物聯網新興產業的發展趨勢分析

龔惠群 黃超

關鍵詞：物聯網；專利分析；文獻計量；專利地圖；熱點分析

一、引言

21世紀是高新技術產業高速發展的時代，世界各地每天有無數的設備連接到互聯網，持續不斷地收集和共享數據，物物相連的物聯網（IoT）技術已深入到人類生活的方方面面，例如：自動駕駛汽車、智能制造、醫療保健、農業科技、物流、石油和天然氣、運輸、采礦和金屬、航空以及其他很多行業。IoTAnalytics預計2025年全球物聯網連接數量將達到220億個，保持高速增長；Gartner預計到2020年底，物聯網的全球經濟價值可達到1.9萬億美元。作為一種新興技術，物聯網技術得到了世界范圍內的支持和認可，迸發出強勁活力，成為世界經濟不可或缺的重要組成部分（王鑫，2016）。同時，物聯網現已被越來越多的國家確立為振興經濟、確立科技競爭優勢的重點戰略（邵云飛和呂煒，2016）。

當前我國經濟正處于由高速發展向高質量發展轉變的時期，物聯網產業的興起與發展是我國經濟產業改革的一個契機，對提升經濟活力、增強社會創新意識具有重要作用，可提高整體創新能力，有助于創新型國家的建設。同時，發展物聯網產業，還可優化整個社會的資源配置效率，給大家提供更舒適便捷的生活。此外，物聯網產業領域的技術如果可以實現自主可控，還可以保障國家經濟社會運行的戰略安全，同時也是發展戰略性新興產業、帶動經濟增長的迫切需要。《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》中我國要加快培育的7個戰略性新興產業已將物聯網產業包含其中。此外，在《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃（2012年至2030年）》中也特別提到了物聯網產業應用。預計到2021年，中國物聯網產業的市場規模將占到全球物聯網產值的1/4左右，產值約為2.7萬億元，將成為一個超萬億規模的巨大市場。工業和信息化部2020年5月發布了《關于深入推進移動物聯網全面發展的通知》，商務部等多部門也在2020年陸續出臺了眾多推進物聯網與其他產業深度融合的計劃和指導文件，物聯網產業的影響力日漸突出。

同時，作為一種場景化的生態概念，物聯網與其他高新技術不斷融合（如霧計算、區塊鏈、大數據、人工智能等）（Federicoetal.，2018；張凱等，2020；郭研等，2021；劉九如和尹茗，2022），伴隨著5G基礎設施的進一步完善，物聯網的成長性更佳，發展空間更大。物聯網產業正促進這些新一代新興技術共同發展，并帶來大規模的產業集聚效應（胡廣偉等，2021；付劍茹和王可，2022；Alowaidietal.，2022），如智慧城市（TomasGeaandJosepParadells，2013；Harishetal.，2020；范德成等，2021；周林興等，2021）、智慧農業（Lokeshetal.，2017；張復宏等，2017；Tingetal.，2022）、智能交通（Vyacheslavetal.，2017；黃潔等，2018）、智能基礎設施（Raviletal.，2017；羅燊和張永偉，2020；Li，2022）等，市場前景巨大。

因此，物聯網產業發展競爭態勢應引起關注，在充分掌握世界各國物聯網技術的發展競爭態勢之后，我們才能更好地針對這一情況合理調整國內物聯網產業布局，制定更好的發展策略，為促進國家物聯網技術發展、提升國際競爭力提供良好的環境（汪明峰和郗厚雪，2015）。但是，目前針對物聯網產業發展態勢的研究較少，而且分析方法相對比較單一。此外，由于以論文、專利數據為基礎的文獻計量方法（燕慧泉等，2017；楊忠和文庭孝，2018）和專利分析方法（李欣和黃魯成，2016；諶凱，2018）已經成為研究產業發展和競爭態勢的有力工具。本文綜合這兩種方法，將文獻計量方法和專利分析方法相結合，更全面系統地對物聯網競爭態勢進行分析。具體包括從重點技術領域、專利地圖、地域分析、專利構成、引證分析、高頻機構、知識圖譜、熱點關系分析等方面，更系統地開展針對全球物聯網產業的發展與態勢研究，并結合我國實際情況，針對我國物聯網產業發展的薄弱環節和有利優勢，對我國物聯網產業的布局和技術發展方向提出建議。

二、研究方法和數據來源

首先，在各國（地區）專利數據庫中檢索并下載物聯網專利信息（2007—2020年），利用PatentHub專利檢索系統進行專利地圖分析。本文將物聯網專利檢索日期設置為2007至2020年，借鑒國際電信聯盟對物聯網的定義，以“物聯網orM2Mor電子標簽or射頻識別or二維碼or無線通信or全球定位or傳感器or視頻監控or藍牙or傳感網or數據傳輸or無線電鏈路or系統監測”等檢索詞的英文翻譯結果進行檢索，檢索國家和地區為中國、美國、歐洲國家、日本、韓國、WIPO（世界知識產權組織）等，檢索狀態為已公布公開公告，其他條件不限。最終經過去重、篩選、清洗等，處理得到數據42683條。通過地域分析、專利權人分析、專利技術研究、專利地圖、申請人分析及引證研究等方法得出全球及我國物聯網產業的基本競爭態勢、研究熱點、技術空白領域、發展趨勢及薄弱環節等。

