面向產業分析的專利地圖三維分析模型研究

謝 黎，任 波 ，陳云偉，2

(1.中國科學院成都文獻情報中心科學計量與科技評價研究中心(SERC)，四川成都 610041；2. 中國科學院大學圖書情報與檔案管理系，北京 100190)

1 專利地圖研究進展

專利地圖的概念誕生于20世紀60年代末，1968年日本專利廳出版了世界第一份專利地圖[1]，用于揭示航空納米測量技術在其他產品上的擴充使用。之后專利地圖在韓國、美國、新加坡和中國臺灣地區等地得到廣泛應用與發展，并于21世紀初期開始逐漸被我國大陸學者所認識[2-3]。根據WIPO的定義[4]，所謂專利地圖是一種專利分析的可視化工具，通過對專利情報進行分析加工，并將分析結果用各種直觀的圖表表達，使復雜多樣的專利情報易于理解。

早期專利地圖研究主要是對方法本身的基本探索，側重于如概念與方法等基本理論的介紹[5-9]，并嘗試探索利用專利地圖指導企業專利戰略[10]、企業研發管理[11]、專利競爭情報[12-13]、技術性貿易壁壘預警[14]、技術預見等[15]。之后，專利地圖逐漸得到廣泛應用，尤其是面向不同產業的應用[16-22]，其他研究對象還涉及企業[23-27]、技術[28-34]、產品等不同層級[35-36]，專利地圖的功能歸納起來主要包括：揭示現狀、預測趨勢、制定決策、發現機會/危機等。

最近十年，專利地圖的數據、方法、功能也得以不斷改進、創新，并與其他方法融合。專利地圖的數據來源方面，除常規的發明專利，Chen[37]研究了外觀設計專利地圖的制作，沈君等[38]利用德溫特手工代碼共現制作專利地圖。專利地圖繪制方法上，Park等[39]提出了一個基于文本挖掘的專利地圖方法框架；Yoon等[40]基于SAO內容分析技術提出了一種構建動態專利地圖識別技術競爭趨勢的方法；Yan等[41]針對現有專利技術網絡圖中幾乎所有技術都互相連接的問題，研究去除弱鏈接過濾專利網絡圖；技術領域專利網絡地圖的構建需要恰當的測度專利分類體系中不同專利類別之間的距離，Yan等[42]還利用專利網絡地圖的結構特點和相似性來比較并選擇現有的各種距離測度方法。專利地圖的創新應用方面，Jeong等[43]通過基于GTM的標準和專利地圖分析獲得實施特定行業標準所必需的必要專利的方法；蔣貴凰等[44]在專利分析和專利指標測度的基礎上，利用專利地圖展示和評估區域知識結構、知識存量和知識能力，從而實現區域知識戰略定位和策略選擇；陳旭等[45]結合情景分析法和專利地圖法構建企業技術預見模式；李欣等[46]將文獻計量和專利地圖引入技術路線圖應用中，提出了一種定性與定量結合的技術路線圖制定方法，以減少技術路線圖對專家經驗的依賴；馮立杰等[47]在專利文本聚類分析、技術關聯度分析的基礎上篩選重要研究主體，然后從功能、結構、材料、機理等維度繪制其專利地圖，用以識別技術密集區和空白區從而發現技術機會。

總體而言，當前有關專利地圖的研究以應用型研究為主，面向產業的應用是其中的重要組成部分。因為產業分析具有豐富的外延，囊括企業、市場、產品、技術等各個方面，專利地圖在產業分析中有較大的發揮空間和明顯的優勢，專利地圖儼然已成為指導產業研發生產實踐的重要工具。然而，面向產業各界對專利地圖這一分析手段的廣泛現實需求，還鮮有從方法層面探索指導專利地圖在產業中應用的研究。本文提出的面向產業分析的專利地圖分析模型旨在為開展專利地圖分析的科研人員提供一套指導實踐應用的方法體系，提升專利地圖研究的水平和應用前景。

