基于知識圖譜和專利地圖的科技競爭態勢分析方法研究

王興旺　尚建翠　高衛衛　張云

〔摘 要〕該文以科技競爭態勢分析為目標，從科學與技術的關聯性角度，通過充分挖掘、結合學術論文和專利數據所包含的信息，將科學研究與技術研發兩方面結合起來，設計研究出基于知識圖譜和專利地圖的科技競爭態勢分析方法。通過多個不同角度和緯度的分析，采用知識圖譜和專利地圖對分析結果進行可視化揭示，最終從科技競爭環境、科技創新環境、競爭機構和人才三方面，對科技競爭現狀和趨勢進行揭示和描述，能有效協助、引導科技創新活動的開展。同時，以張力腿平臺（TLP）科技領域為例，對所設計的科技競爭態勢分析方法的實用性進行實證分析。

〔關鍵詞〕知識圖譜；專利地圖；科技競爭態勢分析；科技創新

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.09.020

〔中圖分類號〕G250252 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821（2015）09-0105-06

〔Abstract〕This paper presented a method of science and technology competitive situation analysis based on knowledge mapping and patent map from the perspective of the relevance of science and technology，which using academic papers and patents information together.The status and trends of science and technology competition could be disclosed and described from three aspects，Sci.& Tech.competitive environment，Sci.& Tech.innovation environment，competitive organizations and persons，through using knowledge mapping and patent map to reveal the analysis results visually from different views.It could assist and guide the Sci.& Tech.innovation activity effectively.At the same time，the method of Sci.& Tech.competitive situation analysis was demonstrated to be practical by the example of Sci.& Tech.domain of Tension Leg Platform（TLP）.

〔Key words〕knowledge mapping；patent map；science and technology competitive situation analysis；science and technology innovation

黨的十八大做出了實施創新驅動發展戰略的重大部署，強調科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。在開展科技創新活動當中，十分有必要對當前的科技競爭態勢有清醒的認識和深刻的把握，否則科技創新活動就可能遭遇失敗或者走彎路。現今，國際競爭呈現出越來越激烈的態勢，這就越發要求采用科學的方法和手段來進行科技競爭態勢的分析，正確把握科技競爭的客觀現狀，有效協助、引導科技創新活動的開展。

1 研究思路與方法

11 研究思路

科技競爭是一個較寬泛的概念，本文所指科技競爭主要是從競爭態勢的角度來看待科學與技術的研究與發展狀況。這種理解既不同于技術競爭，也不同于科技競爭力：技術競爭僅指技術層面，并不包含科學研究方面；科技競爭力重在對科學技術水平進行比較和評價。

進行科技競爭態勢分析的方式方法多種多樣，相關研究也較多。本文主要從科學與技術的關聯性角度，將科學研究與技術研發兩方面結合起來，進行科技競爭態勢分析研究。這主要是考慮到現代科學與技術之間的發展演變日益加快，特別是在高新科技領域，產品的開發、產業的發展不再只依賴于相關技術的研發，同樣取決于相關基礎理論（科學）研究的水平和進展。因此，結合利用科學研究與技術研發兩方面的信息，進行科技競爭現狀及趨勢的分析，迎合了當下科技時代的發展需要，具有一定的現實意義。

科學知識一般包含在圖書和學術論文當中，技術知識一般包含在專利文獻當中。因此，了解某一領域的科技狀況可以通過收集、整理、分析該領域的圖書、學術論文、專利等文獻來實現。具體到進行科技競爭分析時，一般主要從學術論文和專利兩方面，獲取相關科技文獻并進行分析，以達到掌握科技競爭狀況的目的。

目前，結合利用學術論文和專利信息進行科技競爭分析方面的研究尚較少。卞志昕（2009）提出在專利地圖的基礎上增加學術論文相關信息，制作出技術情報地圖[1]；該研究的目標仍限于技術情報層面。陳韞春（2010）提出基于科研論文和專利的視角，分析我國科研現狀和存在的問題[2]；該研究僅進行理論層面探討，并未做進一步的深入研究或實踐。陶蕊等（2013）基于論文和專利數據進行中美清潔煤技術研發實力與合作趨勢分析[3]；該研究僅針對中美兩國進行比較，比較的角度也僅限研發實力、研發機構兩方面。余敏杰等（2014）將論文引文分析與專利分析相結合，分析微結構光纖技術及其產業的發展態勢[4]；該研究以專利信息分析為主，對于論文信息僅進行引文分析。王曼娜等（2014）基于博碩士論文與專利的分析，了解我國再生水領域的研究和應用趨勢[5]；該研究重在通過論文和專利信息來了解有關研究進展。endprint