此外，本文利用Bicomb及SPSS軟件，以中國知網CNKI和WOS（WebOfScience）為論文搜索平臺，根據核心文獻中對物聯網的表述，以“物聯網”“InternetofThings”“IoT”“webofthings”“internetofeverything”“internetofanything”等為主題詞，采取精確查找，時間限定為2007年至2020年。中文文獻為CSSCI以上文獻，外文文獻為SCI文獻，剔除掉會議論文、人物訪談等，共檢索有效論文12438篇，其中中文文獻6753篇，外文文獻5685篇。通過高頻關鍵詞共詞分析、聚類分析和知識圖譜熱點分析等，得出國內外近年來物聯網基礎研究情況及熱點分布。

三、物聯網產業專利研究

（一）全球物聯網專利地域及申請人分析

主要檢索中國、美國、歐洲、日本、韓國等專利大國和地區的專利數據，并按照主要的IPC技術分類在數據庫中進行檢索。在最后得到的42683條數據中，全球物聯網專利量排名前列的國家和地區如圖1所示。從專利的總量分布上看，目前全球物聯網技術專利主要分布在中國、美國、韓國、歐洲、日本等國家和地區，其中中國的申請總量最多，約占全球物聯網專利申請總量的31.9%，近全球總量的1/3，已超過美國成為專利申請第一國。美國位居第二，約占21.4%；韓國位居第三，約占14.5%；歐洲為第四，約占全球的10.5%；日本位列第五，約占8.4%。截至2020年，中國是全球物聯網專利數量最多的國家。

據WIPO統計，美國、德國和日本等國一直以來都位列物聯網專利申請排名的前列，2010年之后隨著我國對物聯網產業的重視程度提高，隨著無線傳感、M2M（機對機通信）、視頻監控等應用的興起，中國的相關專利數量也增長很快。一個很重要的原因就是我國政府將物聯網列為戰略性新興產業。目前，隨著應用場景的發展，各類物聯網應用（如無線支付、共享經濟、智能抄表等）得到全面普及，激發了高校、科研院所、物聯網企業等創新源頭的研發熱情，物聯網產業正在國內迅速崛起、發展壯大。

通過專利申請人研究可以發現物聯網領域的龍頭企業。由圖2可知全球前十名專利權人皆為商業機構，這與專利應用性較強有關。其中，排名前三位的都是美國公司，分別為IBM（第一）、微軟（第二）、高通（第三），專利申請量都在1500項以上，專利申請較集中，具有明顯的領軍企業優勢。這是由于美國企業重視資金與人才的投入，比如世界上最優秀的物聯網高端人才都集中在IBM公司，每年有超過60億美元的資金投入用于研發物聯網技術，而且在世界各地建立物聯網技術中心和研究院，這是IBM公司在物聯網專利方面持續多年保持源源不斷的創新產出且在世界排名前列的重要原因。其次，日本也有三家公司進入前十，分別為夏普（第四）、富士膠片（第五）、索尼（第八），這說明日本在物聯網領域也在進行著廣泛布局，努力爭奪領域制高點，這與日本從2000年開始布局發展物聯網有關。而中國企業進入十強的只有中興通訊股份有限公司（第七）和華為技術有限公司（第九）。由此可見，我國專利申請總量雖多，但整體上聚集度較低，很多相關企業的創新轉化能力仍較弱。

為了更進一步具體分析我國的物聯網專利權人分布情況，我們繪制了中國專利申請人分析圖，如圖3所示。可見，中興通訊股份有限公司、華為技術有限公司、國家電網公司是中國物聯網專利的前三名。其中，前兩個公司皆位于廣東省深圳市，專利數遠遠高于其他企業。從地域上來看，我國區域專利聚集度最高的是廣東省深圳市。具體分析后還可以發現中興和華為這兩家公司在物聯網專利領域有很多相似之處，它們都在數據傳輸、通信模塊、終端設備方面擁有較大的專利話語權，然而在輸出端、電性連接、芯片半導體等方面幾乎為空白。除此之外，科研院所和高校也在我國專利權人中占據重要地位，如中國信息產業部電信研究院CATR、中國科學院、南京郵電大學等，可見高校等研究機構在我國物聯網產業的發展中的作用不可忽視。

