基于國內人工魚礁專利數據的造型分類體系及智能檢索平臺構建

中圖分類號：TP391.3;S953.1 DOI：10.12339/j. issn.1673-8578.2025.05.024

Construction of Modeling Classification Systemand Intellgent Retrieval Platform Based on Domestic Artificial Reef Patents//LIU Yuxiang

Abstract：Aimingattheproblemofrepetitiveresearchanddevelopmentandinovationstagnationcausedbythedispersedpatentliteratureandlowretrealfcienyintefeldoftifialrfesigtissdypropsastylngcasifcationmetodbasedodostic artificialefpatentsombidialysisoftfeldt，nddevelosantelignterevalplatfoupottti mizationoftedesignofartficialrefsforteedsofcologicalrestoration.Thispaperprovidessystematicandstandardeddatasupportforthedesigofartificialrefsbyintegratingpatentinteligenceandmarineengieeingneds，elpstheconstructionofmarie pastureandbodivesityprotectionndprovidesmethodologicaleferencefortheconstructionofros-feldpatentknowldgebase.

Keywords： artificial reef;modeling features ;patent search ;interactive website platform

人工魚礁的概念是在海床上戰略性地放置人造結構，目的是改善海洋生態環境，促進漁業資源的恢復，或實現特定的生態目標[1-2]。人工魚礁的基本目標是復制天然魚礁的結構和功能特征，從而為海洋生物提供棲息地、繁殖環境和結構支持系統[3]。這一過程有助于恢復和振興受損的海洋生態系統。隨著海洋生態修復目標和漁業資源增殖的不斷完善，人工魚礁的構造也經歷了進化，這種多樣化趨勢主要是由科學界對不同海域的生物群落特征、水動力環境和修復目標的認識所驅動的。

人工魚礁的流場效應、生態功能與其造型設計密切相關。盡管多型化、多功能的人工魚礁研究如雨后春筍般出現，但是這些人工魚礁的造型設計多以專利文獻形式分散存在，其分散性使得設計者在創新過程中難以快速獲取跨領域的關聯性技術方案。本文整合國內人工魚礁專利數據并構建分類檢索平臺，旨在解決技術、信息碎片化問題，推動設計標準化與創新高效化，最終服務于海洋生態保護與資源可持續利用的國家戰略。

1方法

1.1 構建人工魚礁專利分類數據庫

1.1.1 專利數據收集

① 數據庫選擇：覆蓋國家知識產權局專利檢索系統、國標網、SooPAT等主流平臺。 ② 搜索關鍵詞：人工魚礁等。

1.1.2 檢索策略優化

① 采用“布爾邏輯組合”提高查全率。 ② 利用專利引證關系追蹤關聯技術，挖掘其引用的造型設計專利。

1.1.3 數據清洗與去重

① 剔除非設計類專利，保留與造型直接相關的專利。 ② 通過專利摘要和權利要求篩選關鍵詞。

1.2 專利數據分類

（1）一級分類（功能導向）：按生態功能分為增殖型、養殖型、保護型等

（2）二級分類（造型特征）： ① 框架型； ② 浮型；③ 組合型； ④ 仿生型。此外，還有方型、三角型、異型等造型的人工魚礁。（3）三級分類（材料與工藝）：混凝土、生物炭復合材料、鋼混結構、廢舊材料再利用。（4）四級分類（應用方式與性能）：堆積應用、穩定性、抗傾覆、抗淤泥、擾流等

1.3 網站搭建和維護

根據上述對專利的收集、分類、處理，擬按照圖1的流程進行網站搭建。

圖1 網站搭建流程

1.3.1 前端交互模塊開發

前端系統圍繞用戶搜索需求構建交互界面，采用HTML/CSS實現基礎框架與視覺設計，JavaScript驅動核心功能。頁面布局采用三欄式結構：頂部固定導航欄展示系統標題，中部交互區集成搜索框與功能按鈕，底部動態加載專利數據表格。針對不同設備屏幕尺寸，通過媒體查詢（MediaQuery）實現響應式適配，確保移動端操作體驗流暢。

交互設計上，搜索框支持實時輸入監聽，用戶每輸入一個字符即向后端發送預測請求，在輸入框下方彈出智能建議列表；點擊搜索按鈕后，通過異步請求獲取專利數據，采用DOM操作動態渲染表格，并對匹配的關鍵詞添加黃色背景高亮標記

1.3.2 后端服務模塊構建

基于Flask框架搭建的RESTfulAPI服務，包含數據處理、業務邏輯和接口管理三大核心功能。數據處理層通過Pandas庫對原始Excel專利數據進行清洗，處理缺失值與異常格式后，轉換為輕量級JSON結構存儲。業務邏輯層實現關鍵詞檢索算法，采用倒排索引技術提升查詢效率，支持多條件組合篩選。接口層設計有三個核心端點： ① search：接收關鍵詞與過濾參數，返回匹配的專利列表; ② /sug-gest：根據輸入片段提供實時搜索建議； $＼textcircled{3} / ＼textcircled { ＼scriptsize { ＼mathrm { a i } } } _ { - }$ search：調用預訓練模型實現語義檢索。

