室內空氣凈化領域技術路線圖設計與分析

摘 要：技術路線圖（Technology Roadmap）是技術評價與預測領域的核心工具之一。本文將文獻計量學中有關專利的分析方法應用到技術路線圖中，制定了技術路線圖的設計步驟，并以室內空氣凈化領域為研究案例，進行了室內空氣凈化技術的預測和分析。研究結果顯示，通過專利大數據分析可顯著減少技術路線圖對專家經驗的依賴，提高技術評價與預測的客觀性。

關鍵詞：技術路線圖；文獻計量學；室內空氣凈化器；技術預測；大數據分析

中圖分類號：TN-9 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）12-0009-04

Design and Analysis of Technical Roadmap in the Field of Indoor Air Purification

LIU Yong1，GUO Ting2，ZHANG Ning2，XUAN Xiaodong3

（1.Academy of Sciences，Zhejiang Normal University，Jinhua 321004，China；

2.College of Geography and Environmental Sciences，Zhejiang Normal University，Jinhua 321004，China；

3.Zhejiang Intellectual Property Research and Service Center，Hangzhou 310012，China）

Abstract：The Technology Roadmap is one of the core tools in the field of technical evaluation and prediction. In this paper，the analysis methods for patents in bibliometrics were introduced into the construction process of the technical roadmap and the new design steps for the technology roadmap were developed. According to the new technology roadmap design steps，indoor air purification technology were predicted and analyzed as a research case. The research results showed that the big data analysis on patents could significantly reduce the dependence of the technology roadmap on expert experience，thereby improve the objectivity of technical evaluation and prediction.

Keywords：technology roadmap；bibliometrics；indoor air purifier；technical forecasting；big data analysis

0 引 言

隨著科學技術的不斷發展，技術路線圖（Technology Roadmap）方法已經成為技術評價與預測領域的核心工具之一[1-4]。該方法最早由摩托羅拉公司開發并被用于其產品技術規劃。Galvin等[5]認為，技術路線圖是對某一特定領域的未來發展的看法，該看法集中了該領域集體的智慧和最優秀的技術駕馭者的想象，一般是采用繪圖的形式表達出來，可成為這一領域未來發展方向的指南。孟海華[6]認為技術路線圖是對未來技術發展進行規劃的技術藍圖，通過一張以時間為基礎的多層結構圖表現出來，協調技術開發中不同利益主體的合作方向問題和技術經濟信息的傳導機制及其通暢問題，通過一定周期的持續更新，實現生產學研究中持續穩定的合作關系的延續，促進企業自主創新。

目前，技術路線圖作為技術預見中應用廣泛、效果顯著的科學管理工具，被廣泛地運用在國家、行業和企業的技術發展規劃之中，以減少創新和規劃過程中的不確定性。盛濟川等[7]采用技術路線圖技術分析預測了低碳產業的發展路徑，提出了發展對策，對低碳產業發展戰略的制定發揮了指導作用；汪雪鋒等[8]采用基于SAO結構信息的技術路線圖技術分析了瑞士學者在染敏太陽能電池技術領域的研究成果，指出提升轉化效率、加強穩定性和提高電池性能是學者最關注的三個問題，其中提高太陽能電池的轉化效率是最主要的技術驅動因素。

通過對已有的技術路線圖相關文獻分析可知，以德爾菲法、情景分析法為代表的定性分析法是使用技術路線圖的主要方法，其制定過程主要依賴于專家的知識經驗[9-10]。隨著互聯網與大數據技術的迅速發展，以科技文獻和專利信息數據庫作為來源，運用以文獻計量學為代表的現代定量分析方法來研究特定領域的新興技術與發展趨勢已成為現實[11-13]。將文獻計量學中有關專利的分析方法應用到技術路線圖中，不僅可以減少技術路線圖構建過程中對專家經驗的依賴，同時研究結果也可為專家決策提供更為客觀的依據。本文將文獻計量學中有關專利的分析方法應用到技術路線圖中，制定了技術路線圖的設計步驟，并以室內空氣凈化領域為研究案例，進行了室內空氣凈化技術的預測和分析。

