基于Citespace的技術機會發現研究

王京+安湯月 王坤

〔摘要〕近幾年物聯網市場連續保持近30%的高速增長，逐漸滲透到社會經濟的各個領域，物聯網已經成為全球最大市場。因此，深入研究物聯網的技術機會對于提升企業核心競爭力具有重要的現實意義。本文主要借助于Citespace可視化分析軟件挖掘科技論文與專利文獻中有關物聯網技術研究的文獻，通過對比分析科技論文和專利文獻中關鍵詞聚類、技術研究熱點分析發現物聯網發展的兩大類技術機會分別是在物聯網應用層上GIS技術和平臺層中多源大數據下融合計算技術，結尾部分總結了物聯網行業未來發展的八大趨勢。

〔關鍵詞〕物聯網；技術機會；熱點研究；聚類分析；Citespace

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2018.02.021

〔中圖分類號〕G250252〔文獻標識碼〕A〔文章編號〕1008-0821（2018）02-0130-08

Research on Technology Opportunity Discovery Based on Citespace

——An Case of Internet of Things Technology

Wang JinganTang Yue*Wang Kun

（School of Economics and Management，Nanjing Tech University，Nanjing 211800，China）

〔Abstract〕In recent years，the Internet of things continued to maintain nearly 30% of the rapid growth，and gradually penetrated into all areas of social economy，Internet of things has become the worlds largest market.Therefore，in-depth study of the technical opportunities for Internet of Things to enhance the core competitiveness of enterprises has important practical significance.This paper mainly used the Citespace visualization analysis software to excavate the science and technology papers and the patent literature.Through the comparative analysis of the key words clustering and technical research hotspot in the scientific and technical papers and the patent literature，it was found that the two kinds of technical opportunities for the development of the Internet of things were Network application layer on the GIS technology and platform layer in the multi-source data under the integration of computing technology，the end of the Internet of things summarized the future development of the eight trends.

〔Key words〕Internet of things；technical opportunity；hot research；clustering analysis；Citespace

1研究背景

物聯網概念由美國麻省理工學院Auto-ID中心的凱文·艾什頓教授[1]于1999年提出并定義為“將所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，從而實現智能化識別與管理”。2005年國際電信聯盟（ITU）發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，正式提出物聯網的概念。簡單來說，物聯網是物物相連的網絡[1]。早期的物聯網是指依托射頻識別（RFID）技術的傳感網絡，隨著技術和應用的發展，物聯網的內涵已經發生了較大的變化。目前對物聯網還沒有明確的定義，通常可以將物聯網認知為在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力和執行能力的各種信息傳感設備，通過網絡設施實現信息傳輸、協同和處理，從而實現大范圍的人與物、物與物之間信息交換需求的互聯。縱觀歷史發展軌跡，信息技術以計算機出現為標志到現在經歷了50多年發展歷史，技術演變的過程中，那些被淘汰技術逐漸被新技術所取代，物聯網技術是繼互聯網技術革命后被稱為信息技術的第三次浪潮，對世界產生深刻的變革與影響[2]。麥肯錫研究報告中就指出物聯網將會是未來顛覆性技術之一，物聯網因其應用的廣泛性而具有很好的發展前景[3]。

全球首個國際物聯網國際會議于2008年3月在蘇黎世舉行“物聯網2008”，探討了“物聯網”的新理念和新技術與如何將“物聯網”推進發展的下個階段[4]。美國自然科學基金委員會制定了傳感器網絡研究計劃，投資3 000萬美元用來支持相關基礎理論的研究，美國國家情報委員會將物聯網列為2025年對美國利益潛在影響的6種關鍵技術之一[5]。中國相關部門制訂和實施10個物聯網發展專項行動計劃，加強技術研發，加強技術標準研制和運用示范等工作。自2011年中國工信部會同財政部設立“物聯網發展專項資金”以來，累計安排物聯網專項資金20億元，支持600多個研發項目。國家發展改革委累計投資超過120億元，開展“物聯網關鍵技術研發及產業化”、“信息安全”兩大專項。2015年，工信部發布“中國制造2025”戰略并啟動智能制造試點示范專項行動，進一步聚焦智能制造領域的物聯網應用[6]。因此，緊跟國內外物聯網技術研究和應用前沿，發現潛在技術機會，對于快速提高我國信息技術發展具有舉足輕重的意義。

