轨道交通技术知识产权情报分析

轨道交通是一个集多专业、多工种于一身的复杂系统，包括铁路运输、高速铁路、地铁、轻轨、有轨电车等依赖轨道而实现的交通工具。

随着全球经济的发展，轨道交通因具有运量大、准时性强、速度快、相对舒适安全、空间利用充分、环境污染低等特点，成为解决目前城市道路拥堵、环境污染和安全问题的根本出路。

表1 轨道交通技术分类

技术分类		技术内涵说明
铁路建筑	轨道结构	道碴、一般结构、横向或纵向轨枕、钢轨护轨、转辙器/交叉、轨枕或类似物上固定轨条、钢轨接头、防止人脚陷入企口轨条的防护装置、与轨道相连接的牲畜防护装置、防尘防冻降噪设备、特种铁路轨道
	道床或轨道的铺设、养护、翻新或取出及工具	道碴的铺设、翻新、养护、清筛或取出及工具，铺设、再建或取出轨道及工具，在轨道内或轨道上加工钢轨、轨枕、支承板或类似构件，提升移动或不提升移动轨道的机械或设备，修筑轨道用的测量仪器或设备的应用
铁路系统	系统	常规系统（车站、站台、铁路网、编组）、高架系统、缆索系统、其他系统（齿轨、单轨、磁悬浮）、组合系统
	机车分类	原动力型（蒸汽、电力、内燃机、其他）、传动型、牵引力型、专门用途、其他类型
	车辆种类	客车、货车、罐车、矿车、漏斗车、倾卸车、电车、其他
	车辆部件	车体、门、踏梯、窗、活动车顶、装载工具
	内部装置	空气调节、卧铺、卫生设备、座席、照明、其他陈设、附件（标志票插、覆盖物、货物固定）
	悬架	底架、转向架、装配连接
	行走装置	换轨装置、防脱轨装置、触轨元件
	车轮装置	车轮布置，轴箱，轴箱的润滑，护轮罩、缓冲器、障碍物清除器
	连接装置
	牵引装置
	缓冲装置
	制动减速装置	制动器的配置、轨道制动器、专用制动器、执行机构、磨损补偿
	移位调车	转车移车台、调车拖运推进装置
	辅助设备	车辆装备（运动中传送负载、连接、或脱开、脱轨复轨）、轨道装备（润湿润滑、测试测量、止动减速）、机车保养
	交通安全	沿线设备、信号装置、交通管理

1全球轨道交通宏观态势分析

截止2016年7月21日，共检索到轨道交通相关专利476159件，合计为专利家族287444个^[1]。近3年的专利存在公开时滞，仅供参考^[2]。

（1）全球申请趋势

图1 轨道交通专利申请趋势

自1825年9月17日英国第一条铁路建成并投入使用以来，世界轨道交通发展经历了初创、蓬勃、调整、高潮的发展轨迹，与之伴随的是轨道交通专利申请的萌动、剧增、迂回、新高趋势（图1）。

20世纪60年代，随着日本、法国、意大利、德国等国家相继建成高速铁路，轨道交通的专利申请量急剧增长，特别是1973年世界爆发了能源危机之后，轨道交通建设迅速发展。中国的轨道交通建设开始时间较晚，但是发展比较迅速，于1999年进入了蓬勃发展阶段。

进入21世纪，轨道交通专利增长趋势更加明显，2009年起每年的专利申请量均突破万件，预计未来几年的专利申请量仍会持续增加。

（2）全球专利布局

图2 轨道交通主要市场技术来源^[3]

轨道交通领域的全球专利布局广泛，日本、美国、德国是轨道交通产业的最主要市场，其中日本的专利受理量远超其他国家/地区，是全球最受关注市场。中国的轨道交通产业经过多年的迅速发展，已经成为全球第四大专利受理国。另外，还有7000多件向世界知识产权组织（WIPO）提交的PCT申请。

图2以日本、美国、德国、中国和法国5个国家作为轨道交通主要市场，进行各国的技术来源分析。从图2的柱状图分析可得轨道交通5大主要市场的技术来源均以本国为主，法国的国外技术来源比例最高，其次是德国，日本的国外技术来源比例最低。

