发明创造名称：一种基于非对称传感器的地震预警与烈度速报综合用地震监测仪
外观设计名称：
决定号：186243
决定日：2019-08-09
委内编号：1F274814
优先权日：
申请（专利）号：201610730713.2
申请日：2016-08-26
复审请求人：中国地震局地壳应力研究所
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：高静微
合议组组长：彭齐治
参审员：舒畅
国际分类号：G01V1/00
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求与最接近的对比文件相比存在区别技术特征，该区别技术特征并未公开在其他的对比文件当中，其他的对比文件也未给出技术启示采用上述区别技术特征解决相应技术问题，目前也未有证据表明采用上述区别技术特征解决相应技术问题为本领域公知常识，且权利要求的技术方案由于区别技术特征而具有有益的技术效果，则该权利要求相对于对比文件具有创造性。
全文：
一、案由
本复审请求涉及申请号为201610730713.2、名称为“一种基于非对称传感器的地震预警与烈度速报综合用地震监测仪”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请日为2016年08月26日，公开日为2016年11月09日。本申请的申请人为中国地震局地壳应力研究所。
经实质审查，国家知识产权局原专利实质审查部门于2018年11月01日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：本申请权利要求1不符合专利法第22条第3款有关创造性的规定。驳回决定引用如下对比文件：
对比文件1：CN 204086564 U，公告日为2015年01月07日；
对比文件2：CN 101718546 A，公开日为2010年06月02日。
驳回决定还引用如下现有技术证明文件：
参考文献1：《地震观测仪器进网技术要求 烈度速报与预警观测仪器》编制说明，https://wenku.baidu.com/view/bace3c90770bf78a64295450.html，公开日期为2014年12月02日；
参考文献2：CN 102256379 A，公开日为2011年11月23日；
参考文献3：CN 104732728 A，公开日为2015年6月24日。
驳回决定所依据的文本为：申请人于申请日2016年08月26日提交的说明书摘要、摘要附图、说明书第1-18段、说明书附图1-2，于2018年09月04日提交的权利要求1。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种基于非对称传感器的地震预警与烈度速报综合用地震监测仪，包括处理器模块、GPS模块、存储模块、IPv4/IPv6网络模块、电源管理模块、数据采集模块，其特征在于：数据采集模块采用非对称结构的地震动传感器，通过非对称结构的地震动传感器获取地震动信号；所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量分别采用不同计量性能的加速度传感器实现；所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量，采用的垂直分量地震动加速度测量的动态范围优于90dB；水平分量地震动加速度测量的动态范围优于60dB，能够同时满足地震预警与烈度速报的应用需求；
所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量分别采用不同计量性能的加速度传感器实现；
垂直方向的高性能传感器捡拾P波信息，获取垂向地震动加速度信号，处理器模块对垂向地震动加速度信号进行滤波预处理，并通过积分运算将获取的垂向地震动加速度信号转换为垂向位移信号，处理器模块判别地震事件，若有地震事件，获取垂直向位移幅频的衰减关系，来预测地震震级并发布地震预警信息；之后，非对称的地震动传感器的水平向传感器捡拾S波信息，获取水平向地震动加速度信号，处理器模块对水平向地震动加速度信号进行基线校正处理滤波预处理，通过积分运算将获取的水平向地震动加速度信号转换为水平向速度信号，再对水平向地震动加速度和水平向速度信号进行带通滤波，获得水平向加速度峰值和水平向速度峰值，并根据相应的地震仪器烈度算法计算相应的地震仪器烈度。 ”