2文獻回顧

物聯網是一個不斷完善發展的過程，和所有技術發展軌跡一樣經歷了思想萌芽階段、技術研發階段、探索應用階段到最后的成熟推廣階段。物聯網技術包含產品電子代碼（EPC，“Electronic Product Code”）、射頻識別技術（RFID）、傳感器等，研究學者從不同的研究視角出發提出了自己的觀點。如孟祥茹等人通過詳細論述EPC系統，指出射頻識別技術和計算機網絡技術的發展是該系統的源泉，并對我國如何推廣應用EPC及物聯網技術給出了明確具體的意見[7]。王慧強等在全面論述了物聯網技術體系及應用領域的前提下，具體研究了納米技術、RFID編程插入技術、探測傳感儀器技術、智能控制技術以及網絡融合技術等物聯網關鍵技術[8]。Griffith L等討論了在智能感知和控制物品、物聯網服務應用等方面，運用數據挖掘理論和方法實現潛在應用價值[9]。程維剛等將物聯網關鍵技術歸類為感知識別技術和網絡通訊技術，指出在基礎設施、數據處理、數據挖掘算法、隱私保護等方面，物聯網技術存在值得深入研究的應用領域[10]。

同時一些學者基于論文或專利等情報學視角對物聯網技術的熱點、發展趨勢和技術機會進行有益探索。何楊平通過挖掘Web of ScienceTM核心集中2008-2016年物聯網中數據為研究對象，利用可視化軟件分析物聯網的研究領域與研究熱點[11]。周新麗等選取以中國知網為數據來源搜集2003-2012年物聯網數據為研究對象，同樣利用可視化軟件統計分析物聯網發文量、關鍵詞、共被引等探討物聯網的研究現狀[12]。張亞斌等通過專利文獻，結合TRIZ理論分析國內物聯網關鍵技術專利的發展現狀，整體上處于成長期階段，而且各層技術發展不均衡[13]。沈振興等基于專利分析我國物聯網發展研究，對我國物聯網產業進行詳細分析，并給出我國物聯網產業的發展建議[14]。薛淑霞從專利信息角度利用專利地圖等工具分析我國物聯網產業技術發展戰略重點和細分技術的發展策略，扶持技術能力發展強，研發能力高的企業[15]。姚玉鳳等從專利申請數量的角度逐個分析國內外物聯網發展狀況，我國專利數量向發達國家靠攏，標志著我國的物聯網技術正處于一個快速發展的階段[16]。周肖云等整合了以圖書館物聯網技術為研究對象，通過采集德溫特創新索引的專利數據對這一領域的發展態勢進行了系統研究[17]。武傳坤從專利情報和文獻計量兩個視角，分析得出物聯網關鍵性技術與物聯網安全是國內之后發展研究重點[18]。

可以發現，既往研究從技術性能和專利數據挖掘兩個視角對物聯網技術的研究熱點、發展趨勢、技術機會進行了廣泛的研究，而對物聯網的相關研究主要是從技術性能視角展開，缺乏從情報學視角研究物聯網的研究熱點和技術機會。與國外物聯網技術相比，國內發展較快而且擁有許多領先的技術，但是仍然與發達國家有部分差距，把握當前國際研究熱點和潛在的技術機會，對于我國發揮后發優勢實現信息技術具有重要意義。本文首先在物聯網研究相關專家指導協助下，從關鍵技術視角系統分析了物聯網產業鏈的相關技術等，為深入準確挖掘物聯網的技術機會奠定專業知識基礎；然后，基于情報學視角，主要采用科技論文和專利文獻發現物聯網的研究熱點，在該領域專家協助下比較分析，進而發現物聯網的潛在技術機會，并最終得出結論。