2 專利地圖三維分析模型

劉桂峰[48]將專利地圖研究內容歸納為基礎理論、類型、功能與應用三類，基于上文的調研也不難發現，專利地圖針對方法本身的研究相對薄弱?，F有研究根據分析目的多將專利地圖分為專利管理地圖、專利技術地圖、專利權利地圖三大類[49]，各類下有多種具體的專利地圖形式，但普遍都將柱狀圖、條形圖、餅圖、折線圖、排行表單等常規統計圖表也納入了專利地圖的范疇，過于弱化專利的地圖屬性。

然而，在地理學的定義中，地圖是自然、人文、社會、經濟等的數據集成、分析表達的一種方法、技術和理論體系。認識功能、信息載負、信息傳輸、模擬功能是地圖的基本功能[50]?？梢?，常規統計圖表知識“密度”相對較小，且缺乏地圖基本的位置、坐標要素。專利地圖作為地圖的一種，它是一種可視化的表達方式，呈現濃縮的知識，它也是一種分析方法，發現問題、探尋原因、制定應對策略。

為此，我們對研究及工作中設計的各類專利地圖進行匯總梳理，提煉各種專利地圖的“地圖”屬性，最后根據繪制專利地圖所依據的位置/坐標數據類型的不同，從抽象到具體將其分為三大類：一類其位置/坐標數據為地理空間位置，將專利信息標注在地理空間地圖上，可以更直觀地呈現專利分析獲得的信息；在另一些情況下，分析對象之間的相對位置關系才是目的所在，第二類專利地圖的位置/坐標數據是信息之間的相對位置布局，如專利權人合作網絡中不同專利權人之間的相對位置；還有一些分析需要將專利信息加載到虛擬的空間位置上，如產業鏈、技術鏈、甚至產品的構成等，以更全面地呈現分析結果，因此第三類專利地圖的位置/坐標數據是虛擬的空間位置。

針對產業分析對專利地圖日益增長的實踐需求，加強方法理論對實踐應用的指導，本文強化專利地圖的地圖屬性，提出了一套綜合考慮地理位置、相對位置、虛擬空間位置三大類元素的專利地圖三維分析模型，開展專利地圖分析，并以智能制造產業和生物醫藥產業分析實踐案例為例對提出的模型開展實證研究。該專利地圖三維分析模型示意圖如圖1所示。

圖1 專利地圖三維分析模型

2.1 維度一：基于地理空間的專利地圖

基于地理空間的專利地圖是以實際地理空間為背景地圖，在其上加載主要專利權人、專利來源地區分布、專利人才分布、專利技術流向等專利分析信息中一種或幾種，主要包括專利知識空間地圖、專利地理空間地圖、專利人才布局地圖、專利技術流向地圖等，合適的信息以地圖的方式不僅可以更直觀地呈現分析結果，增加的地圖信息也會增加結果的層次發現更多的信息。

專利知識空間地圖旨在抓主要矛盾，它在地圖上標注出各類重點的專利權人及其合作關系，簡明扼要地呈現產業的主要參與機構及其關系，為更全面地展示各方力量，同時規避由于機構性質不同造成的專利數量級的差異，主要專利權人往往會根據不同的機構性質分別遴選。專利地理空間地圖則傾向于從全局出發，展示產業專利技術的整體布局情況，同時標注各地區內的重點專利權人。專利人才布局地圖將專利產出信息替換為發明人信息，與專利地理空間地圖的信息結合分析，還可以計算地區的專利技術產出效率。專利技術流向地圖揭示的是技術在區域間的流動問題，可以是具體技術在專利權人之間或專利權人與被許可人之間的流動情況，也可以從國家層面考量專利技術從來源國向其保護的市場目標國的流動。