服務部署采用Gunicorn作為WSGI服務器，通過多線程機制支持并發請求處理，配合Nginx實現請求分發與靜態資源托管。

1.3.3 系統運維與優化

建立全生命周期維護體系，涵蓋數據更新、性能調優和安全防護。數據更新流程每月自動執行，通過Python腳本檢測新版Excel文件變更，增量更新JSON數據庫并觸發服務重載。

性能優化方面，引入Redis緩存高頻檢索結果，將熱門查詢響應時間從1.2秒降至0.3秒；采用WebWorker技術分離前端計算任務，避免界面卡頓。

2結果

2.1 平臺功能

① 支持文本、AI語義兩種檢索方式，實現人工魚礁的圖像與專利匹配。 ② 檢索輔助與適配推薦：在用戶搜索相關專利時，平臺依據專利內容分析并提供適合的水域信息。結合專利中的造型、材料等關鍵要素，為用戶推薦適配不同水域環境的人工魚礁設計方案，幫助設計者快速篩選出符合特定海域條件的專利參考。 ③ 實時更新專利技術演進路徑。

2.2 實際應用效果

2.2.1專利檢索與整合效率提高

基于多源數據整合與語義分析算法，平臺實現了對人工魚礁專利技術的高效檢索，用戶通過輸入“方型”“抗腐蝕”等復合條件的關鍵詞，可在1秒內獲取匹配度高于 90% 的專利案例。分類平臺可減少設計者 80% 以上的文獻篩選時間，避免重復研發。

2.2.2 AI的智能決策

本平臺借助阿里云通義千問API（Qwen-Turbo模型）進行AI語義檢索，深人分析用戶需求和專利數據中的各項關鍵信息。同時，通過對大量專利數據和實際應用案例的學習，平臺能針對不同的應用場景，智能推薦最適合的專利技術方案，幫助人工魚礁設計者避免因選擇不當導致的資源浪費，實現真正意義上的決策支持和成本優化。本系統通過模塊化設計與分層實現，在保證基礎檢索功能穩定性的基礎上，逐步擴展智能搜索與數據分析能力。

3討論

3.1 創新突破

人工魚礁作為海洋生態修復與漁業資源增殖的重要載體，其設計創新直接關系到海洋牧場的生態效益與可持續性[4]。隨著全球海洋治理需求的提升及我國“海洋強國”戰略的推進，人工魚礁技術已從單一結構設計向生態適應性、功能多樣化的方向快速發展。構建一個整合多維度分類體系、支持智能檢索的平臺，既是技術發展的必然需求，也是響應國家生態戰略的重要舉措。

本研究提出的“造型一功能一海域適配性”關聯模型及構建的智能檢索平臺，通過構建多級分類體系，首次將生態功能、材料屬性與海域適配性納入分類框架，實現了專利數據的精細化標注。這一創新彌補了傳統分類的維度缺失，為設計者提供了從“功能需求”到“技術方案”的映射路徑。此外，平臺引入的AI語義檢索與動態知識圖譜技術，進一步突破了傳統檢索的機械性限制，能夠挖掘專利間的隱性關聯，突破了傳統分類體系的局限性，該平臺首次將專利情報與海洋工程需求深度結合，為跨學科知識管理提供了新范式，為人工魚礁設計提供系統性支持，同時降低了研發成本，促進技術共享，進而推動海洋生態保護目標的實現

3.2 未來展望與潛在挑戰

未來可從以下方向深化研究： ① 數據擴展與國際化整合，即當前平臺主要整合國內專利數據，而國際人工魚礁技術標準與專利文獻尚未納入系統。未來可通過接人WIPO（世界知識產權組織）等國際數據庫，構建全球化的專利知識庫，為技術引進與跨國合作提供支持。同時，加強多語言數據處理能力，以應對非中文專利的語義解析挑戰。 ② 算法優化與智能決策升級，即現有平臺的AI服務基于通義千問模型實現語義檢索，但在復雜場景下的決策能力仍有提升空間。未來可引入深度學習模型，結合人工魚礁的水動力實驗數據，訓練專用推薦算法。

參考文獻

[1]ROUSES，PORTERJS，WILDINGTA.Artificial reef design affects benthic secondary productivity and provision of functional habitat[J].Ecology and evolution，202O，10（4） ： 2122-2130.

[2]THIERRY JM.Artificial reefs in Japan-A general outline [J]. Aquacultural engineering，1988，7（5） ：321-348.

[3]ROUNSEFELL G A. Ecological effects of offshore construction[J].Journal of marine science，1972，2（1） ：1- 119.

[4]楊龍，高珊，馮義楷，等.海洋牧場人工魚礁群探測及空 方量測算方法[J].水產學報，2024，48（11）：73-81.