基于Innography的節水農業專利可視化分析及熱點研究

趙慧清，王杏利，鞠建偉，張歲岐(.西北農林科技大學，陜西 楊凌 700；.西北農林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西 楊凌 700)

專利文獻作為技術信息最有效的載體，是反映新技術、新產品開發活動極為重要的方面[1]，全世界新技術的90%～95%是通過專利文獻公之于世的[2]，專利在某種程度上代表了該領域科技發展最新水平和技術動態，但它并不是以包裝好的形式呈現，而需通過一定的技術手段挖掘后才能加以識別[3]。Innography是一款由Dialog公司開發的專利分析軟件，該軟件包括了來自美國、英國、中國、日本、韓國、法國、德國、PCT、EPO等超過90個國家或地區的發明專利、實用新型和美國的外觀設計在內的超過8 200萬件專利數據。它以獨創的專利評價指標和可視化的呈現方式，幫助用戶快速地定位核心專利并有效地發掘其價值[4]。

節水農業是我國現代農業建設的一個重要內容，發展節水農業不僅能夠有效利用自然資源，提高經濟效益，還能減少對環境的破壞。目前，節水農業技術研究主要集中在節水灌溉技術、生物節水技術、節水栽培技術、抗旱保水劑技術等方面[5]。為了探索節水新技術、新方法等國內外的研究熱點和方向，本文利用Innography專利分析軟件，開展了節水農業專利文獻競爭力分析，并以節水灌溉、雨水收集、抗旱節水作物生物節水抗旱和膜覆蓋4個技術途徑為例進行技術點聚類。通過挖掘獲知該領域主要競爭者及其差距、核心技術分布以及4個技術途徑研發熱點和前沿發展方向，以期供科技管理、科研選題和國際合作，及相關學者在該領域的研究提供有益的參考。

1 數據來源

利用Innography高端專利檢索分析工具，選用關鍵詞: water saving agriculture、water-saving cultivation、water-saving irrigation、biological water-saving、drought-resistant crops、anti-resistant plants、water collection、rainwater catchment、film cover、membrane cover等，結合IPC(國際專利分類號)制定檢索式，檢索日期：2015年12月23日。對結果進行數據清洗、同族擴增處理，共檢索出申請專利總量4 402件，專利授權量2 762件，有效專利量1 595件(有效專利量，指截至檢索日為止已授權且仍處于維持狀態的專利數量)。

2 結果與分析

2.1 節水農業專利全球布局分析

2.1.1專利申請趨勢分析

(1)專利申請年份：近20年該領域專利申請總體呈逐年上升趨勢，2007年專利申請進入快速增長期，申請量突破100件，隨后逐年遞增，在2011年突破300件。(2015年的專利申請有部分尚未公開，暫不列入趨勢分析的范疇。)

(2)專利申請國別：相關專利申請以中國專利為主，共3 527 件，可見節水農業相關技術在中國研究較多。而在3 527 件中國專利申請中，實用新型共1 942件，占中國申請總量的55%(見圖1)。

圖1 節水農業專利申請趨勢圖Fig.1 Trend of patents on water-saving agriculture application

(3)有效專利：利用Innography專利狀態篩選功能，得到該領域有效專利1595件，大部分有效專利公開時間在2010-2015年，在此之前公開卻還在維持的專利比較少，分析原因是早年專利申請量較少，同時也與專利維持費用有關，專利權人只會有選擇性的維持核心專利，如1997、1998年公開的專利還有部分處于有效狀態中(見圖2)。

圖2 有效專利年份分布圖Fig.2 Annual distributing of effective patents

2.1.2專利技術來源國與技術應用國分布

(1)技術來源國分布：節水農業專利技術主要來源于中國、美國、日本、韓國和俄羅斯等國家，其中中國發明人專利共3612件，說明中國是節水農業技術主要研究國家，同時發明人也相當重視利用技術知識產權保護(見圖3)。

圖3 專利技術來源國分布Fig.3 Distribution of original patent country

(2)專利技術應用國分布：專利技術應用國體現專利權人需要在哪些國家或地區保護其發明。這一參數反映該發明未來可能實施國家或地區。節水農業專利申請國分布圖(見圖4)可以發現專利申請主要分布在中、日、美、韓和俄羅斯等地，同時還有一定數量的WIPO和EPO的專利申請。中國專利申請共3 571件，說明中國是節水農業技術重點應用地區。

圖4 節水農業專利申請國分布圖Fig.4 Distribution of appliant country on water-saving agriculture patent

2.1.3節水農業專利IPC分布

國際專利分類號(IPC)是世界通用的專利分類系統，可以用于分析專利結果中的主題分布。對節水農業相關專利IPC主分類進行統計，主要分布在A部農業大類中，包括有農用灌溉、溫室作物栽培、液體肥料、聯合作業機械和自動灌溉裝置等，在化學部也有少量專利申請，如遺傳工程和肽領域等(見圖5)。