2.2 維度二：基于相對位置的專利地圖

基于相對位置的專利地圖的地圖基礎是分析對象之間的相對位置關系，如基于專利共同持有現象的專利合作網絡，基于專利轉移轉讓矩陣繪制的轉移轉讓網絡，基于專利引用關系的專利引用網絡。對相對位置關系的分析，可以發現合作中處于中心地位的關鍵節點，產業中最有可能實現產業化的關鍵技術掌握在誰手里，專利技術的傳承與發展，以及熱點專利等。

專利合作網絡地圖以專利權人構建專利合作網絡，揭示了技術合作關系，用以研究合作研發、合作模式、技術集群、核心專利權人識別等。專利轉移網絡地圖是利用專利轉讓和許可關系建立的網絡，據此可以了解行業內專利產業化的現狀，分析專利技術產業化中的技術流向。專利引文網絡地圖通過專利之間直接或間接的引證關系構建引文網絡進行分析，可以跟蹤技術領域的發展趨勢，分析同被引和引文耦合現象等。

2.3 維度三：基于虛擬空間的專利地圖

基于虛擬空間的專利地圖是利用專利分析作為數據支撐，搭載某種虛擬的關系圖，以從專利技術的角度解析關系圖。這種虛擬關系圖可以是產業鏈、技術鏈、主題聚類、技術路線等等，以專利分析結果作為制圖依據，賦予產業鏈、技術鏈、主題聚類、技術路線圖以專利技術內涵，專利分析結果也得到了更多樣化的呈現。相較于前兩類專利地圖，基于虛擬空間的專利地圖不是純粹的定量分析，而是定量與定性的結合，專利分析是數據來源依據，但分析本身不唯數據論英雄，目的旨在更好地繪制具有專利技術屬性的各種虛擬空間圖。

產業經濟學中的產業鏈是一個包含價值鏈、企業鏈、供需鏈和空間鏈四個維度的概念，其本質是描述一個具有某種內在聯系的企業群結構，而這個企業群可以是基于專利分析篩選的結果。專利技術鏈地圖則是針對產業鏈各環節上的關鍵技術，通過專利分析梳理出各關鍵技術對應的專利及其擁有者，從而一圖展示產業的關鍵技術及其競爭者。專利主題聚類地圖利用文本挖掘技術提取專利文本關鍵詞，對關鍵詞進行聚類、關聯等分析，挖掘技術特點，探尋技術熱點和技術空白點。技術路線圖是基于專利分析描繪某技術領域的主要技術發展路徑和關鍵技術節點，從技術鏈的完整視野認知主流技術發展歷程。技術路線圖與技術鏈的區別是前者更側重某項技術的發展路徑，而后者側重產業鏈上各環節關鍵技術的展示。

上述專利地圖三維分析模型，適應當前產業專利分析的旺盛市場，充分考慮到產業分析實踐中對專利地圖的各種需求，并根據繪制專利地圖所依據的位置/坐標數據的不同，從具體到抽象凝練為三種層次，形成了指導產業分析的一攬子專利地圖方法體系，方便使用、易于擴展，可基于此快速制定產業專利分析方案。同時，該專利地圖三維分析模型在理論上強化了專利地圖的“地圖”屬性，基于位置/坐標數據的方法體系為專利地圖研究提供了新的視角。

3 專利地圖三維分析模型實證

本節以重慶智能制造和我國醫藥生物兩個產業分析為例，具體說明專利地圖三維分析模型在產業分析實踐中的應用方法和效果。

數據與方法：利用IncoPat數據平臺收錄的中國發明專利申請以及Relecura專利平臺上的中國發明專利申請開展分析。重慶智能制造產業檢索策略根據國家知識產權局《專利密集型產業目錄(2016)》(試行確定的七個細分行業制定)[51]，檢索日期：2018年8月。醫藥生物產業基于OECD對生物技術專利的定義[52]，進一步將其劃分為農業、工業和醫藥生物技術三大類，檢索獲取醫藥生物技術領域的全部發明專利，檢索日期：2018年10月。