驳回决定认为：权利要求1与对比文件1相比，其区别技术特征在于：数据采集模块采用非对称结构的地震动传感器，通过非对称结构的地震动传感器获取地震动信号；所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量分别采用不同计量性能的加速度传感器实现，所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量，采用的垂直分量地震动加速度测量的动态范围优于90dB；水平分量地震动加速度测量的动态范围优于60dB，能够同时满足地震预警与烈度速报的应用需求，垂直方向的高性能传感器捡拾P波信息，获取垂向地震动加速度信号，处理器模块对垂向地震动加速度信号进行滤波预处理，并通过积分运算将获取的垂向地震动加速度信号转换为垂向位移信号，处理器模块判别地震事件，若有地震事件，获取垂直向位移幅频的衰减关系，来预测地震震级并发布地震预警信息；之后，非对称的地震动传感器的水平向传感器捡拾S波信息，获取水平向地震动加速度信号，处理器模块对水平向地震动加速度信号进行基线校正处理滤波预处理，通过积分运算将获取的水平向地震动加速度信号转换为水平向速度信号，再对水平向地震动加速度和水平向速度信号进行带通滤波，获得水平向加速度峰值和水平向速度峰值，并根据相应的地震仪器烈度算法计算相应的地震仪器烈度。
对于上述区别技术特征，对比文件2公开了一种车载式道路纵断面测量系统，并具体公开了以下技术特征：本发明采用两个加速度计，因此可以针对不同频率范围进行分析，其中表2、表3具体公开了两个加速度计的不同计量性能。即对比文件2公开了采用不同计量性能的加速度传感器的技术特征， 对比文件2给出了将采用不同计量性能的加速度传感器用于对比文件1以解决其技术问题的启示。此外，现有技术文献CN102256379A（参考文献2）公开了热对流式三轴加速度传感器，X和Y轴的带宽与Z轴带宽具有不同计量性能的技术特征，现有技术文献CN104732728A（参考文献3）公开了横向加速度信号的起振时间晚于纵向加速度信号的起振时间；横向加速度信号的最大幅值（1.5m/s2）大于阈值0.6，纵向加速度信号的幅值（0.6m/s2）大于阈值0.5；地震标准《地震观测仪器进网技术要求烈度速报与预警观测仪器》（参考文献1）中在“关于地震烈度仪技术要求的确定”中公开了地震烈度仪也用于强震动预警，其预警参数主要依据P波估算，P波振幅仅为S波振幅的几分之一，为可靠估算预警参数。因此，权利要求1所请求保护的技术方案相对于对比文件1结合对比文件2以及公知常识，对本领域技术人员来说是显而易见的，权利要求1不具有创造性。
申请人中国地震局地壳应力研究所（下称复审请求人）对上述驳回决定不服,于2019年02月15日向国家知识产权局提出了复审请求，同时提交了权利要求书的全文修改替换页，其中相对于驳回决定所针对的权利要求，删去了独立权利要求1中的部分技术特征，同时加入了权利要求2，即恢复为第二次审查意见通知书所针对的权利要求书。修改后的权利要求书具体如下：
“1. 一种基于非对称传感器的地震预警与烈度速报综合用地震监测仪，包括处理器模块、GPS模块、存储模块、IPv4/IPv6网络模块、电源管理模块、数据采集模块，其特征在于：数据采集模块采用非对称结构的地震动传感器，通过非对称结构的地震动传感器获取地震动信号；所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量分别采用不同计量性能的加速度传感器实现，采用的垂直分量地震动加速度测量的动态范围优于90dB；水平分量地震动加速度测量的动态范围优于60dB，能够同时满足地震预警与烈度速报的应用需求。
2. 根据权利要求1所述的基于非对称传感器的地震预警与烈度速报综合用地震监测仪，其特征在于：所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量分别采用不同计量性能的加速度传感器实现。”