1 技術路線圖的設計方法

現代文獻計量學方法由Derek Price于1963年提出，它是通過對期刊文獻、專利文獻及其引證文獻的信息進行挖掘，得出科學技術貢獻度和活躍度的技術分析方法[14]。本次技術路線圖的模型設計，以文獻計量學方法中詞頻分析與關聯分析技術為核心，希望通過對文獻和專利數據庫進行挖掘分析，可以較為客觀地反映某一特定產業領域的技術現狀并對其未來發展趨勢進行預測。

具體的模型設計包含3個步驟，如圖1所示。

步驟1：建立目標領域的專利資源數據庫。確定目標研究領域，以特定的專利數據庫作為數據源，設計檢索策略進行數據檢索，并對檢索結果進行整理，建立既定目標領域的專利資源數據庫。檢索策略不能一蹴而就，設計時要征求專家的意見，若檢索結果不符合預期，則需要進行調整，使得最終結果具有覆蓋性和準確性，對獲得的數據需要做好重復數據和異常數據的清理工作，減少對后續步驟的干擾。

步驟2：建立重點關鍵詞庫與關鍵IPC分類號列表。運用文本挖掘法與詞頻分析法，從專利文獻的標題、摘要乃至全文中萃取出的重點關鍵詞入手，這是技術路線圖設計的關鍵，其與“檢索策略”共同決定了技術路線圖數據來源的準確性與科學性，而建立IPC分類號列表可更好地將專利所映射的內容進行歸類。

步驟3：按時間序列分析與設計技術發展路徑。根據建立的重點關鍵詞庫與高頻IPC，將目標領域技術按功能分類，并運用共現分析法進行聚類分析，形成用于技術路線圖繪制的“實體”，并按時間序列分析“實體”發展趨勢和“實體”間的關系，最終完成技術路線圖的繪制。

在步驟2、步驟3中需要引入以專家建議為指導的定性分析方法，專家可根據所提供的分類整理后的數據，結合自身經驗推測出技術發展階段，并完成其在時間軸上的具體定位。技術路線圖初稿形成后，也需要征求專家意見，使其對圖的細節進行指導與修正，從而保證技術路線圖的科學性與客觀性。

根據技術“實體”首次出現在高頻詞詞庫中的時間以及技術“實體”所屬的技術發展階段，完成其在“時間維度”上的具體定位。同時，在完成技術路線圖圖譜初稿之后，需要以數輪擴大范圍的專家討論會的形式對技術路線圖的細節進行反饋與修正，并最終完成對技術路線圖的繪制工作。

2 案例分析

據調查，現如今人們有80%的時間在室內度過，因此，室內空氣污染引起了人們的廣泛關注[15]。為改善室內空氣質量，人們通常會使用通風或室內空氣凈化器的方法來達到室內空氣凈化的目的。據統計，2016年，我國空氣凈化器總產量為1980萬臺，2017年，中國空氣凈化器產量高達2468萬臺，呈現明顯的增長趨勢。因此，有理由推測未來市場上空氣凈化器將會越來越暢銷[16]。本研究通過運用技術路線圖的方法，對室內空氣凈化技術相關專利數據進行分析，研究室內空氣凈化技術與產品的發展過程，并預測其發展趨勢。

2.1 確立研究目標，建立技術分析數據庫

研究以國家知識產權局網站專利數據庫為主要數據源，同時咨詢了相關領域專家，制定了以“室內+空氣凈化”作為關鍵詞的專利數據檢索策略，對國內設計室內空氣凈化領域的專利進行檢索，并對初檢數據進行整理，清除了干擾數據，整理后獲得專利文獻數據2436篇（截止2017年12月），專利申請量根據時間變化如圖2所示。

如圖2所示，2002年之前，國內空氣凈化相關專利申請數量幾乎為零；2002年之后逐漸增多，進入成長期；2012年之后進入全面發展階段，這與社會民眾對空氣質量的日益關注及對室內空氣凈化器需求的增長密切相關。淘寶指數顯示，室內空氣凈化器的關注度在2012年至2014年間達到高峰，當時“PM2.5”、“霧霾”等成為民眾最關注的關鍵詞，這與相關專利的增長趨勢相符。

2.2 建立重點關鍵詞庫與關鍵IPC分類號列表

通過文本挖掘以及根據專家意見修正，提取出技術核心高頻詞27個和核心IPC分類號7個，如表1所示。表格中核心高頻詞的排序依據是該詞在專利里出現的頻率，詞頻越高排序越靠前。

