知識圖譜方法在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域的應(yīng)用

張珊珊，侯海燕，胡志剛

（大連理工大學(xué) WISE實驗室，大連 116024）

知識圖譜方法在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域的應(yīng)用

張珊珊，侯海燕，胡志剛

（大連理工大學(xué) WISE實驗室，大連 116024）

未來導(dǎo)向技術(shù)分析作為對技術(shù)未來發(fā)展的預(yù)測和評估的方法，在科技政策制定中發(fā)揮著重要作用。知識圖譜方法作為借助計算機技術(shù)和圖形技術(shù)可視化地展示知識結(jié)構(gòu)及其演化進程的一種定量研究方法，已在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域有所應(yīng)用。本文面向未來導(dǎo)向技術(shù)分析，詳細介紹知識圖譜方法已解決的未來導(dǎo)向技術(shù)分析的關(guān)鍵問題研究，從數(shù)據(jù)來源、研究對象、研究方法和軟件工具等方面系統(tǒng)梳理了知識圖譜方法在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域應(yīng)用研究的情況。

知識圖譜；未來導(dǎo)向技術(shù)分析；專利分析；技術(shù)前沿

編者按：本專欄這一期刊發(fā)兩篇文章。張珊珊和侯海燕教授等人的《知識圖譜方法在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域的應(yīng)用》一文，面向未來導(dǎo)向技術(shù)分析，詳細介紹知識圖譜方法已解決的未來導(dǎo)向技術(shù)分析的關(guān)鍵問題研究，從數(shù)據(jù)來源、研究對象、研究方法和軟件工具等方面系統(tǒng)梳理了知識圖譜方法在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域應(yīng)用研究的情況。

另一篇文稿是陳悅副教授等人的《中國創(chuàng)新管理研究者及其合作網(wǎng)絡(luò)研究》一文，運用數(shù)理統(tǒng)計法和社會網(wǎng)絡(luò)分析法等文獻計量方法，對中國創(chuàng)新管理研究者的發(fā)文量、H指數(shù)及其網(wǎng)絡(luò)中心性進行了深入的分析，并對高產(chǎn)作者合著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了量化分析，揭示了中國創(chuàng)新管理領(lǐng)域的高影響力研究者、高產(chǎn)作者合作特點以及主要的學(xué)術(shù)研究團體，對我國創(chuàng)新管理領(lǐng)域未來的發(fā)展方向及科研合作政策的制定提供了有益的啟示。

1　引言

未來導(dǎo)向技術(shù)分析的概念來源于技術(shù)未來分析。美國佐治亞理工學(xué)院的Alan L.Porter團隊在2004年率先提出了技術(shù)未來分析（TFA-Technology Future Analysis）的概念，其最早的來源則可以追溯到19世紀(jì)70年代的企業(yè)界。從20世紀(jì)末期開始，技術(shù)未來分析逐漸受到理論界的重視，于是，針對未來技術(shù)發(fā)展的研究從只著眼于技術(shù)自身，逐漸拓展到關(guān)注技術(shù)與經(jīng)濟、社會的協(xié)同發(fā)展。研究未來技術(shù)的科學(xué)共同體也越來越多，如技術(shù)預(yù)測共同體、技術(shù)評估共同體，技術(shù)預(yù)見共同體等，且它們之間具有很大的相似性，基于此，Alan L.Porter將各自為政的技術(shù)情報、技術(shù)預(yù)測、技術(shù)路線圖、技術(shù)評估和技術(shù)預(yù)見等方法都歸于技術(shù)未來分析的大框架內(nèi)（Change S.Technology futures analysis：Toward integration of the field and new methods［J］.Technological Forecasting & Social Change，2004，71：287-303.）。2004年，歐盟聯(lián)合研究中心前瞻性技術(shù)研究所（JRC-IPTS）組織技術(shù)未來分析領(lǐng)域的各個研究共同體展開討論，最終將技術(shù)未來分析的概念改為未來導(dǎo)向技術(shù)分析（FTA-Future-oriented Technology Analysis）［1］。