复审请求人认为：修改后的独立权利要求1与对比文件1的区别特征为：数据采集模块采用非对称结构的地震动传感器，通过非对称结构的地震动传感器获取地震动信号；所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量分别采用不同计量性能的加速度传感器实现，采用的垂直分量地震动加速度测量的动态范围优于90dB；水平分量地震动加速度测量的动态范围优于60dB，能够同时满足地震预警与烈度速报的应用需求。其实际解决的技术问题为如何使得地震监测仪同时满足地震预警与烈度速报的应用需求，且降低成本，这与对比文件1解决的技术问题不同，对比文件1解决的问题是如何解决强震观测系统集成度不高的问题。同时，修改后的权利要求1与对比文件1在结构上不同，工作过程不同。对比文件2选用两个覆盖频率不同的加速度，相辅相成工作准确检测梁的振动，而本申请考虑到地震波的特殊性质而设计非对称传感器，利用一个仪器全面解决地震预警和烈度速报综合应用的问题，对比文件2与本申请具有本质不同。对于参考文献2公开的运动传感器其X、Y轴与Z轴在带宽上的差异是自身特性决定的，而非人为主观设计，不存在设计非对称结构传感器的技术启示。非对称结构的地震动传感器的设计满足地震预警与地震烈度速报综合应用，降低地震检测仪成本，为地震预警与烈度速报网络的大规模部署创造了条件，具有显著技术效果。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年03月06日依法受理了该复审请求，并将其转送至原专利实质审查部门进行前置审查。
原专利实质审查部门在前置审查意见书中认为，对比文件1公开了新型烈度计采用不同采样频率和仪器设定方式，满足地震观测与强震观测要求，并具体公开了处理器模块、数据采集模块、电源管理模块的技术特征。而地震标准《地震观测仪器进网技术要求烈度速报与预警观测仪器》中公开了地震波中P波、S波特征。同时，《地震观测仪器进网技术要求烈度速报与预警观测仪器》以及对比文件2等现有技术也公开了不同计量性能加速度传感器的技术特征。不同计量性能的传感器，成本不同，在此基础上，本领域技术人员有动机对现有技术中的地震监测仪进行改进：采用价格相对较高、动态范围大于90db的传感器捡拾P波信号，用于地震预警；采用价格相对较低的传感器捡拾S波信号，用于地震烈度计算，在进行地震预警、烈度计算的同时，降低仪器成本，这并不需要付出创造性劳动。因而以本申请权利要求不具备创造性为由坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以依法作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
在复审程序中，复审请求人于2019年02月15日提交了权利要求书的全文修改替换页，经审查，其中所做修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的相关规定。本复审决定依据申请日2016年08月26日提交的说明书摘要、摘要附图、说明书第1-18段、说明书附图1-2，以及2019年02月15日提交的权利要求第1-2项做出。
关于权利要求的创造性
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。
如果一项权利要求与最接近的对比文件相比存在区别技术特征，该区别技术特征并未公开在其他的对比文件当中，其他的对比文件也未给出技术启示采用上述区别技术特征解决相应的技术问题，目前也未有证据表明采用上述区别技术特征解决相应技术问题为本领域公知常识，且权利要求的技术方案由于区别技术特征而具有有益的技术效果，则该权利要求相对于对比文件具有创造性。
具体到本案：
权利要求1请求保护一种基于非对称传感器的地震预警与烈度速报综合用地震监测仪，对比文件1为最接近的现有技术，其公开了一种基于ARM和FPGA的一体化地震烈度计（参见权利要求1、说明书第0019段）：一种基于ARM和FPGA的一体化地震烈度计，嵌入式Linux应用程序层主要包括震动数据采集、存储、上传和远程监控，包括处理器模块，GPS模块，存储模块，IPv4/IPv6网络模块，电源管理模块，数据采集模块。