3數據來源與研究方法

31技術機會的定義

技術機會的概念最早是在1995年由Alan Porter系統闡述并且正式提出來，技術機會發展的歷史之中技術機會是與當前存在的技術密切相關并具有復雜的互動機制[19]。對于競爭比較激烈的行業而言，從自身擁有和競爭對手擁有的技術和產品中發掘潛在的技術機會，并最大限度利用企業可控制資源擴展自身的技術的多樣化組合，是企業獲得競爭優勢的關鍵。整體上分析，全球技術競爭可以抽象為企業識別技術機會并率先利用技術機會的過程。因此，識別技術機會的能力被視為國家和企業的最重要的研發核心競爭力之一[20]。技術機會可以定義為，在系統分析科學和技術之間關系的基礎上，通過識別技術與科學之間、科學與科學之間、技術與技術之間互動關系，從而發現潛在的技術可能性[21]。李陽等從具體操作層面提出了基于論文和專利數據識別潛在技術機會的過程[22]。馮靈等基于專利信息，采用Citespace軟件，以高鐵技術為例實證分析了技術機會[23]。王靜靜基于科技論文和專利文獻創新了識別技術機會的方法。整體上看，國內學者對技術機會的研究多集中在理論研究，在研究內容和研究方法上仍相對滯后，技術機會識別的準確性和及時性有待提高[24]。傳統的技術機會識別主要依靠專家知識，在局部范圍內的細分技術領域能夠保證較高的正確率，但是隨著我國積極融入國際競爭，在全球一體化競爭和大數據背景下亟需新的技術識別方法。同時，隨著技術創新速度越來越快，技術顛覆和迭代周期越來越短，涌現了海量技術信息數據，較大規模的權威科學技術信息數據庫的出現和信息分析技術的成熟，為我們深入挖掘技術機會提供了數據和技術支撐。

32技術機會的發現原理

在技術萌芽期，技術機會更多的表現為科學與技術之間錯綜復雜的關系及其作用機制。科學與技術既有區別也有聯系，是“知”與“行”的關系[25]。從科學技術史來看，科學和技術具有不同的源流，在長期的歷史時期幾乎沒有顯著交流。隨著機器大工廠時代的到來，科學和技術之間開始建立了顯著的聯系，彼此互相借鑒和學習[26]。20世紀80年代以來，隨著生命科學與技術等高科技的井噴式發展，科學與技術的發展日趨一體化，呈現出科學技術化和技術科學化的態勢，科學和技術之間由此進入了全新的互動關系時代。因此，科學不僅是技術重要的起源之一，技術的深入發展已經成為了科學研究的重要源泉，并形成了一個彼此促進的良性互動關系[27]。

基于技術生命周期視角，可以將技術從最初的科學理論到接受市場檢驗形成產品的整個過程，理解為顛覆性技術形成和主導型技術確立兩個前后相繼的階段[28]。本文主要研究的是顛覆性技術發現及初步發展階段。科技論文和專利文獻是技術在不同階段發展形式呈現，能夠清晰反映技術發現及其發展過程。一方面，不僅將論文中存在但專利中不存在的主題看做技術機會，即存在科學研究但沒有技術開發，盡管該領域的內容或許比較基礎，但在理論支撐下的技術空白很可能代表孕育潛在顛覆性技術的機會，較高的研發風險和誘人的技術前景并存；另一方面，也將專利中存在但論文中不存在的主題作為技術機會，存在技術開發但沒有相關的科學研究，說明該技術發展還處于萌芽狀態，深入的理論研究是該技術良性發展的重要動力，企業在技術萌芽階段的大量投入是獲得技術優勢的重要機遇。

33數據分析工具及其流程

本文采用文獻計量方法，科學文獻和專利數據均來自于ISI數據平臺。其中，科學文獻主要來自Web of ScienceTM核心合集，專利本文來自于Derwent Innovation Index（DII）專利數據庫。技術線路如圖1所示。

運用分析軟件Citespace分別對科技論文和專利數據庫進行聚類分析。通過繪制科學圖譜來展示物聯網領域的技術熱點與前沿趨勢。研究采用信息可視化專家美國Drexel信息科學與技術學院的陳超美博士基于JAVA語言開發的Citespace[29]軟件作為知識圖譜可視化工具。本文的具體路徑是：通過挖掘數據Web of ScienceTM核心合集和Derwent Innovation Index（DII）專利數據庫中關于物聯網的科技論文和專利文獻，利用Citespace軟件分析論文和專利的熱點分析，熱點分析主要包含對物聯網關鍵詞共現、物聯網的研究機構、研究人員等前沿分析。