（二）物聯網專利技術研究

按照IPC分類號統計物聯網專利技術構成，見圖4。可見專利申請主要集中在G06F（電子數字數據處理）、H04L（數字信息傳輸）、G06Q（數據處理系統或方法）、H04W（無線通信網絡）、H04N（圖像通信）等方面。其中G06F（電子數字數據處理）所占數量遠遠超過其他技術，達到14307項?？梢娫诖思夹g類別上投入較大，技術創新度活躍，技術較成熟。這是因為電子數字數據處理技術的社會需求不斷增大，激發了該項技術的創新活力，例如常見的數據識別技術，包括二維碼付款、語音識別、人臉識別、指紋解鎖等技術，現在已經成為人們生活和工作中不可或缺的典型應用。H04L（數字信息傳輸，例如電報通信、打字機、通信設備等）排名第二，技術創新熱度也較高。G06Q（數據處理系統或方法）位列第三，廣泛應用于金融、管理、行政、商業等數據處理系統。H04W（無線通信網絡）排名第四，與G06Q的數量相差不大，因為H04W技術在藍牙、WiFi、移動通信網、衛星定位、地震救援、雷達探測等領域都發揮著巨大的作用，故此領域專利也相對較多。而其他的諸如G06N（基于特定計算模型的計算機系統）、G08B（信號裝置或呼叫裝置、指令發信裝置）、G01S（專為交通控制而設計的聲吶系統或激光雷達系統）等由于應用范圍較窄，這些方面的專利數量較少。

不同的國家對以上這些技術有著不同的側重點。分析全球物聯網主要IPC技術的國家分布，結果如圖5所示。可發現，美國在H04L（數字信息傳輸）、H04W（無線通信網絡）、G06K（數據識別、數據表示）等技術領域都有絕對的優勢且數量最多，這與圖4分析的這些技術排名前列的結果也相吻合。

由圖5還可見，目前我國物聯網的研究主要集中在G部（物理）和H部（電學），分別涉及物聯網技術原理的研究和物聯網在電學方面的應用。中國在基本電器元件和電子通信技術領域的專利申請較多，但是申請涉及的技術主題更多是使用底層芯片進行數據的讀取以及存儲等物聯網設備的二次開發，這間接反映出我國在傳感器和芯片設計、制造等基礎能力方面較薄弱的現狀。

此外，我國在數據處理與通信網絡方面表現優異，在G06F（電子數字數據處理）技術領域所占數量要明顯優于其他國家，例如我國的華為技術有限公司和中興通訊有限公司，專利增長態勢明顯，并已取得眾多國際通信技術、標準的核心專利，表明中國企業在數字信息、無線網絡通信領域的核心技術競爭力較強。

（三）物聯網專利技術地圖研究

為了更形象地顯示全球物聯網專利的技術分布、專利研究熱點和國家發展狀況等，本文分別將檢索到的42683條物聯網專利數據按照國家地區類別提取出中國、美國、韓國、日本等物聯網專利大國數據，利用TI軟件制作出專利地圖，從而有效掌握競爭對手和我國企業相關領域的專利分布情況，進而判斷產業的專利風險布局，更合理地調整產業布局。圖6為全球物聯網技術的專利地圖，其中凸出如山峰狀的密集區域為相似專利形成的專利集中領域、產業化區，可見智能家居、無線通信、信號傳輸接收、射頻識別（RFID）等涉及工業、生活應用等方面的熱點較集中，其中跟智能家居有關的應用創新較多，例如電梯、路燈、安防、水表、消防、智慧養殖等；跟智慧工業有關的創新，諸如機器人、打印、測控、智能維修跟蹤等。但是在圖6中尚未見目前學者研究較多的智慧交通、智慧建筑等，可見在這些方面仍存在專利空白點。

下面分別是美國、中國、日本、韓國等主要國家物聯網技術的專利地圖，見圖7、圖8、圖9和圖10。由這些圖可見，無線通信技術是各國皆爭相布局的主要技術，一直是研究熱點，其次是RFID、智能終端等技術。

從圖7、圖8可見，中國和美國的專利布局密度皆高于其他國家，但對比兩圖可以發現中國在物聯網技術的專利分布上更偏重于技術應用，研究的深度明顯與美國有較大差距，這也反映出中國物聯網技術基礎薄弱的劣勢。由圖7可知，美國在設備、遠程監控、通信控制等方面的專利實力較強，但在生活應用類方面的專利尚不多。由圖8可知，中國的專利技術主要集中于社會各類生產生活應用（如智能家居、智能農業、智慧物流、安防應用等）、數據處理、網絡通信等方面，創新成果更偏向于商業應用，而在傳感器、芯片等基礎領域則存有相當不足，甚至是欠缺。物聯網產業的關鍵技術涉及傳感器、芯片、通信模組、通信網絡和物聯網平臺等，從圖8可知我國物聯網產業目前在傳感器、芯片技術上的研發創新能力仍較弱，專利布局太少，而在通信、物聯網平臺方面的研究則較為成熟。

分析圖9和圖10，可發現日本和韓國的專利布局相對比較集中。對比圖7、圖8、圖9、圖10可見，中、美、日、韓四個國家在不同的物聯網專利方面都有各自領先的領域。其中，美國和韓國在智能終端、防偽技術、數據通信等方面具有領先地位，除此之外，美國在控制器、電路器件領域中排名世界前列，而中國在該領域與美國還有相當大的差距。日本在電子數據信息處理、通信控制、數據識別、網絡服務器方面展現出強大的科研實力，而且在傳感器、環境監測領域也有不錯的專利布局。