3.1 維度一：基于地理空間維度的專利地圖

圖2在重慶市的平面地圖上，以專利數量數據為基礎，結合專家咨詢分別篩選出TOP5高校和TOP10企業，圖中圓圈大小代表專利數量，圓圈之間的虛線代表機構間的合作，虛線越粗合作數量越多。借助知識空間圖，除可以掌握參與重慶智能制造產業主要的高校和企業，還可以直觀發現重慶智能制造研究集聚在主城區，且以高校占明顯優勢，同時主研機構之間的合作整體偏少，高校與產業之間還未形成有機互動，可以初步判斷重慶智能制造產業尚處于起步階段。

圖2 重慶智能制造專利知識空間

圖3遴選我國醫藥生物技術領域主要的專利轉讓行為，在地圖上動態標注出這些通過專利轉讓實現的技術流動。圖中，實心點表示專利的流入地，圓圈點代表專利的流出地，飛線表征專利的流向，線條越粗轉讓的專利數越大。從圖3的技術流向圖可觀察到我國醫藥生物技術流動主要分布在沿海一帶，主要從深圳、上海、江蘇、北京等地流向華南、華東、華北、華中地區，同時不同始發地的技術流動特征不一，深圳地區流動輻射范圍最廣，而上海則主要是周邊短距離流動。

圖3 中國醫藥生物科技專利技術流向

3.2 維度二：基于相對位置的專利地圖實證

圖4是根據專利權的共同所有情況繪制的重慶市智能制造發明專利研發合作網絡。從圖4可以輕易識別出核心專利權人——重慶大學很明顯位于網絡的中心，其他合作活躍的主要機構還有國家電網公司、重慶交通大學和西南大學；發現主要的合作關系——除重慶大學以外，專利數量排在前列的其他四家機構則只與集團內部的公司合作，度數均為1，如重慶惠科金渝光電科技有限公司只和惠科股份有限公司合作，重慶京東方光電科技有限公司只和京東方科技集團股份有限公司合作。

圖4 重慶智能制造專利合作網絡

圖5利用發明專利的轉讓數據繪制了中國醫藥生物科技轉移網絡，圖中的圓形代表的是專利的轉讓人，正方形代表的是專利是受讓人，顏色越深代表與之有轉讓/受讓關系的機構越多，圖5只顯示了前15的轉讓人的數據，并以度數大的轉讓人和受讓人作為標簽示例。通過轉移網絡圖，可以發現我國醫藥生物科技的專利轉移多發生在局部小團體，團體之間沒有交織成網，即使在小團體內部，轉讓與受讓的角色定位也較為固定，鮮有交互。

圖5 中國醫藥生物科技專利轉移網絡

3.3 維度三：基于虛擬空間的專利地圖實證

智能制造發展需經歷自動化、信息化、互聯化、智能化四個階段。其發展經歷每一階段都對應著智能制造體系中某一核心環節的不斷成熟。圖6在梳理智能制造產業不同發展階段及其主要方向和產品基礎上，結合專利統計分析，列舉了各階段從事相關產品研發與生產的主要企業專利權人，得到重慶智能制造的產業全景。總體而言，目前重慶的智能制造“自動化”已較為成熟，“信息化”與“互聯化”正在逐步布局，“智能化”正在進行一些嘗試，還待普及。

干細胞是生物醫藥的熱點領域，圖7基于關鍵詞語義聚類，展示的某區干細胞專利主題分布情況，圖中波峰代表技術密集區，波谷代表技術空白點。基于主題聚類圖，可以直觀判斷分析對象在細分領域上的集中分散情況，該區的干細胞研究產業鏈覆蓋較為完整，上游的干細胞的采集和存儲成果較多，應用以美容護膚日化為主，干細胞治療成果較少。