从各大市场的国外技术来源占比分析（饼图），日本的主要技术来源国是美国，美国、中国、法国的主要技术来源国均是德国，而德国的主要技术来源国是奥地利。

法国和德国在轨道交通技术领域的国内外布局较强；在中国市场布局的专利申请主要来自美国、日本和德国。

（3）全球研发机构

轨道交通全球专利权人的情况从专利权人的财力、技术实力等角度综合分析，见图3。

图3纵坐标通过对专利权人公司的年营业收入（Revenue）、研发中心数量（Locations）和法律诉讼额（Litigation）三个指标进行综合统计分析，反映专利权人的公司实力，统计值越高，代表该专利权人的公司实力越强；横坐标通过对各个专利权人在相关技术领域内的专利数量（Patents）、专利分类（Classifications）和专利引用（Citations）三个指标进行综合统计分析，反映专利权人在相关技术领域的专利技术实力，统计值越高，代表该专利权人在该技术领域的专利技术实力越强；气泡的大小代表专利权人的专利申请量（单位：件）。

图3 轨道交通全球主要专利权人

从图3可以看到轨道交通全球TOP20专利权人，德国西门子公司（Siemens）、奥地利普拉塞.陶依尔公司（Plasser & Theurer）和日本日立公司（Hitachi）是轨道交通申请量最多的TOP 3专利权人。

从纵坐标看，美国通用电气公司（General Electric）公司实力最强，其次是西门子公司和日立公司。从横坐标看，西门子公司专利实力最强，其次是通用电气公司和法国阿尔斯通公司（Alstom），日立公司与阿尔斯通公司的专利实力相差不大。

中国南车股份有限公司（CSR）（现中国中车股份有限公司）是中国唯一进入全球前20的公司，排名第8，其公司实力和专利技术实力在TOP20专利权人排名中均居中。

（4）全球轨道分支技术布局

轨道交通两大类技术（轨道交通建筑，图中绿色；轨道交通制造方向，图中橘色）17个子技术的全球专利布局如图4所示。

轨道交通制造方向的专利布局密度远高于轨道交通建筑方向。其中，轨道结构技术是轨道交通建筑方向的专利布局重点技术。交通安全、系统和车辆部件是轨道交通制造方向的专利布局重点技术。另外，悬架、车辆种类、内部装置也是轨道交通制造方向专利布局比较密集的技术方向。

这与制约轨道交通产业发展的关键技术一致，在轨道基础建设方面，国外现代化的轨道结构十分重视现代化的各种轨道基础和无缝线路的应用；信号系统方面世界先进的铁路通信信号技术主要体现在微机联锁技术、多信息微机移频自动闭塞系统、驼峰推峰机车遥控系统、列车实时跟踪系统、综合调度系统、列车自动控制系统、无线通信系统、卫星通信、系统等的研究与应用^[4]，通过智能化的轨道交通系统保障安全运营。

图4 全球轨道交通技术方向专利布局^[5]

2中国轨道交通宏观态势分析

截止2016年8月11日，共检索到中国受理的轨道交通相关专利41132件，发明申请15868件（其中有6499件专利获得授权），实用新型25264件。

（1） 中国申请/授权趋势

伴随着我国城镇化进程和经济的崛起，中国的轨道交通产业经历了与世界其他国家尤其是发达国家完全不同的发展历程，具有明显的独特性^[6]，表现出开始时间晚，发展速度快的特点。

图5 中国轨道交通专利申请/授权趋势

（2）研发机构

中国在轨道交通领域超过60%的专利申请来自企业，大专院校和科研单位的申请占比合计不超过10%。

图6为中国轨道交通TOP30专利权人，南车青岛四方机车车辆股份有限公司和南车株洲电力机车有限公司的专利申请量远超其他专利权人，二者均是中国南车股份有限公司的龙头企业。

从图6的中国轨道交通TOP30申请人表格中还可以看出， TOP30申请人中有9个属于中国南车股份有限公司（紫色标识），8个属于中国北车股份有限公司（绿色标识）。

随着中国南车股份有限公司与中国北车股份有限公司的合并，实现了轨道交通产业的资源优化合理配置，合并后的中国中车股份有限公司显然成为轨道交通领域的主力军，拥有绝对的专利技术优势。另外，西南交通大学、北京交通大学、中国铁道科学研究院等大学和研究机构在中国轨道交通领域中占有一定技术创新优势。