目前的相關研究，一方面沒有充分挖掘學術論文或專利數據所包含的信息，結合分析的角度不夠全面；另一方面，并未針對科技競爭態勢進行專門的研究。針對目前已有研究的不足，本文重點針對科技競爭態勢，充分挖掘、結合學術論文和專利數據所包含的信息，研究分析的方式方法，實現較深入全面掌握科技競爭現狀和趨勢的目標。

12 研究框架與方法

當前，最為有效的信息分析方式是借用先進的信息技術手段，采用可視化方法對分析結果進行形象化揭示和展示。對學術論文所包含的科學信息進行分析一般采用科學知識圖譜[6]，對專利所包含的技術信息進行分析一般采用專利地圖[7]。但無論是知識圖譜還是專利地圖，其本質均是采用可視化方法對科技信息分析結果進行形象化揭示，從靜態理解是指形象化表示后的有關科技信息的各種圖形表格、分布圖等，從動態理解是一種分析并形象化揭示科技信息的綜合性方法。

本文結合利用知識圖譜和專利地圖，將學術論文和專利信息分析結合在一起，實現對科技競爭態勢進行全面分析的目的，研究框架如圖1所示，即基于知識圖譜和專利地圖的科技競爭態勢分析方法。

由圖1可見，對于科技競爭態勢的把握，主要從科技競爭環境、科技創新環境、競爭機構和人才三方面進行分析揭露。

（1）科技競爭環境分析。主要從時間和空間兩個維度進行分析揭示。時間維度的分析即從歷史的角度來分析科技發展的趨勢，需要結合科學研究趨勢圖和技術研發趨勢圖來進行，或將兩者合二為一。空間維度的分析即從地域分布的角度來分析科技研發的主要區域及其水平，需要結合科學研究地域分布圖和技術研發地域分布圖來進行。

（2）科技創新環境分析。當前科技競爭的核心體現在科技創新，因此科技創新環境已成為了解科技競爭態勢的重要方面。學術論文和專利分別屬于知識創新和技術創新的最主要成果，因而可以結合科學研究熱點圖和技術研發重點及趨勢圖，來進行知識創新熱點和技術創新重點及趨勢分析，從而實現對科技創新環境的掌握。

（3）競爭機構和人才分析。科技的競爭就是人才的競爭，人才通常依靠機構（組織）的力量來開展科技研發和創新活動；因此，掌握科技競爭水平較高的機構和人才隊伍情況，也是了解科技競爭態勢的重要方面。競爭機構分析是為了挖掘出科技研發水平和實力較高的一些科技研發機構，需要結合科學研究機構實力圖和技術研發機構實力圖來進行。競爭人才分析是為了挖掘出科技研發水平和實力較高的一些科技研發團隊，需要結合科學研究團隊實力圖和技術研發團隊實力圖來進行。

2 實證——以張力腿平臺（TLP）為例

張力腿平臺（TLP）是海洋石油、天然氣工業從近海向深海發展過程中誕生的一種新型平臺，是我國重點發展的新興海洋工程裝備（海洋工程裝備產業是我國戰略性新興產業之一），它是一種垂直系泊，通過數條張力腿與海底的順應式平臺相接[8-9]。

在科技文獻數據的采集和獲取方面，學術論文數據采集自愛思唯爾（Elsevier）的Scopus數據庫，這主要是考慮到Scopus的數據較湯森路透（Thomson Reuters）的Web of Science數據更為全面；專利數據則是采自湯森路透（Thomson Reuters）的德溫特創新索引（DII）數據庫，該數據庫專利數據較全面、規范。在以上兩個數據庫中分別檢索、獲取張力腿平臺的學術論文和專利數據，共計獲得學術論文1 673篇、專利399件；由于以上數據的檢索時間為2015年初，而學術論文和專利信息的公開往往需要一定的周期，因此仍有部分2014年的數據還沒有公開，所以2014年的數據量會比實際的偏少一點。

采用本文上節所述研究框架和方法，繪制相應知識圖譜和專利地圖，對張力腿平臺的（國際）科技競爭態勢進行分析。進行數據分析及制圖的工具包括BibExcel[10]、Pajek[11]、VOSviewer[12]等。