從整體上看，中國在整個物聯網專利方面的研究相對比較平均，在眾多領域已經進行了布局，但多偏重于生活場景應用，在基礎設備研發方面仍較薄弱。目前作為物聯網產業鏈前端的通信模組、智能控制器等在我國迎來迅猛發展，在通信技術上也擁有實力較強的國際級大公司，比如華為、中興、騰訊等，但仍缺乏芯片、集成電路方面的領軍大型企業。為了在未來的專利技術發展中取得較多的主動權，中國亟待新的技術突破口來彌補自己的不足。

（四）全球物聯網專利引證研究

一項專利的被引用次數越多就表明該專利的認可度越高，而且具有一定的權威性。專利的權威性越高越說明此項專利涉及該領域內的核心或者基礎性技術。因此，專利的被引量在物聯網產業競爭態勢研究中有很強的代表性，應當受到高度關注，其研究對于評估我國物聯網產業的競爭態勢以及對物聯網布局準確定位具有重要的參考價值。

本文在對物聯網專利做引證分析時采用年均被引頻次。表1列出了物聯網領域年均被引頻次最高的10項專利，可發現創新成果積累較多的專利申請人多為目前世界上比較出名的科技型公司，如高通、思杰、康維達無線公司等。此外，表中有3項專利（專利號分別為US7355273、WO2013123445A1、US7444669）雖然總被引頻次較高，但年均被引頻次較低，所以并不能簡單地說明這3項專利受重視程度很高。因為年均被引頻次是指某項專利從公開發布到現在平均每年被引用的次數，而總被引頻次是指所有引用這項專利的次數。因為不同的專利發布時間是不一樣的，分析總被引頻次時可能會因為這種時間差異導致結果存在誤差，發布時間早的專利總體上都會更容易有更高的引用次數，而參考年均被引頻次數，則可以有效地減少這種誤差，因此用年均被引頻次分析更為合理、科學。從表1中可以看出，專利US7355273的總被引頻次很高，為394，在所有專利中處于最高被引頻次，但其年均被引頻次數僅為35.8，造成這個現象主要是因為其申請年限是2008年，時間很長，因此參考其年均被引頻次數更為科學，故這個專利僅排在第7位。

從表1還可以發現：

（1）從年均被引量排名來看，被引頻次第一的是專利號為US20150156266A1的美國專利“基于云服務的用戶相關聯的IOT網絡和設備”，可以看出該項專利在物聯網領域的重要地位，此技術主要用于數字信息傳輸。年均被引頻次排在第二位的專利號為US9094407的專利是美國思杰公司關于機器消息傳送系統的技術，同樣屬于數字信息傳輸領域。年均被引頻次排名前兩位的都是數字信息傳輸領域，IPC分類號為H04L，說明在物聯網領域數字信息傳輸方面的技術廣受關注，目前研發應用最為成熟，技術影響力最大。

（2）從專利權人角度分析，由于專利US20150156266A1和US9094407在年均被引頻次上皆明顯高于其他專利，所以這兩項專利的申請人美國高通公司和思杰公司可看作是物聯網數字信息傳輸領域的技術領跑者，存在一定的核心技術優勢，是學習合作的對象，我國對于這兩家公司在物聯網技術的研發應給予充分關注。

（3）從物聯網專利高被引頻次的國家來看，表中有5項專利屬于美國，4項專利屬于世界知識產權組織，但是大多數優先權國家仍屬于美國，僅有1項專利優先權屬于中國?？梢姡m然中國發布專利數量很多，但被引用數量少，涉及核心科技的專利數量更少。因此，美國物聯網技術的霸主地位目前依舊難以撼動，其技術實力和研發實力仍排名靠前，依然領導全球物聯網的發展方向。

（4）從物聯網IPC主分類號角度來看，H04L（數字信息傳輸）、H04W（無線通信網絡）、G06F（電數字數據處理）這三大技術方向分別占據了榜單的前三位，說明此三大主題構成了國外物聯網技術領域的研發核心領域，發展快速，是未來幾年發展的熱點。整體上來看，表1中的大部分專利都集中在H04Q（信號選擇控制）、H04L（數字信息傳輸）、G06Q（數據處理系統）、H04W（無線通信網絡）、G06F（電數字數據處理）等領域，可知在物聯網專利分布中，這些技術應用比較廣泛，發展也趨向成熟。

（五）專利分析總結

通過對全球物聯網產業的專利分析，得出以下結論：

1.中國、美國和韓國是物聯網研發的主要國家，約占全球專利總量的70%，其中中國已是全球物聯網專利數量最多的國家。

2.目前物聯網的研發有著極強的商業競爭目的，領軍企業仍在美國，其次是日本。中國的專利申請總量雖大，但整體聚集度低，高質量專利少，且存在區域分布不均衡的情況，應重視以深圳為輻射中心，帶動其他地區或企業的物聯網發展。

3.目前物聯網領域技術創新度最高的是G06F（電數字數據處理）、H04L（數字信息傳輸）、G06Q（數據處理系統）、H04W（無線通信網絡）這幾個方面，其中H04L、H04W、G06F領域是未來發展的熱點。