4物聯網研究熱點分析與技術發現

41數據獲取

通過對既有文獻檢索策略和檢索結果對比分析，檢索結果差異較大，主要有檢索數據庫和檢索詞兩個主要原因。為了提高數據查全查準率，在數據庫選擇方面，科技論文數據主要來自Web of ScienceTM核心合集、專利文獻來自DII，這兩個數據庫均為國際上知名的平臺且權威的數據庫，基本能夠涵蓋本次研究所需要的數據量。科技論文采用“標題詞”檢索，DII提供全球范圍的專利信息，并引入了德溫特手工代碼分類體系，利用關鍵詞和手工代碼檢索，有助于提高檢索效率和效果。通過查詢與物聯網相關的德溫特手工代碼分類后，結合關鍵詞“Internet of thing”檢索式為（TI=（Internet of thing*）or TS=（Internet of thing*））and MC=（T01-N01F or T01-C03C or T01-N01D or T01-N02B2B or T04-K03B or T04-K03B or T06-A04B7 or T06-A11），時間范圍為截止2017年7月30日，檢索日期為2017年8月10日。得到科技論文3 957篇，專利文獻5 134篇，以2007-2016年為例，科技論文和專利文獻每年數量分布情況如圖2所示，以2007-2016年為例，科技論文和專利文獻每年數量分布情況如圖2所示，可以發現以“物聯網”為主題的科技論文和專利文獻發展較快，專利數量遠遠高于科技論文數量，當前物聯網前段開發技術發展較為明顯尤其是最近兩年。

42技術熱點分析

通過分析科技論文和專利數據中物聯網研究機構、研究基金資助狀況、共被引參考文獻、關鍵詞共現分析，關鍵詞頻率高低是對當前研究熱點最直觀的反映，隨著科學和技術生命周期的縮短，技術研究熱點呈現多元化和動態化趨勢，僅憑關鍵詞的線性分析有失客觀，將數據深度分析，從研究機構到共被引參考文獻的分析。可以利用可視化軟件Citespace具體展開分析。

421關鍵詞的提取與整合

關鍵詞提取。通過Citespace軟件處理分別得出科技文獻和專利的關鍵詞共被引的頻次預處理后的每篇科技論文都有作者給定的4～8個關鍵詞，這是文章核心內容的提煉，鑒于本次研究專利量不大，可以在專家的指導下分析提取關鍵詞，從數據庫中下載下來的數據直接保存到Citespace軟件的文件夾中，下載下來的文件格式為全記錄純文本格式，保存為download_xx，方便Citespace軟件對專利關鍵詞的頻次統計和共現分析。

關鍵詞整合。分別選擇科技論文和專利文獻中的關鍵詞進行分析，同一個關鍵詞往往有多種表達方式，也有單復數和詞性的差異，同時論文和專利是異構文獻，都有自身特定的語言表達范式。鑒于此，對科技論文和專利文獻關鍵詞整合遵循以下規則：①大寫小寫化，即所有的關鍵詞拼寫都是小寫，包括首字母；②復數單數化，即所有關鍵詞都以單數形式呈現；③簡寫全拼化，即簡寫的專業術語用全稱形式展開；④近義詞統一化，即意思相近的關鍵詞用同一個表達方式等。由于頻次差距較大，且存在較多頻次較低的關鍵詞，為提高分析效率和結果準確度，由于篇幅所限，僅僅分別列出排名前5的關鍵詞，如表1所示。

圖3分別是科技論文和專利文獻中關鍵詞共現圖，從Citespace軟件處理的可視化，其中科技論文中關鍵詞共現Nodes=157，Links=378，相比于專利文獻共現Nodes=69，Links=186要多。專利文獻中關鍵詞聚類相對集中，連接也更為密集。如圖4所示。

422物聯網技術研究熱點機構分析

分別從物聯網研究人員、研究機構分析，具體從科技論文和專利文獻兩個視角分析物聯網。通過Citespace軟件可以分析作者的被引頻次如表2所示，節點類型（Node Types）選擇作者（Author），設置閡值，可由Citespace軟件生成物聯網研究的作者合作可視化圖譜。所得圖譜與從事物聯網相關研究者如下圖5所示，從圖中可以看到專利

文獻作者密切度明顯高于科技論文，可以看出物聯網相當一部分專利還是掌握在少數人手中，而且物聯網各層次技術相互銜接關系密切。

利用Citespace中研究機構檢索數據得出表3，主要是從科技論文和專利文獻中數據中分析當前研究物聯網的研究機構，科技論文主要是國內的高校，專利文獻主要是國際上知名企業。從圖6聚類分析圖中可以看出，科技論文中各個高校之間的交集密切，而對于企業來說之間的連接較少，所以企業間相關競爭激烈主要是專利技術掌握在少數人手中。