21 TLP科技競爭環境分析

211 科技發展趨勢分析

統計有關張力腿平臺的歷年學術論文和專利數量，制作其科技研發趨勢圖，如圖2所示。

從圖2可見張力腿平臺的科技發展趨勢：理論研究（論文）比技術開發（專利）早五六年，且活躍程度要高不少，反映出張力腿平臺尚存在一些基礎性問題沒有得到很好的解決，導致其應用不是很廣泛、深入，但也說明其進一步研發的空間還很大；從歷史發展趨勢看，理論研究與技術開發的趨勢大體上一致；在20世紀80年代中期至90年代早期，出現過一次科技研發的高潮期，之后開始跌蕩式下降，在2001年左右陷入相對低谷期；自2002年左右科技研發活動又開始緩慢地反彈，直到近三四年，才開始出現爆發式增長并持續至今；目前，張力腿平臺的理論研究與技術開發均處在新的快速發展期。

212 科技研發地域分布分析

統計各國家/地區有關張力腿平臺的學術論文和專利數量，分別制作其科學研究和技術研發地域分布圖，如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可見世界主要國家/地區在張力腿平臺方面的科技研發實力和水平：美國無論是在基礎理論研究還是在技術開發方面，均具有絕對的領先優勢，在技術開發方面優勢更加的顯著；除美國之外的其他國家，中國和挪威的科技研發力量相對較強，挪威在理論研究方面稍強于中國，而中國則在技術開發方面稍強于挪威；其他具有一定科技研發實力的國家有英國、日本、澳大利亞等。

22 TLP科技創新環境分析

221 知識創新熱點分析

統計有關張力腿平臺的學術論文中關鍵詞的出現頻次，選擇出現頻次較高的關鍵詞進行共現分析，并制作共現圖譜，如圖5所示，即科學研究熱點圖。

從圖5可見，張力腿平臺的科學研究和知識創新熱點主要有4個方面：（1）基于平臺的石油開采技術，主要集中在海底取油立管及結構設計等方面；（2）系索系統研究，主要進行計算模擬、動態分析等；（3）平臺的結構分析和設計，主要考慮渦流和風力影響、疲勞性能和可靠性等；（4）平臺的動力響應分析，主要運用水動力學、有限元分析等方法。endprint

222 技術創新重點及趨勢分析

統計有關張力腿平臺的專利技術分類（IPC）情況，專利量較多的IPC類別即張力腿平臺的技術研發和創新重點；

從圖6可見，在近十年間（2005-2014年），關于張力腿平臺的技術創新活動（B63B35/44）呈現出增長趨勢，特別是在近幾年；在平臺的海上停泊方法上，對于錨泊技術（B63B21/50）的研發較多，尤其近幾年發展迅速，而對于系泊技術（B63B21/00）的研發則在近幾年急劇下降；在平臺設計和修建方法（E02B17/00）的研究上，近十年基本保持在相對較高水平，波動不大；在海底取油立管的設計（E21B17/01）上，技術研發波動性較大，曾在2007年和2012年左右出現研發高峰，其它時間內基本呈下降趨勢。

23 TLP競爭機構和人才分析

231 科技研發機構分析

分別統計有關張力腿平臺的學術論文和專利的發文機構和專利申請人情況，選擇發文量或專利申請量較多的機構（組織），分別制作其科學研究和技術研發機構實力圖，如圖7和圖8所示，這些機構即具有競爭力的張力腿平臺科技研發機構。

從圖7可見，在張力腿平臺基礎理論（科學）研究方面，國際上研究實力最強的機構是美國德州農工大學（Texas A and M University），其次是荷蘭皇家殼牌公司（Royal Dutch Shell）、康菲公司（ConocoPhillips）及挪威科技大學（Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet）。其他科學研究實力較強的機構還包括印度理工學院德里校區和馬德拉斯校區（Indian Institute of Technology，Delhi/Madras）、挪威國家石油公司（Statoil ASA）等。

從圖8可見，在張力腿平臺技術研發方面，國際上研發實力最強的機構是殼牌石油公司（SHELL OIL CO），其次是美國大陸石油公司（CONOCO INC）和美國海馬裝備有限公司（SEAHORSE EQUIP CORP），其他技術研發實力較強的機構還包括埃克森美孚（EXXON PRODN RES CO）、深水海洋科技有限公司（DEEPWATER MARINE TECHNOLOGY LLC）、維特克灰色公司（VETCO GRAY INC）等。

232 科技研發團隊分析

統計有關張力腿平臺的學術論文作者和專利發明人的出現頻次，選擇出現頻次較高的作者或發明人進行共現分析，并分別制作共現圖譜，如圖9和圖10所示，即具有競爭力的張力腿平臺科技研發團隊。