4.我國物聯網產業在數字信息、無線網絡通信領域的核心技術競爭力較強，涉及通信模組、物聯網平臺等的物聯網產業關鍵技術的研究較為成熟，而在傳感器和芯片設計、制造等關鍵技術方面仍較薄弱，與美國存在很大差距。

5.中興、華為兩家公司作為我國物聯網領域的領軍企業，在輸出端、電性連接、芯片半導體技術等方面仍存在很大空白。

6.從全球來看，無線通信技術、RFID、智能終端是目前各國爭相布局的熱點，同時，中國目前的物聯網專利技術更偏重于生活生產類場景的商業應用，在物聯網技術基礎、基礎設備等方面的創新度較低，與美國在控制器、電路器方面的差距較大，缺乏芯片、集成電路方面的領軍機構。

7.目前數字信息傳輸方面的技術廣受關注，技術影響力最大，美國高通公司和思杰公司的高質量專利研發較多，應予以更多關注。

四、物聯網文獻計量研究

通過文獻計量分析，可以明確我國物聯網發展的趨勢及其在國際上的地位，可以清晰地看出某個領域內的文獻數量、質量與合作情況、研究深度、與國際最高水平的差距、高產區域、高產機構、區域短板、國內外物聯網研究的重點和熱點主題、國內研究的相對空白之處、國內外物聯網研究的主流學術領域等相關研究信息，為企業、研究機構或者政府的決策提供更有針對性的支持。

（一）論文高頻機構及地域分布

檢索的12438篇論文來源于上千家研究機構，本文根據Bicomb軟件對研究機構進行提取與統計，導出國內外排名前十位論文發表較多的高頻機構，如圖11、圖12所示。

由圖11可以發現，全球SCI論文的高產機構主要以中、美兩個國家的大學為主，發文量最高的前3個高頻機構中有2個為中國的大學，分別為中國科學院和北京郵電大學，位列第3的是美國的加州大學。在前10位高頻機構中，中國共有6所大學位列其中，占60%。其次就是美國有2所大學位列其中，占20%。除此之外，英國的倫敦大學和沙特阿拉伯的沙特國王大學也榜上有名?？梢姀恼撐牡漠a出來看，中國的文獻發表高頻機構明顯高于美國，數量上處于絕對的國際前列。從機構類型來劃分，這10個高產機構都是大學，這說明國際上對物聯網研究貢獻最大的是高等學府。這主要是因為大學中的教師或研究人員相對來說更易于接觸到物聯網領域的最新研究信息，故能夠產生較多的科研成果。

由圖12的國內CNKI發表量高頻機構顯示結果可知：（1）中國礦業大學、中國科學院大學等依托國家物聯網相關重點實驗室在理論研究上走在前列。（2）一些理工類特色大學，如南京郵電大學、北京郵電大學等也與物聯網研究有著密切的聯系，這是由于隨著物聯網的廣泛應用，電信、工程電氣電子等學科領域對物聯網的研究重視程度日益增大。（3）國內一些知名企業，例如中國電信股份有限公司等，也在物聯網研究領域占據一席之地。這是因為隨著物聯網技術的成熟和普及，中國電信等公司皆基于2G/3G/4G/NB-IoT（窄帶物聯網）通信網絡基礎開拓出了物聯網業務，致力于物聯網產業的基礎建設、公共平臺運營等方面的創新研究，著力推動整個行業生態的發展。（4）觀察圖12中研究機構的地理區域，可以發現這10所大學主要分布在華北、華東等經濟、科技發達地區，中西部地區發表論文相對較少，可見經濟、人才等非主觀因素對物聯網的研究也有明顯的影響。

（二）高頻關鍵詞聚類分析

某關鍵詞出現的頻率越高，表明其受到科研人員重視的程度越高，因此本文主要運用關鍵詞頻率對物聯網研究領域的分布進行分析。本文統計了CNKI和SCI的高頻關鍵詞，利用Bicomb軟件分析得出，CNKI中6753篇論文共有關鍵詞25042個，需要提取高頻關鍵詞對其做進一步的分析，以便更能看出關鍵詞與研究熱點之間的關系。根據高頻關鍵詞計算公式（普萊斯定律）N2，將25042代入D計算可得N為158。由于文獻檢索地文獻數量有限，難以概括全部的研究論文，所得高頻詞匯僅有15個，難以滿足分析需要，故根據實際情況適當放寬高頻詞匯范圍。本文選取48個高頻詞匯，最低頻次80，制作詞篇矩陣。在這48個熱門詞匯中，頻次為100及以上的有30個，如云計算、RFID、大數據、傳感器網絡、智慧城市、電子標簽、ZigBee（無線網上協議）等（限于篇幅，不再詳述），說明這些相關領域的研究相對較多，科研實力較強。頻次為100以下的有20個，如云平臺、數據融合、NB-IoT、智慧校園等，說明這些領域的研究深度和成熟度尚有不足。