由于未來導(dǎo)向技術(shù)分析包含多個方面，分析方法也多種多樣，既有定性方法，如德爾菲法、頭腦風(fēng)暴法和情景分析法等；也有定量方法，如傳統(tǒng)的專利分析法、文獻計量分析法等。但是，傳統(tǒng)的方法在進行未來導(dǎo)向技術(shù)分析的時候，要么主觀性太強，要么過于簡單，無法處理當(dāng)今龐大且錯綜復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)信息。知識圖譜方法作為近年興起的、國際前沿的定量研究方法，大連理工大學(xué)劉則淵教授將其定義為可視化地描述人類隨時間擁有的知識資源及其載體，繪制、挖掘、分析和顯示科學(xué)技術(shù)知識以及它們之間的相互關(guān)系，在組織內(nèi)創(chuàng)造知識共享的環(huán)境以促進科學(xué)技術(shù)研究的合作和深入［2］。知識圖譜方法可以通過海量科技文獻及專利信息的計量分析與可視化，客觀、清晰地展現(xiàn)科技領(lǐng)域的前沿狀況和發(fā)展趨勢，充分彌補了傳統(tǒng)單一數(shù)量分析方法的不足，同時其可視化的技術(shù)也為技術(shù)未來發(fā)展研究提供了一種形象清晰的結(jié)果表達方式，已成為分析科技前沿發(fā)展態(tài)勢的有力工具。

由于未來導(dǎo)向技術(shù)分析目前還處在一個探索階段，尤其是如何利用知識圖譜方法進行相關(guān)關(guān)鍵問題研究，國內(nèi)外學(xué)者在這方面都沒有形成一個明確的規(guī)范。在本文中，我們對知識圖譜方法如何應(yīng)用于未來導(dǎo)向技術(shù)分析中進行了文獻調(diào)研和綜述。具體包括：解決什么樣的具體問題需要何種數(shù)據(jù)？采用何種知識圖譜方法？應(yīng)使用何種軟件工具？在下面的章節(jié)中，我們將從數(shù)據(jù)來源、研究方法、軟件工具等方面詳細介紹知識圖譜方法在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域應(yīng)用研究的情況，以期幫助科研人員有針對性地、規(guī)范地使用知識圖譜方法進行未來導(dǎo)向技術(shù)分析，對深化和豐富知識圖譜方法的應(yīng)用領(lǐng)域做出貢獻。

2　未來導(dǎo)向技術(shù)分析常用的數(shù)據(jù)來源與研究對象

未來導(dǎo)向技術(shù)分析的常用來源主要包括專利數(shù)據(jù)和文獻數(shù)據(jù)。其中，專利數(shù)據(jù)集科學(xué)、技術(shù)、法律和經(jīng)濟情報于一體，又具有易得、完整、準(zhǔn)確這3個特點，是首選的技術(shù)分析數(shù)據(jù)來源［3］。目前主要采用的專利數(shù)據(jù)庫包括美國專利商標(biāo)局數(shù)據(jù)庫（USPTO）的專利數(shù)據(jù)庫和德溫特專利數(shù)據(jù)庫（Derwent Innovations Index）。尤其是德溫特數(shù)據(jù)庫，因其收錄范圍較廣、更新較快、檢索方便、代碼分類清晰，且其數(shù)據(jù)格式已有現(xiàn)成的分析工具可直接處理，而在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域中被普遍采用［4］［5］。未來導(dǎo)向技術(shù)分析研究中，主要對專利分類代碼、專利引文、申請日、公開日、發(fā)明人、分類號、標(biāo)題和摘要等信息進行分析［6］。

雖然大多數(shù)技術(shù)分析都使用專利數(shù)據(jù)，但是由于技術(shù)發(fā)展離不開科學(xué)的支撐，而科學(xué)文獻作為科學(xué)研究的主要產(chǎn)物，在技術(shù)分析也起到了重要補充作用。在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域，常用的科學(xué)文獻數(shù)據(jù)庫包括Web of Science和 CNKI。在對科學(xué)文獻的分析中，標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞、作者、期刊和參考文獻等都是常見的分析對象，尤其是關(guān)鍵詞或主題詞（來自標(biāo)題或摘要）、作者、參考文獻是被涉及最多的三個分析角度。