2.3 進行大數據分析并繪制技術路線圖

通過對相關專利的技術方法進行分析歸納，可將室內空氣凈化技術聚類為7類，分別是過濾、吸附、新風、負離子、靜電除塵、光催化、等離子，各類技術按年份發展的情況如圖3所示。通過把核心高頻詞與相關專利技術方法年度變化圖進行比較分析可發現，過濾、吸附技術是當前室內空氣凈化運用的主要且較為成熟的技術，大部分專利申請均圍繞這兩類技術展開，通風技術相關專利數近5年增長也較快，其主要是和新風系統的發展密切相關。隨著人們對室內空氣質量要求的不斷提高，僅空氣凈化已不能滿足所有消費者的需求，持續不斷優化室內空氣質量已進入部分消費者的考慮范圍，“空氣凈化器+新風系統”將成為未來室內空氣凈化的發展方向。在過去的15至20年里，光催化技術和等離子體技術一直是文獻研究領域的熱寵，但從專利申報的角度分析，這些高級氧化技術向專利技術的推進速率較為緩慢，這說明這些技術現階段仍停留在實驗室研發階段。

在對現有專利進行分析的過程中發現，除了與空氣凈化技術及方法相關的專利外，與空氣凈化器相配套的組件式專利在中后期開始涌現，如機箱外殼設計、通風設計、檢測監測模塊、智能控制模塊、顯示裝置、消毒殺菌裝置、互聯網遠程控制、移動終端等，說明技術已向相關成品轉變，同時中后期關于室內空氣凈化器成品的相關專利開始增多，并向高效化、組合化和智能化的方向發展。

綜上所述，我們將室內空氣凈化技術的發展劃分為技術方法、模塊組件和產品三個階段，并設計了技術路線圖的初稿，根據專利申請時間完成了時間維度與發展階段的有效定位。此后，通過與相關專家的討論面談，對初稿進行了修正，最終完成了室內空氣凈化領域技術路線圖的設計，如圖4所示。

圖4中最下層為技術方法層，該層中主要反映技術核心詞，核心詞的大小和粗度代表該詞出現的頻次，文字越粗越大表示該詞出現的頻次越高，這個詞越重要。由圖4可知，在技術方法層中，根據高頻詞的相關性可以將現有的室內空氣凈化技術歸結為7類。圖4的中間層為模塊組件層，它反映出室內空氣凈化技術逐步向模塊發展的進程。圖4的最頂層為整機設計層，該層則反映出室內空氣凈化技術向產品應用的發展趨勢。

2.4 技術及產品預測

從室內空氣凈化技術角度來分析，過濾技術是現階段最為成熟的室內空氣凈化技術，其次為吸附技術。近年來，隨著人們密閉空間內空氣安全意識的提高，通（新）風技術也得到了長足的發展和重視。以光催化技術和等離子體技術為代表的高級氧化技術仍處于技術萌芽期，現階段這些技術還停留在實驗室或技術研發階段，它們在實際應用方面還存在技術瓶頸，高級氧化技術的應用是今后室內空氣凈化技術的重點發展方向。

從實際應用角度來分析，單純具有室內空氣凈化功能的機器已經不再是主流產品，隨著互聯網技術和通訊技術的日益發展，智能型室內空氣家居系統是今后室內空氣凈化產品的主要發展方向。

3 結 論

技術路線圖方法是進行技術評價與技術預測的一類重要方法，是企業或政府進行技術預測的重要工具。在過去，其制定過程主要依賴于專家的知識經驗。將專利數據引入技術路線圖創建過程中，通過文獻大數據分析可顯著減少技術路線圖對專家經驗的依賴，從而提高技術評價與預測的客觀性。

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作者簡介：劉勇（1980.11-），男，浙江金華人，碩士研究生，副研究員。研究方向：技術挖掘、科技管理；通訊作者：郭婷（1977-），女，山西太原人，副教授，博士。主要研究方向：室內空氣污染控制技術；張寧（1991-），女，浙江舟山人，碩士研究生。主要研究方向：室內空氣污染控制技術；宣曉冬，男，浙江人，研究員。主要研究方向：技術開發與技術挖掘。