同理，SCI論文選取47個高頻詞匯，如smartcities、sensornetworks、fogcomputing、bigdata、smartgrid、security、privacy、industry4.0、CoAP、5G、M2M等，這些高頻關鍵詞能夠體現近十多年來物聯網的研究熱點。然后利用SPSS軟件做聚類分析，對物聯網的熱點分布做進一步研究。

利用Bicomb軟件分別導出CNKI和SCI文獻高頻關鍵詞的詞篇矩陣，限于篇幅，不再詳述。接著利用SPSS軟件對兩篇詞篇矩陣做聚類分析，從而得到高頻關鍵詞相似矩陣（限于篇幅，不再詳述）和聚類分析樹狀圖。從相似矩陣中可以看出，與云計算相似度較高的詞是大數據、智慧城市、智能家居等，與RFID相似度較高的有傳感器、ZigBee等，說明這些概念之間的關系緊密。

CNKI、SCI文獻的高頻關鍵詞聚類分析樹狀圖見圖13、圖14。圖中關鍵詞名稱在樹狀圖的縱軸，最上方的0～25代表兩個關鍵詞之間的密切程度，橫軸數字越大，則說明關鍵詞之間關系越疏遠。

分析圖13樹狀圖中CNKI文獻高頻關鍵詞之間的關系和出現的頻率，可分析出國內物聯網研究的主要熱點問題，包括：基于大數據與云計算的數據挖掘研究；基于數據挖掘和“互聯網+”的信息化、智能化和智慧化工程建設研究；以智能化、信息化、云平臺為核心的物聯網工程研究；基于互聯網、物聯網、傳感技術的社會基礎設施與商業產業鏈應用研究；以信息化、智能化為背景的信息安全、網絡安全和個人隱私安全保護策略研究；物聯網與5G、大數據、云計算、數據挖掘、霧計算等產業的融合研究；基于RFID、傳感器網絡、電子標簽等技術的智慧農業研究；物聯網產業鏈的商業模式研究；基于ZigBee、GPRS的智能家居應用研究；等等。

分析圖14樹狀圖中SCI文獻高頻關鍵詞之間的關系和出現的頻率，可分析出國外物聯網領域研究的主要熱點問題，包括：與物聯網技術相關的隱私、安全方面的研究；基于云計算、大數據、傳感網絡、數據挖掘的智慧城市和智能電網的建設研究；以無線傳感網絡、CoAP、RFID、數據傳輸等為主要對象的硬件開發；等等。由圖14可發現，從右往左可以根據文獻高頻關鍵詞聚類出很多種類型，例如第2大類就可以看出其主要相關的熱點為智慧城市、傳感器網絡、云計算、霧計算等領域的結合，可見目前物聯網的文獻研究中有較多的研究熱點集中在物聯網的建設研究方面，多聚焦于怎樣將傳感器網絡、云計算、霧計算等前沿技術應用于智慧城市建設方面。

對比圖13和圖14的聚類分析結果，可以發現：國內物聯網領域的研究側重于技術和應用功能，而國外物聯網的研究不僅涉及技術和應用功能，更側重于進行理論和基礎設施的研究，如終端設備、控制系統等的研究，而這些正是國內物聯網研究的相對空白之處。

（三）高頻關鍵詞知識圖譜和熱點關系分析

首先對之前SPSS統計軟件得到的高頻關鍵字相似矩陣，用1減去矩陣中每個單元格的數字，將兩者的差作為相異矩陣中對應的數字，從而得到高頻關鍵詞的相異矩陣。其次，利用SPSS統計軟件對高頻關鍵詞的相異矩陣進行Alscal分析，得到物聯網高頻關鍵詞可視化知識圖譜，以便能直觀、明確地看到關鍵詞之間的聯系情況。CNKI和SCI文獻物聯網高頻關鍵詞知識圖譜如圖15、圖16所示。

根據圖15所呈現的知識圖譜中CNKI文獻高頻關鍵詞的集聚程度，可看出近十多年來物聯網理論研究主要存在3個主流的學術領域。

第一個學術領域（知識群主要在第一象限，與第二、第四象限有部分交叉）主要是對物聯網不同領域內的應用發展進行研究?！爸腔鄢鞘小薄靶畔⒒薄盎ヂ摼W”“智慧圖書館”“應用”“RFID技術”等關鍵詞處于知識群的核心位置，且相互間較接近。這說明基于信息化、互聯網、RFID技術的智慧城市、智慧圖書館等方面的應用研究已受到廣泛關注。同時，“云計算”“大數據”“數據挖掘”等關鍵詞的高頻出現，還說明了這些技術對物聯網應用的基礎作用。另外，在這個知識群中還出現了“智能電網”“智慧校園”等關鍵詞，說明物聯網的應用研究領域正在不斷拓展。

第二個學術領域（知識群主要在第二象限，與第三象限有部分交叉）主要是對物聯網應用的技術基礎進行研究。其中，“傳感器”“射頻識別”“無線傳感器網絡”“數據采集”“電子標簽”“ZigBee”等關鍵詞處于知識群的核心位置，這說明物聯網應用的技術基礎也是目前密切關注的領域，傳感器、RFID、電子標簽、無線網絡等是該領域研究的重點及創新突破的關鍵。同時，“供應鏈”“遠程監控”“農業物聯網”“人工智能”等關鍵詞的高頻出現，還說明了這些物聯網應用類別與物聯網底層技術基礎的關聯性較強，底層技術的創新情況會極大地影響到遠程監控、供應鏈等應用的發展。