由上述内容可知，对比文件1公开了监测仪所包括的处理器模块，GPS模块，存储模块，IPv4/IPv6网络模块，电源管理模块，数据采集模块这些技术特征，但是对比文件1公开的是地震烈度计，而本申请是地震预警和烈度速报综合监测仪器，权利要求1与对比文件1相比，其具体的区别技术特征还在于：数据采集模块采用非对称结构的地震动传感器，通过非对称结构的地震动传感器获取地震动信号；所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量分别采用不同计量性能的加速度传感器实现，所述非对称结构的地震动传感器在垂直和水平分量，采用的垂直分量地震动加速度测量的动态范围优于90dB；水平分量地震动加速度测量的动态范围优于60dB，能够同时满足地震预警与烈度速报的应用需求，基于上述区别技术特征，权利要求1的技术方案实际解决的技术问题是：如何通过一个地震检测仪同时进行地震预警与烈度速报并分别满足两者对仪器动态范围的要求。
对比文件2公开了一种车载式道路纵断面测量系统，并具体公开了以下技术特征（参见说明书摘要，第0011-0013段）：本发明的道路纵断面测量系统采用两个加速度计和一个激光位移传感器，其中两个加速度计频响区域不同，两个频响范围加起来覆盖从0Hz到1Hz的全部频率空间，这样可以防止信息丢失，从而更准确地测量桥梁纵向位移。 虽然对比文件2在测量系统中采用不同频响范围的两个加速度传感器，也可以认为这两个传感器具有不同计量性能，但这两个加速度传感器并非用于地震检测仪当中分别针对垂直地震波和水平地震波进行测量具有不同动态范围的非对称结构地震动传感器，因此对比文件2未公开在不同感测方向上具有非对称结构的地震动传感器，同时对比文件2与本申请的技术领域、测试对象以及所解决技术问题均有较大不同，对比文件2也并不能给出在地震检测仪采用针对垂直地震波和水平地震波进行测量具有不同动态范围的非对称结构地震动传感器以同时进行地震预警与烈度速报的技术启示。
同时，在参考文献1即地震标准《地震观测仪器进网技术要求烈度速报与预警观测仪器》中，其中“关于地震烈度仪技术要求的确定”部分公开了地震烈度仪也用于强震动预警，其预警参数主要依据P波估算，P波振幅仅为S波振幅的几分之一，为可靠估算预警参数，即现有技术中公开了地震波中P波、S波具有不同传播时间和传播能量以及P波可以用作地震预警参数的技术特征。同时该标准中也进一步说明“中国地震局地壳应力研究所、成都高新减灾研究所、珠海泰德优先公司等单位应用MEMS加速度传感器研发了用于地震烈度估算和强震动预警的观测仪器，这类观测仪器若使用一般的廉价高灵敏度MEMS加速度传感器，其动态范围只有60dB左右；若采用专为物探开发的MEMS加速度传感器，则动态范围可达110dB”， 即现有技术中公开了用于地震烈度估算和强震动预警的观测仪器的加速度传感器可具有不同动态测量范围，且动态范围不同，其成本价格不同。但是其中并未提及针对地震波的P波和S波之间的能量差异特点而专门设计在垂直方向和水平方向上具有不同动态范围性能的、非对称结构的加速度传感器以同时进行烈度估算和震动预警，也并未有相应的技术启示。
参考文献2即专利文献CN102256379A中公开了一种地震救援人员生命信息采集系统，其中采用热对流式三轴加速度传感器采集生命信息ADXL330传感器， 其X和Y轴的带宽与Z轴带宽不同，可以认为其是一种非对称的、在不同方向具有不同计量性能的加速度传感器，但是通过查阅ADXL330的芯片手册可知，该传感器是由于其自身结构特点，即该芯片在Z轴方向的几何尺寸小于其在XY轴平面的几何尺寸，而在不同方向具有不同的带宽性能，并非是针对采集信号的频率范围不同而设计为垂直和水平具有不同带宽的加速度传感器，并且其是用于救援过程中进行生命信息采集，也并不能给出在地震检测仪中采用针对垂直地震波和水平地震波具有不同动态范围的非对称结构地震动传感器以同时进行地震预警与烈度速报的技术启示。
参考文献3即专利文献CN104732728A公开了一种智能终端预警地震系统，其中提及智能终端包括三轴加速度计，并且说明三轴加速度计采集Ｐ波信号和Ｓ波信号，也说明横向加速度信号的起振时间晚于纵向加速度信号的起振时间，但是其中并未提及三轴加速度计自身在动态范围的设计上具有非对称性，也并未给出在地震检测仪中采用针对垂直地震波和水平地震波具有不同动态范围的非对称结构地震动传感器以同时进行地震预警与烈度速报的技术启示。