圖5 節水農業專利IPC分布Fig.5 Distribution of IPC on water-saving agriculture patent

2.2 專利競爭力分析

利用Innography競爭力分析功能，對全球研究節水農業技術的專利權人進行競爭力分析，專利權人氣泡圖(見圖6 )可挖掘出此領域最有潛力的專利權人。

(1)專利權人申請專利量分析：在節水農業技術領域，中國專利權人申請專利突出，如中國農業大學、昆明理工大學、華中農業大學和中國科學院等有較多專利申請。國外專利權人申請較為突出的有荷蘭Keygene公司和加州大學。中國農業大學和Keygene NV在節水農業技術領域都申請了大量專利，并且在技術領域內擁有較大競爭優勢，兩者之間區別在于Keygene NV是一家企業，可以直接了解市場對技術需求，在技術轉化市場上優于中國農業大學。除上述兩位專利權人外，在氣泡圖的中部還有加州大學、昆明理工大學、華中農業大學等專利權人也是該技術領域內主要競爭者。

注：專利權人氣泡圖，每一種顏色氣泡代表一個專利權人(見圖例)，氣泡大小代表該專利權人在檢索結果中專利的數量多少，坐標橫軸代表該專利權人在檢索領域中關注度和專利技術實力，即專利權人的專利性，氣泡越往右邊專利性越強；坐標縱軸代表專利權人總體的資源和財富，表征其利用專利的能力，即專利權人的市場性，氣泡越往上方市場性越強。通過觀察氣泡在圖上的位置可了解其綜合實力。圖6 節水農業專利競爭力分析圖Fig.6 Competitiveness analysis of water-saving agriculture patents

(2)專利權人研究機構分析：節水農業技術專利申請以高校和科研院所為主，企業在其中所占比例較低，而專利申請中企業數量往往可以反映出技術應用前景和產業化情況。以中國專利權人為例，排名靠前的基本都是高校和科研院所，說明該技術在中國尚未形成成熟的需求體系，高校和研究所的研發成果只有少量被轉化和推廣。

(3)主要專利權人分析：利用Innography專利圖景的分析功能和公司對比分析功能，對競爭力排名前五的專利權人所研究技術領域和申請專利的IPC分類號進行分析，得到圖7和圖8，由圖7和圖8可以看出：①節水農業技術領域研究重點主要集中在對出水口、儲水方面、進水口、滴灌等技術的研究；②專利數量排在第一位的中國農業大學的研究領域較廣，大部分技術領域都有所涉及，除上述列舉的主要研究點外，還包括水資源、土壤濕度、作物抗旱性等方面，專利申請主要集中在A01G25項下，是對農用灌溉方面的研究；③Keygene NV和加州大學的研究重點集中在對作物抗旱性的研究上。在圖8中反映了Keygene NV和加州大學的專利申請主要集中在C12N 15項下，是對遺傳工程方面的研究；④華中農業大學的研究重點集中在C12N15項下，也是對遺傳工程方面的研究。而昆明理工大學的研究重點集中在A01G 25項下，是對農用灌溉方面的研究。

圖8 全球前五申請人申請專利的IPC分類分析Fig.8 IPC analysis of patents from the globally top five applicants

2.3 專利技術點分析

利用Innography文本聚類功能，分別對節水灌溉、雨水收集、生物節水和覆蓋4個技術途徑進行技術點聚類，嘗試得出各技術途徑的研發熱點。

2.3.1節水灌溉

從圖9可以看出，節水灌溉技術主要集中在灌溉設施的研究，包括蓄水設施、水泵、滴灌、噴灌、排水管，灌溉方法等。

圖9 節水灌溉技術聚類Fig.9 Clustering of water-saving irrigation technique

2.3.2雨水收集

從圖10可以看出：雨水收集節水技術主要集中雨水收集設備的研究，如貯水器、水管、水箱等。

圖10 雨水收集技術聚類Fig.10 Clustering of rainwater harvesting technology

2.3.3生物節水

從圖11可知，生物節水抗旱的研究主要集中在轉基因抗旱節水植物的研究，主要利用遺傳學的技術對植物進行改造達到抗旱節水。

2.3.4覆蓋技術

從圖12中可以看出覆蓋技術主要集中在覆膜機械和膜種類的研究。

2.4 高強度專利分析

專利強度是Innography的核心功能之一，它是專利價值判斷的綜合指標。專利強度受權利要求數量、引用與被引用次數、是否涉案、專利時間跨度、同族專利數量等因素影響，其強度的高低可以綜合反映出該專利文獻價值大小。通過Innography的專利強度分析功能，可以快速從大量專利中篩選出核心專利，用于判斷該技術領域研發重點。一般將專利強度為30%～100%的專利定義為高強度專利，專利強度為10%～30%定義為一般強度專利。