3　未來導(dǎo)向技術(shù)分析應(yīng)用的知識圖譜關(guān)鍵方法與工具

3.1未來導(dǎo)向技術(shù)分析中應(yīng)用的知識圖譜關(guān)鍵方法

利用知識圖譜方法進行未來導(dǎo)向技術(shù)分析，按照研究的角度，可以分為以下4類：專利分類代碼共現(xiàn)分析、詞頻分析與共詞分析、引文分析和共被引分析、作者分析與合作分析。

（1）專利分類代碼共現(xiàn)分析。專利代碼是專利屬性身份的一種表征。從專利代碼中，可以知道該專利所屬的技術(shù)領(lǐng)域或者所代表的技術(shù)，因此專利代碼常用來進行專利分析。利用專利分類代碼的共現(xiàn)分析，可以進行技術(shù)前沿與熱點研究［7］、關(guān)鍵與核心技術(shù)研究［8］、技術(shù)機會分析［9］。

（2）詞頻分析與共詞分析。詞頻分析中分析的是表達文獻核心內(nèi)容的關(guān)鍵詞或主題詞，通過統(tǒng)計它們在某一研究領(lǐng)域文獻中出現(xiàn)的頻次高低，來確定該領(lǐng)域研究熱點和發(fā)展動向的文獻計量學(xué)方法［10］。共詞分析是在統(tǒng)計關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次的基礎(chǔ)上，構(gòu)建共詞網(wǎng)絡(luò)進行分析的一種方法［11］。對于專利數(shù)據(jù)或文獻數(shù)據(jù)，通過提取標(biāo)題或摘要中的主題詞，找出其中的高頻詞匯，然后進行共現(xiàn)，是進行技術(shù)前沿與熱點研究［12］，關(guān)鍵與核心技術(shù)研究［13］、技術(shù)機會分析［14］、技術(shù)應(yīng)用演化研究［15］時常用的一種方法。

（3）引文分析和共被引分析。引文分析是利用數(shù)學(xué)或統(tǒng)計學(xué)的方法，對科學(xué)期刊、論文、作者等各分析對象的引用與被引用情況進行分析的一種文獻計量方法［16］。引文分析方法主要包括文獻耦合分析和共被引分析。其中前者是1963年由Kessler［17］提出的；后者是1973年由Small［18］提出。使用引文分析法可以進行技術(shù)軌道研究［21］，運用共被引分析法進行關(guān)鍵與核心技術(shù)研究［22］和技術(shù)機會分析［23］。文獻耦合分析也被擴展成專利耦合分析，并應(yīng)用于技術(shù)前沿與熱點研究［19］、關(guān)鍵與核心技術(shù)研究［20］中。

（4）作者分析與合作分析。作者分析主要包括兩類：作者共被引分析和作者合著分析。White等［24］在1981年提出了作者共引分析這一概念。當(dāng)某位作者在他的文章中同時引用其他兩位作者的文章時，這兩位作者之間就構(gòu)成了作者共引關(guān)系。1991年P(guān)eters H和Van Raan A［25］使用作者合著分析方法來識別某一領(lǐng)域有影響力的科學(xué)家，提出了“關(guān)鍵人物”和“橋梁人物”的概念。在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域，一般使用此方法來分析合作情況尋找技術(shù)機會［23］［26］。

上述各類知識圖譜方法通常會和社會網(wǎng)絡(luò)分析方法一起使用。社會網(wǎng)絡(luò)分析方法將社會看作由行動者和其相互關(guān)系組成的網(wǎng)絡(luò)，分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的屬性及其對群體內(nèi)和群體間的影響，分析的角度包括中心性分析、凝聚子群分析、核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析等［27］。近來，有學(xué)者將此方法引入到關(guān)鍵與核心技術(shù)研究中，并以低壓變頻技術(shù)［28］、第三代移動通信技術(shù)［29］為例做了實證研究。