從圖9可見，最大的張力腿平臺基礎理論（科學）研究團隊是一個跨國組合，主要成員包括美國德州農工大學（Texas A and M University）的Kim，MH.、Kim，CH.、Niedzwecki，JM.、Natvig，BJ.，挪威科技大學（Norwegian University of Science and Technology）的Naess，A.，挪威Statoil公司的Teigen，PS等人。其次是美國德克薩斯大學奧斯汀分校（Univ of Texas at Austin）的研究團隊，主要包括Kim，SB.、Powers，EJ.、Fischer，FJ.、Hong，JY等人。其他較大的研究團隊包括以Chandrasekaran，S（論文發文量最多）為核心的印度理工學院（Indian Institute of Technology）團隊，以Kareem，A為核心的美國圣母瑪利亞大學（Univ.of Notre Dame）團隊等。

從圖10可見，最大的張力腿平臺技術研發團隊，是由獨立發明人LEVERETTE S J（專利發明最多）、RIJKEN O R、KIBBEE S E，以及殼牌石油公司的HUETE D A和KIPP R M等人組成。其次是以ALLEN D W、HENNING D L、MCMILLAN D W為核心的殼牌石油公司團隊。其他較大的研發團隊還包括韓國RES INST IND SCI&TECHNOLOGY團隊等。

3 結 語

本文以支撐科技創新活動為導向，以全面深刻把握科技競爭態勢為目標，從科學與技術的關聯性角度，通過充分挖掘、結合學術論文和專利數據所包含的信息，將科學研究與技術研發兩方面結合起來，設計研究出基于知識圖譜和專利地圖的科技競爭態勢分析方法。通過多個不同角度和緯度的分析，采用知識圖譜和專利地圖對分析結果的可視化揭示，最終從科技競爭環境、科技創新環境、競爭機構和人才三方面，對科技競爭現狀和趨勢進行揭示和描述。同時，以張力腿平臺（TLP）科技領域為例，實證了所設計的科技競爭態勢分析方法的實用性。

由于本文所做的研究是一種方法及應用的探討，在短時間內總結出來難免有所疏忽，其中的一些觀點和表述仍值得商榷。同時，仍有一些問題需要做進一步的探討和研究，如基礎理論（科學）研究（學術論文）與技術開發（專利）之間的關聯性、互動性問題等。這些研究中的不足和問題，需要在今后的研究中做進一步的改進和完善。

參考文獻

[1]卞志昕.技術情報地圖——專利地圖與學術情報的結合[J].科技情報開發與經濟，2009，19（16）：111-113，124.

[2]陳韞春.基于論文和專利的我國科研現狀分析[J].科技管理研究，2010，30（10）：14-15，19.

[3]陶蕊，武思宏，閆冬.基于論文和專利數據的中美清潔煤技術研發實力與合作趨勢分析[J].世界科技研究與發展，2013，35（2）：298-302.

[4]余敏杰，丁楠.基于論文和專利的光纖技術發展態勢分析[J].科技與經濟，2014，20（4）：66-70.

[5]王曼娜，陳晨，陳曉芬，等.我國再生水領域的研究和應用趨勢——基于博碩士論文與專利的分析[C].2014中國環境科學學會學術年會論文集（第五章）.成都：中國環境科學學會、四川大學，2014：1167-1174.

[6]陳悅，劉則淵.悄然興起的科學知識圖譜[J].科學學研究，2005，23（2）：149-154.

[7]王興旺，孫濟慶.國內外專利地圖技術應用比較研究[J].情報雜志，2007，26（8）：113-115，119.

[8]馬延德.海洋工程裝備[M].北京：清華大學出版社，2013.

[9]國家發展改革委，科技部，工業和信息化部，國家能源局.海洋工程裝備產業創新發展戰略（2011-2020）[EB].http：∥www.gov.cn/gzdt/att/att/site1/20110916/001e3741a2cc0fdd4fd101.pdf，2015-03-23.

[10]OllePersson.BibExcel[CP/OL].http：∥www8.umu.se/inforsk/Bibexcel，2015-03-23.

[11]Vladimir Batagelj，Andrej Mrvar.Pajek[CP/OL].http：∥pajek.imfm.si/doku.php，2015-03-23.

[12]NeesJanvanEck，LudoWaltman.VOSviewer[CP/OL].http：∥www.vosviewer.com，2015-03-23.

（本文責任編輯：馬 卓）endprint