2.4.1節水農業高強度專利

對檢索結果進行專利強度篩選，篩選出專利強度≥30%的高強度，并對所得結果進行同族去重，共得到301件高強度專利，強度在60%以上的專利有116件，在70%以上的專利有54件，見表1。

圖11 生物節水抗旱技術聚類Fig.11 Clustering of biological water-saving drought-resistant technologies

圖12 覆蓋技術聚類Fig.12 Clustering of cover technology

表1 高強度專利信息Tab.1 High strength patent information

續表1 高強度專利信息

2.4.2節水農業高強度專利技術點分析

從圖13可以看出，節水農業高強度專利技術點主要集中在灌溉方法、覆蓋膜材料、轉基因抗旱植物研究方面。

圖13 節水農業高強度專利聚類Fig.13 Clustering of high intensity patents on water-saving agriculture

2.4.3排名前五申請人專利強度分析

利用Innography對比分析功能，對全球研究節水農業技術排名前五的專利權人申請專利進行專利強度對比分析，發現各申請人在影響專利強度各因素方面優劣勢(見圖14)。

注：Claims-權利要求，代表每項專利平均權利要求數量；Cites-引證，代表每項專利平均引證數量；Industries-行業，代表每項專利平均行業數量；Inventors-發明者，代表每項專利平均發明者數量；Litigation-訴訟，代表涉訴專利數量；Fwd Cites-被引專利，代表每項專利被引證數量；Life-壽命，代表專利過期平均剩余時間。圖14 前五位專利權人申請專利的專利強度對比分析Fig.14 Patent intensity analysis from the top five patentee

(1)加州大學和Keygene NV公司高強度專利的權利要求數量均比國內高校多，說明國外專利在撰寫上更注重專利質量和專利保護強度。

(2)中國農業大學和昆明理工大學申請專利引用和被引用次數較多，優于其他專利權人。

(3)昆明理工大學和中國農業大學申請專利行業較廣，說明這兩所高校在節水農業領域研究的技術涉及范圍較寬。

(4)該五位專利申請人在該領域申請的專利均無涉及侵權等法律事件。

3 結 語

(1)節水農業技術領域全球共有4 402件專利申請，其中授權專利有2 762件，有效專利1 595件。從專利申請國別看，主要以中國專利為主，在4402件專利申請中，中國專利申請3 257 件，且自2007年起出現快速增長，在2011年專利申請突破300件。這與中國農業大國的國情和在節水農業方面的政策有關。中國在2005年發布了《中國節水技術政策大綱》，在2012年農業部又發布了關于推進節水農業發展的意見，2012年11月國務院發布了國家農業節水綱要，可見近年來節水農業發展需求迫切，國家非常重視。

(2)利用Innography訴訟專利篩選功能，快速洞悉高風險專利。對檢索結果進行篩選發現在節水農業技術領域并無涉訴專利，目前無高風險專利存在。

(3)從專利權人來看，在節水農業領域，國內高校和研究所專利申請較多，比較突出的有中國農業大學、昆明理工大學、華中農業大學和中國科學院等，其中中國農業大學技術具有較強競爭實力。在國外專利權人中，Keygene NV、加州大學專利比較突出，而日本積水化學公司技術實力和經濟實力具有一定的優勢。

(4)從節水農業相關專利IPC分類來看，A01G 25分類中專利量較多，該分類主要是農用灌溉技術。除A部專利外，C部也有相關專利申請，主要集中在利用遺傳變異來改造植物性狀來達到抗旱和節水目的。

(5)對節水灌溉、雨水收集、生物節水抗旱和覆蓋4個技術途徑進行技術點聚類表明， 節水灌溉研發熱點主要集中在灌溉設施，包括蓄水設施、水泵、排水管、微灌、滴灌、噴灌等，自動控制灌溉設施；雨水收集研發熱點主要集中在雨水收集設備，如雨水收集器、水管、水箱等；生物節水抗旱研發熱點主要集中在轉基因抗旱節水植物研究，主要利用遺傳學技術對植物進行改造達到抗旱節水；覆蓋研發熱點主要集中在覆膜機械和膜種類研究。

(6)利用Innography專利強度指標功能，判斷節水農業技術研究領域專利價值，分析結果表明，檢索到高強度專利301件，其中中國專利僅有19件，可見盡管在節水農業技術領域,中國專利占有較高的比例，但研發分散、專利申請目的性不明確和實用新型過多等現狀在一定程度上制約了中國專利質量，建議可以針對重點優勢技術，進行有計劃專利布局，讓核心技術得到充分保護，同時對提高專利質量起到積極推動作用。

(7)在節水農業技術研究領域，采用先進的灌溉技術以減少水量損失和提高灌溉效率是目前該領域發展的主要方向。由于遺傳改造在生物學領域的研究越來越多，將其與節水農業結合研究可能也會成為未來一個重要的發展方向。

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