面向产品概念设计的专利地图技术研究

论文摘要

专利是产品概念设计阶段必须考虑的重要因素。一方面,利用专利资源中蕴含着巨大的知识存量,有助于促进产品概念设计阶段的创新活动。另一方面,在概念设计阶段考虑专利因素有助于避免技术重复和发现潜在专利冲突,减少因专利侵权带来的损失。专利地图是一种重要的专利分析工具。本文中所述专利地图是指把专利信息,特别是权利要求书、说明书、专利图片等非结构信息,进行“地图化”的一系列过程。国际上专利地图的研究及相关软件很多,但大多数只关注英文发明专利,语种和专利类型的局限性都很大;国内专利地图的研究还刚刚起步,尚没有专门针对概念设计的专利地图研究。因此,本文以中国大陆地区专利为研究对象,研究面向产品概念设计的专利地图技术。从专利全文的角度看,发明专利和实用新型专利都是以文字描述为主、图片描述为辅,其专利文献结构基本相似;本文将这两种专利类型并称为技术专利进行讨论。在外观设计专利中,产品图片是其专利全文的主体,文字说明仅为辅助手段,本文采用基于内容图像检索技术进行处理。技术专利文献文辞冗长、文字晦涩,针对技术专利文献,首先研究技术专利的词汇处理技术,提出了基于统计和规则的新词识别方法、基于同义词词林的语义度量技术和新词释义方法;并以此为基础绘制专利词汇分布地图。由于技术专利文献结构规范,本文还研究了专利文献的结构化分析技术,并在此基础上提出了基于同义词群的技术专利特征的提取和表达方法。最后,依据“具有大量相同概念的文档是相似的”这一判断,采用文本聚类技术进行处理,借助动态SOM网络完成技术专利的聚类过程。对于设计专利,为挖掘专利图片资源中蕴涵的丰富信息,将基于内容的图像检索技术应用于专利地图过程中,提出了基于专利图片的产品外观设计专利分析技术。借助基于内容的图像检索技术提取外观设计专利图片的颜色、纹理和形状特征,通过相关反馈确定权重,据此计算外观设计专利的相似性并完成专利聚类。在上述内容的基础上,本文讨论了专利地图可视化及交互技术,提出了对专利聚类树沿三个方向进行映射,得到树状结构专利地图、散点结构专利地图和平行坐标专利地图;以词汇语义和词频为基础生成了词汇分布专利地图;并基于Flex技术提出了专利地图的可视化和交互架构。最后,开发实现了面向产品概念设计的专利地图系统GIST,并给出锁、塑料凳等产品的专利地图实例。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 专利地图的定义
• 1.3 研究目标与内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 专利地图相关概念及现状
• 2.1 专利相关概念
• 2.2 专利地图分析方法
• 2.2.1 专利分析方法
• 2.2.2 专利地图绘制流程
• 2.3 国内外专利地图研究及应用现状
• 2.4 国内外专利地图软件现状
• 2.4.1 国外专利地图软件
• 2.4.2 国内专利地图软件
• 2.5 专利地图相关技术
• 2.5.1 技术专利地图技术
• 2.5.2 设计专利地图技术
• 2.6 本章小结
• 第3章 技术专利词汇处理
• 3.1 引言
• 3.2 技术专利新词识别
• 3.2.1 中文新词识别技术
• 3.2.2 技术专利新词特征
• 3.2.3 技术专利新词识别流程
• 3.2.4 新词识别实验
• 3.3 专利词汇语义度量
• 3.3.1 词汇相似的定义
• 3.3.2 词汇语义相似度判断方法
• 3.3.3 基于《同义词词林》的语义相似度计算
• 3.3.4 专利词汇语义实验
• 3.4 技术专利新词释义
• 3.5 本章小结
• 第4章 技术专利聚类技术
• 4.1 引言
• 4.2 文档聚类算法
• 4.2.1 文本聚类流程
• 4.2.2 文本表示
• 4.2.3 文本距离度量
• 4.2.4 典型文本聚类算法
• 4.3 技术专利结构分析
• 4.3.1 技术专利结构类型
• 4.3.2 专利说明书结构分析
• 4.3.3 权利要求书结构分析
• 4.4 技术专利特征表达及距离计算
• 4.4.1 基于近义词群的文档特征表达
• 4.4.2 专利说明书语义向量表达及距离计算
• 4.4.3 权利要求书语义向量表达及距离计算
• 4.5 基于动态SOM的专利聚类
• 4.5.1 经典SOM网络
• 4.5.2 动态SOM网络
• 4.5.3 基于动态 SOM的专利聚类过程
• 4.5.4 增量技术专利归类
• 4.6 聚类算法评价
• 4.6.1 聚类算法评价方法
• 4.6.2 专利全文聚类实验
• 4.6.3 结构化聚类实验
• 4.7 本章小结
• 第5章 设计专利聚类技术
• 5.1 引言
• 5.2 设计专利特征值的计算
• 5.2.1 设计专利图片的特点
• 5.2.2 图片预处理
• 5.2.3 颜色特征提取
• 5.2.4 纹理特征提取
• 5.2.5 形状特征提取
• 5.3 设计专利相似性度量
• 5.3.1 距离的计算
• 5.3.2 权重的调整
• 5.4 设计专利聚类过程
• 5.4.1 凝聚式专利聚类过程
• 5.4.2 增量设计专利归类
• 5.5 本章小结
• 第6章 专利地图可视化及交互技术
• 6.1 引言
• 6.2 基于聚类的专利地图
• 6.2.1 聚类专利地图的概念
• 6.2.2 树状结构专利地图
• 6.2.3 散点结构图的映射生成
• 6.2.4 平行坐标专利地图
• 6.2.5 专利地图元素的提取
• 6.3 基于词汇分布的专利地图
• 6.3.1 词汇分布专利地图基本原理
• 6.3.2 词汇分布专利地图的生成
• 6.3.3 词汇分布专利地图交互
• 6.4 基于Flex的专利地图实现
• 6.4.1 信息可视化实现工具
• 6.4.2 Flex技术特点
• 6.4.3 基于Flex的专利地图可视化架构
• 6.5 本章小结
• 第7章 系统设计实现与应用实例
• 7.1 系统设计实现
• 7.1.1 网络拓扑结构
• 7.1.2 专利地图分析流程图
• 7.1.3 系统主要功能模块
• 7.1.4 系统主要数据流程
• 7.2 系统应用实例
• 7.2.1 技术专利地图绘制实例
• 7.2.2 设计专利地图绘制实例
• 7.3 本章小结
• 第8章 总结和展望
• 8.1 主要工作
• 8.2 创新点
• 8.3 下一步工作
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果
• 附录
• 1 技术专利聚类及命名实验结论统计
• 2 锁实例的新词列表