第三個學術領域（知識群在第三和第四象限）主要是對物聯網在工業生產制造等方面進行研究。其中，“智能制造”“產業鏈”“體系結構”“商業模式”“工業物聯網”等關鍵詞處于知識群的核心位置，這說明工業物聯網作為物聯網的一種主要應用領域受到了極大的關注，社會經濟對此領域的創新突破有著特別巨大的需求。此領域的研究更重視物聯網技術在工業制造、產業發展等方面的創新突破。同時，“安全”“網關”“信息安全”“中間件”“區塊鏈”“NB-IoT”等關鍵詞的高頻出現，還說明了目前工業物聯網的發展中對信息安全研究的依賴性，安全技術的創新會極大影響到物聯網的工業應用效果及普及程度。

根據圖16所呈現的知識圖譜中SCI文獻高頻關鍵詞的集聚程度，可看出近十多年來國外物聯網理論研究主要存在2個主流學術領域。

第一個學術領域（知識群主要分布在第一和第二象限）以“Cloudcomputing”（云計算）、“RFID”（射頻識別）、“Sensors”（傳感器）、“LoWPAN”（無線個域網）、“COAP”（物聯網協議）、“Wirelesssensornetworks”（無線傳感器網絡）為主要對象，擴展到“InternetofThingsDevices”（物聯網設備）、“Components”（元器件）、“Technicalstandard”（技術標準）、“Chips”（芯片）、“Systemintegration”（系統集成）、“Software”（軟件）的研究。可見，此領域主要是研究物聯網的軟硬件基礎，包括設備、芯片、元器件、傳感器等硬件方面的創新，也包括技術標準、網際協議、軟件等軟性基礎的創新。這說明國外的物聯網研究更具深度，涉及物聯網的感知層、傳輸層及應用層的關鍵技術。同時，“security”（安全）、“privacy”（隱私）等高頻關鍵詞的出現，說明目前通過物聯網的軟硬件技術來解決安全和隱私保護問題正得到更多研究者的重視。

第二個學術領域（知識群主要分布在第三和第四象限）以“fogcomputing”（霧計算）、“cloudcomputing”（云計算）、“datamining”（數據挖掘）、“M2M”（機對機通信）、“Industry4.0”（工業4.0，即智能化時代）為主要對象，擴展到“smartcity”（智慧城市）、“smarthome”（智能家居）、“smartgrid”（智能電網）、“energyharvesting”（能量采集）、“textmining”（文本挖掘）等的研究?？梢姶祟I域主要是研究物聯網的應用和運營，包括了大量的智能化應用創新（如智能家居、智慧城市等）。同時，由于這些智能化應用開啟了對大數據的需求，進而給計算力帶來了極大的挑戰，云計算已經無法滿足物聯網各種新興計算場景的需求，因此霧計算（Fogcomputing）已成為此領域的創新突破重點。

（四）文獻計量分析總結

通過對全球物聯網研究的文獻計量分析，得出以下結論：

（1）中國和美國是擁有全球物聯網論文發文量前十高頻機構最多的國家，約占80%。其中，中國高頻機構的數量位居全球前列，中國科學院、北京郵電大學、中國礦業大學等都是中國物聯網研究的主力軍。

（2）國內對云計算、RFID、大數據、傳感器網絡、ZigBee、智慧城市等方面的研究較為成熟，側重于技術和應用角度，國外物聯網的研究則側重于終端設備、控制系統等基礎設施和理論角度，這是國內研究的相對空白之處。

（3）目前國內物聯網理論研究存在3個主流學術領域，包括對物聯網場景應用、技術基礎、工業制造領域等方面的探索，物聯網的智能化應用領域正在不斷拓展。

（4）國外的物聯網理論研究存在2個主流學術領域，包括對物聯網軟硬件基礎、智能化應用創新和運營等，相對來說，國外的物聯網研究更具深度，涉及物聯網的感知層、傳輸層及應用層的關鍵技術。同時，安全和隱私保護主題正受到更多關注。

五、結論與建議

本文通過對物聯網產業的專利和期刊文獻進行專利和文獻計量分析，探究全球及中國物聯網產業的競爭態勢，得出如下結論：

（1）我國物聯網產業正迅速發展，物聯網產業的基礎研究和專利數量上已達到世界領先水平，但高質量專利少，中國發布專利數量很多但被引用數量少，涉及核心科技的專利數量更少，理論研究尚缺乏深度，且存在以深圳為重心的區域不均衡情況，應重視以深圳為輻射中心，帶動其他地區或企業的物聯網發展。

（2）從全球來看，無線通信技術、RFID、智能終端是目前各國爭相布局的熱點，研究熱點主要集中在射頻識別、無線通信、傳感器、云計算、芯片、技術標準、軟件等領域，且研究密度較為集中，表明國外研究人員比較關注物聯網技術的深化與挖掘，更多地聚集在關鍵技術核心領域，而我國在物聯網技術基礎、基礎設備等方面的創新度較低，目前缺乏芯片、集成電路方面的領軍機構。

