位和车载行车里程计实时数据进行信息融合。另外，为了输出与电子地图匹配的车辆定位结果而将车辆在相对坐标系中的位置转换为地理坐标信息同样是本领域技术人员能够想到的常规技术手段。
由此可见，本领域技术人员在对比文件2的基础上通过结合对比文件1和本领域的常规技术手段而得出权利要求5的技术方案是显而易见的，这样的结合不具备突出的实质性特点和显著的进步。因此，独立权利要求5不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
3、权利要求6-9不具备创造性
独立权利要求6请求保护一种基于上述权利要求1-4中任意一项检测系统的隧道灾害检测方法。如上所述，对比文件2公开了一种隧道体元形变移动监测系统和监测方法（参见说明书第2页第12行-第5页第24行和图1-2）。
通过对比分析可知，对比文件2公开了定姿是为激光点云精确定位的一个环节，定位定姿在监测中主要是为了确定激光点云的精确位置，建立地铁隧道三维模型，根据不同时刻的扫描数据对同一目标建立三维时变模型，确定最小形变体元，构建三维形变场，基于三维形变场对地铁隧道的形变进行分析，该部分内容对应于权利要求6中的步骤S100基于自主定位的激光雷达点云信息生成，步骤S200隧道内部场景重构：通过测量点的位置信息以及点云数据信息，对点云的位置进行部署，重构点云在三维空间中的位置，生成隧道内部表面的场景情况，步骤S300进行隧道表面突变区域检测与灾害识别，通过对隧道内壁表面复原的场景进行分析，检测并识别出表面的灾害信息。
由此可见，本申请独立权利要求6请求保护的方法和对比文件2公开的技术方案的区别特征在于：（1）步骤S100在无GPS等卫星定位信号时候条件下，通过自主定位模块以及最后一次GPS精确的定位信息，对点云原始记录数据进行测量点位置的推算和确定，生成LAS格式标准点云数据文件；（2）步骤S200在获取LAS标准格式数据基础上，在完成点云部署之后，通过点云密度的不同，采用不同的表面拟合方法对点云在连续三维空间中进行插值拟合，步骤S300结合场景重构过程中对点云密度和分布有明显变化的区域位置、范围记录信息检测并识别出表面的灾害信息。基于上述区别技术特征可以确定本申请独立权利要求6相对于对比文件2实际解决的技术问题是：（1）提高对移动载体定位的准确性和便捷性；（2）检测隧道表面灾害信息。
针对区别技术特征（1），对比文件2中采用CCD相机、惯导仪、速度计和隧道壁上设置的条形码共同对移动载体进行定位在，这种定位方式造成定位的准确性低并且操作复杂，灵活性也较差，为了克服上述技术问题，本领域技术人员有动机去现有技术中寻找能够解决该技术问题的技术手段。对比文件1公开了一种基于GPS与二维激光雷达自主导航的桥梁隧道自动巡检旋翼无人机系统，包括IMU模块、二维激光雷达和固定在激光雷达上方的GPS模块，IMU采用了抗振陀螺仪设计，可以用来进行位置、姿态以及速度等的估计，配合使用GPS与激光雷达来降低定位误差（参见说明书第28-29、56段）。其中的卫星定位模块用于在能够接收到卫星定位信号时对移动平台进行定位，并且对比文件1中的自主定位模块和卫星定位模块在对比文件1中的作用与其在本申请中的作用相同，都是用来对移动载体进行准确便捷定位，因此对比文件1给出了利用自主定位模块和卫星定位模块对移动载体进行准确便捷定位的技术启示。在此基础上，本领域技术人员容易想到用对比文件1中的自主定位模块和卫星定位模块来替换对比文件2中的定位系统，从而在无GPS等卫星定位信号时候条件下，通过自主定位模块以及最后一次GPS精确的定位信息，对点云原始记录数据进行测量点位置的推算和确定。另外，将点云数据生成LAS格式标准点云数据文件并基于LAS标准格式数据进行灾害检测是本领域的常规技术手段。
针对区别技术特征（2），教科书7《三维空间数据建模及算法》（程朋根等主编，国防工业出版社，出版日期为2011年11月，第115页）记载了三维空间数据的插值就是通过有限的已知点或分区数据，推求任意点或分区数据，以形成在平面上或三维空间重构一个连续特征的变化，当已知点的数据是表面高程数据而需要建立表面模型时就是表面插值或称DEM内插，DEM内插又分为插值和拟合。因此，采用不同的表面拟合方法对点云在连续空间中进行插值拟合而生成隧道内部表面的场景情况属于本领域的常规技术手段。另外，通过结合场景重构过程中对点云密度和分布有明显变化的区域位置、范围记录信息来检测并识别表面灾害信息同样属于本领域的常规技术手段。
由此可见，本领域技术人员在对比文件2的基础上通过结合对比文件1和本领域的常规技术手段而得出权利要求6的技术方案是显而易见的，这样的结合不具备突出的实质性特点和显著的进步。因此，独立权利要求6不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
从属权利要求7的附加技术特征对权利要求6进行了限定。为了准确重构隧道内壁而提高某些关键区域的拟合精度属于本领域的常规技术手段。因此，从属权利要求7不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
从属权利要求8的附加技术特征对权利要求6进行了限定。上述附加技术特征属于本领域的常规技术手段，例如教科书8《机载LiDAR数据误差处理理论与方法》（王丽英著，测绘出版社，出版日期为2013年12月，第48-50页）记载了LAS 2.0文件结构包括头文件和激光脚点记录元数据块。因此，从属权利要求8不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
从属权利要求9的附加技术特征对权利要求6进行了限定。基于隧道表面具有的特性而在隧道表面中整合点云的位置部署属于本领域的常规技术手段。因此，从属权利要求9不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
综上所述，本申请权利要求1-9不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
基于上述事实和理由，合议组作出如下复审决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年07月20日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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