而目前为也未有其他证据表明在地震检测仪中采用针对垂直地震波和水平地震波设计不同动态范围的非对称结构地震动传感器以同时进行地震预警与烈度速报的相关区别技术特征是本领域公知常识，并且由于这些区别技术特征，权利要求１的技术方案可通过非对称的特定传感器设计能够同时进行地震预警与烈度速报的方式并且节省成本，具有有益技术效果，因此权利要求１相对于上述对比文件1-2和参考文献1-3所公开的技术内容具有创造性。
基于以上分析，权利要求1相对于上述对比文件具有突出的实质性特点和显著的进步，符合专利法第22条第3款有关创造性的规定。基于独立权利要求1具有创造性，其从属权利要求2也具有创造性。
3.关于驳回决定和前置意见
在驳回决定和前置意见中认为， 参考文献1即地震标准《地震观测仪器进网技术要求烈度速报与预警观测仪器》中公开了地震波中P波、S波特征，包括地震波是由地震源向四周辐射的弹性波，按传播方式分为P波、S波，P波是推进波，传播速度较大，破坏性较弱；S波是剪切波，传播速度较慢，破坏性较强；同时，该参考文献1以及对比文件2等现有技术也公开了不同计量性能加速度传感器的技术特征，不同计量性能的传感器成本不同，在此基础上，本领域技术人员有动机对现有技术中的地震监测仪进行改进，采用价格相对较高、动态范围大于90db的传感器捡拾P波信号，用于地震预警；采用价格相对较低的传感器捡拾S波信号，用于地震烈度计算，在进行地震预警、烈度计算的同时，降低仪器成本，这并不需要付出创造性劳动。
对此合议组认为，如前述对于权利要求1创造性的评述，对比文件2中是同时使用两个频响范围不同的加速度传感器来检测同一方向上的加速度，即对比文件2中采用频率范围为0～200Hz的石英挠性加速度计和频率范围为0.5～10KHz的ICP加速度计进行组合以覆盖同一方向上的0～1KHz频率区的振动测量，而并非采用具有非对称结构的垂直和水平方向动态范围不同的加速度传感器，也未有相应的技术启示。虽然参考文献1当中说明了地震波Ｐ波、S波的不同传播特性，给出了针对P波和S波进行测量的加速度传感器的动态范围，并且也说明了动态范围不同的加速度传感器成本不同，但是并未提及针对地震波的传播特性设计非对称结构的垂直和水平方向动态范围不同的加速度传感器，也并未给出技术启示。并且，参考文献1在第5.10节关于地震烈度仪技术要求的确定（第16-17页）部分所记载的是“由于地震烈度仪也用于强震动预警，其预警参数主要依据P波估算。一般来说，P波振幅仅为S波振幅的几分之一，为可靠估算预警参数，要求P波数据记录应具有一定的信噪比，由此确定地震烈度仪的测量范围和噪声水平：……。由此可得地震烈度仪的动态范围为80dB。……大于80dB动态范围的MEMS加速度计已有供货。特别是为石油勘探而开发的大动态、高分辨率MEMS加速度计，其动态范围已达110dB”，根据其上下文的相关表述可知，参考文献1实际给出的教导是为了使地震烈度仪能够同时用于强震动预警，其需要在整体上提升仪器的动态范围性能（可参见中华人民共和国地震行业标准DB/T59-2015，地震观测仪器进网技术要求 地震烈度仪，发布日期：2015年01月28日，第4.2节主要技术指标，表1地震烈度仪的主要技术指标，5动态范围，观测数据仅用于仪器地震烈度测算时>60dB，观测数据同时用于仪器地震烈度测算和地震预警时>80dB）；本领域技术人员基于该技术教导，不会想到设计在垂直和水平方向上具有不同动态范围性能的非对称结构的地震动传感器。在其他参考文献2和3中，同样也未采用垂直和水平方向动态范围不同的加速度传感器，同时未有相关技术启示。基于以上理由，对比文件1和2以及参考文献1-3的结合并不能影响本申请权利要求的创造性。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018 年11 月01 日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在本决定所针对文本的基础上对本发明专利申请继续进行审查。
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,请求人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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