3.2未來導(dǎo)向技術(shù)分析常用的知識圖譜軟件工具

知識圖譜的繪制需要借助相應(yīng)的軟件和工具。隨著計算機技術(shù)和可視化技術(shù)的發(fā)展，繪制知識圖譜的工具越來越豐富，包括HistCite、BibExcel、VOS viewer、Sci2、CiteSpace、VantagePoint、Pajek和Ucinet等。其中VantagePoint和CiteSpace是目前用的最多的兩種可視化軟件。VantagePoint軟件是美國搜索技術(shù)公司開發(fā)的一款文本挖掘與可視化的軟件，可以構(gòu)建共現(xiàn)矩陣，進行作者、機構(gòu)、國家合作分析等。尤其重要的是，VantagePoint可以通過同義詞構(gòu)建、模糊匹配、數(shù)據(jù)融合和自然語言處理等算法來清洗數(shù)據(jù)，從而消除數(shù)據(jù)冗余等問題。CiteSpace是由美國德雷賽爾大學(xué)的華人學(xué)者陳超美開發(fā)的一款文獻計量和可視化軟件，可以用來識別和展現(xiàn)科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點和研究趨勢，重要科學(xué)家的科學(xué)產(chǎn)出和學(xué)術(shù)影響，高產(chǎn)機構(gòu)的科學(xué)貢獻及學(xué)術(shù)影響，直觀的展示科學(xué)知識領(lǐng)域的信息全景，識別某一科學(xué)領(lǐng)域中的關(guān)鍵文獻、熱點研究和前沿方向。

其他已經(jīng)在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用的工具還有瑞典科學(xué)計量學(xué)家OllePersson開發(fā)的Bibexcel。它可以與社會網(wǎng)絡(luò)分析軟件Pajek或SPSS相結(jié)合，探測新興技術(shù)前沿?zé)狳c或用于挖掘關(guān)鍵與核心技術(shù)。此外，在挖掘關(guān)鍵技術(shù)時，也有學(xué)者使用美國計量學(xué)家Steven A.Morris博士研發(fā)的數(shù)據(jù)庫信息可視化和分析系統(tǒng)——DIVA。在進行技術(shù)未來分析時，我們可以在綜合考慮數(shù)據(jù)格式、研究方法、研究內(nèi)容、研究目標(biāo)等方面的基礎(chǔ)上，選擇合適的軟件工具，這樣不僅可以提供工作效率，還能提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4　知識圖譜方法可以解決的未來導(dǎo)向技術(shù)分析中的關(guān)鍵問題

未來導(dǎo)向技術(shù)分析代表了對新興技術(shù)特點、發(fā)展路徑以及對未來技術(shù)潛在效應(yīng)的系統(tǒng)分析過程［30］。黃魯成將未來導(dǎo)向技術(shù)分析的研究內(nèi)容歸結(jié)為兩個方面：技術(shù)自身發(fā)展規(guī)律和新興技術(shù)應(yīng)用與效應(yīng)［31］。其中，技術(shù)自身發(fā)展規(guī)律的研究又被分為6個方向：①技術(shù)軌道及階段性研究；②新興技術(shù)前沿?zé)狳c研究；③關(guān)鍵與核心技術(shù)研究；④技術(shù)成熟度研究；⑤技術(shù)機會分析；新興技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)移與效應(yīng)研究被分為4個方向：①新興技術(shù)應(yīng)用演化研究；②新興技術(shù)商業(yè)化潛力評估研究；③新興技術(shù)效應(yīng)研究；④新興技術(shù)應(yīng)用對策研究。

基于黃魯成的分類，我們從未來導(dǎo)向怎樣更好地預(yù)測與評估技術(shù)未來發(fā)展趨勢及其所帶來的影響的角度，將知識圖譜方法目前可以解決的未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域的關(guān)鍵問題歸為如下四個方向：（1）探測技術(shù)前沿與熱點、（2）尋找關(guān)鍵與核心技術(shù)、（3）發(fā)現(xiàn)技術(shù)機會和（4）探究技術(shù)演化規(guī)律。