本文提出的專利地圖三維分析模型在智能制造和醫藥生物技術兩個領域的實證分析過程中發現，該三維分析模型，以專利數據為來源，以專利地圖為方法，以產業分析為目的，可以從三個維度較為全面地揭示一個產業的發展概況。該模型首先借助地理空間地圖作為專利分析的可視化展現的背景工具，直觀地揭示了重慶智能制造產業的主要競爭態勢和我國醫藥生物技術領域的關鍵技術流向；在第二維度上，利用專利之間的共有和轉讓事實，借助社會網絡分析思想，分別搭建專利合作網絡和專利轉讓網絡，通過相對位置來發現重慶智能制造和我國醫藥生物技術的競合關系態勢；最后，更深度的結合產業分析和專利分析，用專利產業全景和專利主題聚類，一覽式的展示了重慶智能制造的產業全貌和我國醫藥生物技術領域全貌。該模型充分考慮了產業分析的需要，多個維度專利地圖的結合，便于產業直觀展現、知識發現和全局分析。

圖6 重慶智能制造產業全景

圖7 干細胞專利主題聚類

整體而言，智能制造案例的主要受眾是政府決策者，通過知識空間、研發合作和產業全景三張圖，使重慶智能制造的主要研發隊伍、競爭合作關系、產業布局全貌得以揭示，從而使決策者準確掌握重慶智能制造的發展階段，提示產業發展方向——加強高校成果向實體企業的轉移轉化，促進產學研關聯互動，并推動產業從基礎自動化向更高智能方向發展邁進，并能為未來招商引資，合作伙伴的引入提供很好的方向指導。醫藥生物技術案例則主要面向研發，通過專利技術流向、轉移網絡、主題聚類三張圖，使研發人員了解我國生物醫藥技術的熱門細分領域，研發團隊的競合情況，成果轉移轉化分布，從而為研發方向決策、研發合作關系建立、研究成果轉化提供參考指引。

4 討論與展望

當前專利地圖研究以應用型研究為主，產業專利分析對專利地圖有旺盛的需求，結合專利地圖方法理論研究偏弱，本文在總結提煉基于專利的產業分析實踐基礎上，設計了多種專利地圖，可面向產業需求系統的展開分析，是從理論上探索指導產業專利地圖分析實踐的方法框架體系的有益嘗試。

考慮專利地圖“地圖”屬性不強的現實情況，本文方法上突破統計分析等常規地圖的局限，提出強化專利地圖屬性，綜合考慮地理空間、相對位置和虛擬空間三個地理因素的三維模型，是真正意義上的專利地圖。從實證部分的應用實踐不難看出，強調地圖屬性的專利地圖設計，分析角度更加新穎，分析的要素更加綜合，展示效果更為直觀，更利于知識發現，成果推廣和接受。

當然，每一次專利分析都有其獨特的需求和目標，本文在三類不同位置屬性框架下所列舉的具體專利地圖只是構圖思路示例，并不是該法下的全部專利地圖設計。讀者在地理空間、相對位置和虛擬空間框架下，很容易就地圖設計進行衍變與延伸，本文沒提及的各類專利地圖也很容易在該框架下找到自己的位置，因此該三維模型具有框架高度凝練，但框架內的方法易于擴展的特色，對從事產業專利分析的同行可提供有益提示，讓專利地圖更好地指導產業分析實踐。

如上所述，專利地圖在產業實踐上的應用需要根據具體情況對不同元素進行組合或創新以實現分析目標，未來專利地圖研究與實踐應用的長足發展，尚需要從以下幾個方面精進：(1)不囿于常規數據拓展繪制專利地圖的數據來源，如利用德溫特手工代碼、外觀專利、標準專利、專利文本挖掘等都是很好的嘗試；(2)創新分析要素的組合方式，分析要素的創新組合以及專利地圖中更多要素的綜合，都可能為專利分析帶來意想不到的知識發現效果；(3)注重分析實踐的理論提升，當實踐積累到一定程度，加強理論上的凝練提升才能有利于從更上層思考研究，對研究方向有更全局的把握，當然也才能推動成果的交流推廣。