（3）目前物聯網領域技術創新度最高的H04L（數字信息傳輸）、H04W（無線通信網絡）、G06F（電數字數據處理）這三大技術方向構成了國外物聯網技術領域的研發核心領域，發展快速，是未來發展的重點。智能電網、智能家居、智能物流等新型物聯網應用研究將成為我國未來重點發展的領域。

（4）我國物聯網產業在數字信息、無線網絡通信領域的核心技術競爭力較強，涉及通信模組、物聯網平臺等的物聯網產業關鍵技術的研究較為成熟，而在傳感器、芯片設計、核心設備制造等關鍵技術方面研發創新能力仍較弱，專利布局太少，與發達國家存在較大差距；在通信、物聯網平臺方面的研究則較為成熟，不過作為我國產業領軍企業的華為、中興公司，在輸出端、電性連接及芯片半導體技術等方面仍存在空白。

（5）目前國外物聯網研究側重于終端設備、控制系統等基礎設施研發，而我國物聯網研究則側重于生產生活場景的智能化商業應用，專利技術主要集中于社會各類生產生活應用（如智能家居、智能農業、智慧物流、安防應用等）、數據處理、網絡通信等商業應用方面，而在傳感器、芯片等基礎領域存有相當不足，與美國在控制器、電路器方面的差距明顯，未來應多關注IBM、高通、思杰等公司的研發進展情況。

基于已有的分析結果，提出如下建議：

（1）雖然我國物聯網的技術應用領域發展較好，但在基礎技術方面仍較為薄弱，存在發布專利數量多但被引用數量少的現象，涉及核心科技的專利數量更少，物聯網核心專利和基礎理論還落后于美國等西方發達國家。造成這種現象的原因主要是物聯網的基礎技術雖然商業價值很高，但都有著非常高的門檻，我國在相關的核心基礎理論和關鍵技術攻關等方面的研究不夠深入，因此造成目前我國在物聯網基礎技術方面的表現較差，例如感知層中的通信模組芯片、處理芯片、傳感芯片等技術，平臺層中的操作系統、人工智能、中間件等，應用層中的機器人等技術積累仍較薄弱。同時，這些底層技術的下沉不足，又會導致應用層的智能化滲透速度及深度產生不足。目前，基礎技術的相關產品和設備主要仍從海外進口，過度依賴擁有專利權的國家，核心專利的研發進程緩慢。核心技術的缺失將嚴重阻礙中國物聯網的產業布局，因此，未來物聯網技術的研發應提高研究的深度，爭取在控制器、電路器、芯片設計制造、控制系統、終端設備等薄弱領域取得突破，爭取掌握一定數量核心專利的自主研發知識產權，減少對其他國家的技術依賴，從而保證物聯網技術在我國健康可持續發展。

（2）目前國內相關的領域基礎理論研究大部分集中在高校，而專利申請主要集中在企業，這種兩極分化的模式不利于形成規模效應。這種產學研割裂的現象，一方面是因為企業作為市場主體，受價值和利益的驅動，具有一定的功利性和滯后性的特點，而高?；蚩蒲性核谶M行基礎理論技術研發時存在研發時間周期長、研發成果不確定性等現象，企業出于對時效性和風險成本等方面的考慮，缺乏和高校之間進行融合的動力。因此，處于高?？蒲性核c企業鏈條之外的政府，就應起到很重要的紐帶作用，連接高?？蒲辛α亢推髽I需求信息。因此，政府應在國家層面推動工程項目研究和基礎理論研究的融合，例如，通過建立第三方科技服務聯絡中心、物聯網產學協調發展中心等，加強高校和企業之間的合作，充分發揮產業創新中我國高校和科研機構的科技資源優勢，使高校和企業協作研究發展，減少重復研究的情況，降低整個社會的創新成本；并通過制定有針對性的規劃和政策，引導推動產業自主創新能力的提升，加大產業合作研發的深度，使物聯網的研究成果可以最大程度轉化。

（3）經濟、人才等非主觀因素對物聯網的研究有明顯的影響，我國存在研究機構地理區域差別，華北、華東等經濟、科技發達地區的物聯網研究明顯優于中西部地區，故應加強各區域之間的交流合作和專業人才流動。其中，中國礦業大學、中國科學院大學、南京郵電大學、北京郵電大學以及中國電信股份有限公司等高校或企業是值得國家更為重視的物聯網研究機構，應通過鼓勵、引導和合作交流，盡快形成我國物聯網產業更具國際影響力的研究機構和合作團體。

（4）要加大對物聯網產業龍頭企業的培養，充分發揮其產業帶頭和帶動作用，同時，應重視以深圳為輻射中心，帶動其他地區或企業的物聯網發展，鼓勵更多產業內企業加大在傳感器、芯片技術上的研發投入和布局，開展更為深入的產業相關基礎研究、工程開發等工作。