43技術機會發現分析

將物聯網主要的關鍵技術按照以下表格所示。主要是從物聯網的5個層次劃分每個層次有對應的關鍵性技術，每個層次之間環環銜接。如表4所示。

RFID技術，主要是物聯網中結合感知層與傳輸層中協同信息處理技術和射頻技術，是物聯網技術應用的核心；主題#2——異構網絡組技術，在不同通信制下需要這樣的共性技術；主題#3——智能化GIS技術，主要是物聯網應用層上智能控制技術，在未來非常具有發展前景也需要克服現實中難點；主題#4——安全網絡構架技術，對于物聯網來說安全是很重要的方面，主要是在傳輸層中應加強控制好。

圖8主要是專利文獻關鍵詞聚類時間線譜，共有7個聚類，最大聚類有6個節點和上述科技論文方法一樣，選擇聚類規模較大的兩個，分別是聚類#0和聚類#3，具體分析聚類#0和#3。

聚類#0的內容分析，聚類詞Multi Source、Big Data、Fusion Technology、Communication Systems、RFID Technology、Integrated Control。

聚類#3的內容分析，聚類詞Security Network、Architecture、Networking Technology、Equipment、Complex Environment。

結合之前關鍵詞共現圖譜將專利文獻中物聯網技術分為4個研究熱點：主題#1——多源大數據下融合計算技術，主要是涉及到物聯網中的平臺層海量數據的存儲技術以及數據的管理，物聯網中至關重要的就是數據源及將這些數據存儲在平臺上。主題#2——集成控制高頻RFID技術，與上述科技論文中相同。主題#3——網絡安全技術，是屬于物聯網傳輸層中對數據的安全性管理。主題#4——共性協同感知技術，屬于物聯網基礎層。

從上述對科技論文研究熱點和專利文獻研究熱點主題分析，對比分析兩個視角下的主題的不同點發現物聯網技術機會。如圖9所示，P表示的是科技論文，T表示的是專利文獻。P1對應的是一類技術機會（科技論文主題#3），主要是結合上述研究主題，對于專利文獻中并沒有聚類分析到關于復雜環境下高精度的GIS技術，而在科技論文中展開分析，所以對于后來的研究者和企業可以多關注物聯網應用層次上的技術。另一類技術機會專利文獻T1對應的（專利文獻主題#1），多源大數據下融合計算技術，當前大數據環境下對于數據融合來說既是機會也是挑戰，數據來源廣泛對企業來說將這些大數據融合在一個相關平臺上也是具有挑戰性的。P2（科技論文主題#1）對應T2（專利文獻主題#2）為物聯網中感知層與傳輸層中集成控制的射頻RFID技術。P3（科技論文主題#4）對應T3（專利文獻主題#3）為物聯網傳輸層中安全網絡構架技術。P4（科技論文主題#2）為異構網絡組網技術，T4（專利文獻主題#4）為共性協同感知技術，對于P4和T4來說同屬于物聯網基礎層技術。

圖9科技論文和專利文獻研究熱點主題比較

5物聯網未來發展趨勢

本文主要是結合Citespace可視化軟件分析科技論文與專利文獻中的數據，發現物聯網的技術機會對企業和研究者來說是發展研究的一個方向。物聯網（IOT）是一項科技革命，目標在于將短距離移動資料收發器嵌入到日常生活中的小工具或事物中，為信息通訊的技術領域帶來新的發展方向。通過上述分析總結預測物聯網行業的八大發展趨勢：①物聯網將演變為知覺工具；②認知技術成為新的智慧；③物聯網平臺商品化；④無人機運輸成真；⑤物聯網技術攸關國家網絡的安全性；⑥智能汽車和智能家居的融合已經實現；⑦AI個人秘書競爭優勢；⑧云端運算普及化。

當前物聯網正在進入實質性推廣應用階段。首先，世界各國都將物聯網作為國家戰略，投入國家資金推進物聯網關鍵技術研發；其次，科技巨頭紛紛搶灘物聯網，全球互聯網產業生態布局全面展開；第三，智能汽車、智能家電、可穿戴設備、智慧城市等技術已開始進入大眾生活。

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（責任編輯：孫國雷）