同时进入中国轨道交通TOP30的还有西门子公司、日立公司等国外企业，是我国企业的强劲竞争对手。

图6 中国轨道交通专利权人

（3）地域研发优势

基于来源省/市的统计，中国轨道交通专利技术的主要来源省/市（见图7）是北京、江苏、山东，其他进入TOP10的省份还有湖南、四川、辽宁、上海、河北、河南、湖北。

北京成为中国轨道交通专利第一大省/市与其在政治、经济、人口等特殊环境下的轨道交通产业发展情况相符。北京是中国最早发展轨道交通的城市，地铁1号线始建于1965年，1969年建成通车。2000年以后，以筹备和举办奥运会为契机，北京的城市轨道交通网络快速扩张。

江苏以其第二经济大省的优势给予了轨道交通产业良好的发展环境。山东省虽然地铁城市较少，但其较快的经济发展也推进了其交通装备制造产业的发展。

图7 中国轨道交通专利省/市排名

（4）专利维持状态

据图8显示，中国轨道交通专利类型以实用新型居多，占比61%。实用新型专利目前授权有效14577件，权利终止9497件，放弃1145件，撤回23件，全部无效20件，全部撤销2件。

发明申请中，目前授权有效的专利数量5246件，处于审中状态（包括公开、实质审查）的专利数量5617件，失效专利（包括撤回、驳回、放弃、权利终止）的专利数量5002件。

发明申请的撤回比例较高，值得关注。

图8 中国轨道交通专利当前法律状态

（5）重点专利

图9 中国轨道交通重点专利

利用Incopat筛选专利价值度大于9的专利作为重点专利，共1067件，其中发明939件，实用新型128件（见图9）。

轨道交通技术领域的中国重点专利主要来自外国申请机构，德国、日本、美国的企业占比较大，日本的日立公司、美国的通用电气公司和德国的西门子公司的重点专利在30件以上。中国申请人中仅铁道部运输局和北京交通大学两家机构进入TOP 20名单，且重点专利布局数量并不突出。

（6）中国技术方向布局

图10 中国轨道交通技术方向专利布局

针对轨道交通技术进行技术分类后，中国在各个分支技术的专利布局如图10所示，图中绿色表示轨道交通建筑方向的子技术，橘色表示轨道交通制造方向的子技术。

与全球布局一致，轨道交通制造方向的专利布局密度远高于轨道交通建筑方向。其中，轨道结构技术是轨道交通建筑方向的专利布局重点技术。

与全球布局不同之处在于，内部装置和交通安全是中国轨道交通制造方向的专利布局重点技术。与全球布局悬殊较大的技术是悬架和牵引装置。

在中国轨道交通建筑方面，来自奥地利的弗兰茨普拉塞铁路机械工业股份有限公司、中铁第四勘察设计院集团有限公司具有较强实力；在轨道交通制造领域，排在前5位的均为中国企业，南车青岛四方机车车辆股份有限公司的专利布局数量最多。

3小结

（1）中国轨道交通技术布局与全球布局存在差异

日本、美国、德国、法国的国外布局广泛，而中国的海外专利布局力度有待加强。

轨道交通制造方向的技术布局存在差异：内部装置和交通安全是中国轨道交通制造方向的专利布局重点技术，交通安全、系统、车辆部件和悬架是全球轨道交通制造方向的专利布局重点技术。

（2）国际轨道交通企业具有较强研发实力

国际大型企业是轨道交通专利的主要申请人，具有较强的技术储备。德国西门子公司（Siemens）、美国通用电气公司（General Electric）和日本日立公司（Hitachi）是全球轨道交通领域实力较强的公司，中国仅中国中车股份有限公司是进入排名前20。

（3）中国轨道交通技术研发实力地域差别明显

中国轨道交通技术领域的主要专利权利人来自企业，南车青岛四方机车车辆股份有限公司和南车株洲电力机车有限公司的专利申请量较大。

北京、江苏和山东是轨道交通产业技术密集省/市，研发优势明显。

中国轨道交通技术的有效专利占全部专利申请量的比例不足一半，发明专利申情撤回比例较高。