表1　未來導(dǎo)向技術(shù)分析關(guān)鍵問題——知識圖譜方法矩陣

針對四個方向，結(jié)合上述所列出的未來導(dǎo)向技術(shù)分析常用的數(shù)據(jù)來源與軟件工具，以及研究中所用的關(guān)鍵指標(biāo)，構(gòu)建未來導(dǎo)向技術(shù)分析關(guān)鍵問題——知識圖譜方法矩陣（表1）。在四個研究方向上，共詞分析可用于每種研究，專利分類代碼共現(xiàn)分析可用于探測技術(shù)前沿與熱點、尋找關(guān)鍵與核心技術(shù)和技術(shù)機會分析，這兩種方法是未來導(dǎo)向技術(shù)分析中常用的方法。從表中我們也可以看到聚類分析、主成分分析等統(tǒng)計分析方法也可以用于未來導(dǎo)向技術(shù)分析。專利數(shù)據(jù)來源除USPTO和Derwent Innovations Index之外，也有如PCT 國際申請階段的公開文本的專利文獻。從相關(guān)研究所用的關(guān)鍵指標(biāo)來看，并沒有統(tǒng)一的指標(biāo)體系，研究者不同所用的指標(biāo)也不同，但可以看到的是在關(guān)鍵詞頻次和共現(xiàn)頻次等指標(biāo)上達到了一致。未來導(dǎo)向技術(shù)分析所用的分析工具中，CiteSpace用于每個方向，VantagePoint在尋找關(guān)鍵與核心技術(shù)和技術(shù)機會分析中有廣泛的應(yīng)用。結(jié)合表1，下面分別描述在每個研究方向上知識圖譜方法、數(shù)據(jù)來源、關(guān)鍵指標(biāo)和工具的應(yīng)用。

4.1探測技術(shù)前沿與熱點

技術(shù)前沿代表了一個時期最新的技術(shù)發(fā)展趨勢，技術(shù)熱點包含了當(dāng)前人們關(guān)注最多、研究最熱的技術(shù)信息。因此，技術(shù)前沿與熱點一直是政府和企業(yè)關(guān)心的問題，也是學(xué)者們的研究焦點。Morris等在2003年依據(jù)文獻耦合方法［17］繪制了研究前沿的時間線可視圖，將研究前沿定義為引用一組固定的、與時間無關(guān)的基礎(chǔ)文獻的文獻聚類［32］。而后，有學(xué)者將此方法用來識別技術(shù)前沿，如唐小利等［19］利用USPTO中的DVD激光頭技術(shù)領(lǐng)域的專利文獻進行專利耦合分析，識別出了此領(lǐng)域的技術(shù)前沿。

在技術(shù)熱點的研究方面，黃魯成等［12］基于Derwent Innovations Index數(shù)據(jù)庫中的家用空調(diào)專利，利用CiteSpace繪制了此領(lǐng)域?qū)＠年P(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖1），認為出現(xiàn)頻次較多的關(guān)鍵詞能代表家用空調(diào)的技術(shù)熱點領(lǐng)域，并利用CiteSpace提供的突現(xiàn)詞探測（burst detection）技術(shù)，識別出突現(xiàn)詞（burst term），從而確定技術(shù)前沿領(lǐng)域。欒春娟［7］運用德溫特手工代碼共現(xiàn)分析，對波音公司專利申請的熱點領(lǐng)域進行了探測，并利用專利文獻篇名中的主題詞對波音公司的專利申請進行共現(xiàn)分析，從中識別出波音公司專利技術(shù)研發(fā)前沿主要集中的領(lǐng)域。

此外，吳菲菲等［33］在對北京研發(fā)產(chǎn)業(yè)的申請專利進行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，基于SCI中的科學(xué)文獻數(shù)據(jù)，對提取出的關(guān)鍵詞進行詞頻分析和共詞分析，并利用SPSS對其進行聚類，從而識別出北京研發(fā)產(chǎn)業(yè)的熱點領(lǐng)域。

圖1　家用空調(diào)領(lǐng)域?qū)＠P(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

4.2尋找關(guān)鍵與核心技術(shù)

關(guān)鍵與核心技術(shù)領(lǐng)域在所有技術(shù)領(lǐng)域中處于最重要的地位，可以對行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生決定性的作用。一方面，我國科技發(fā)展規(guī)劃中提出，要大力培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，推進重點領(lǐng)域核心關(guān)鍵技術(shù)突破［34］；另一方面，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在很大程度上取決于關(guān)鍵與核心技術(shù)的應(yīng)用，因此關(guān)鍵與核心技術(shù)是未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域的重點研究內(nèi)容。

利用引文分析來挖掘關(guān)鍵與核心技術(shù)是常用的方法。李春發(fā)等［22］基于文獻共被引方法，運用CiteSpace軟件繪制了戰(zhàn)略性新興光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)網(wǎng)絡(luò)圖譜，從而對光伏產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)進行分析；王健美等［35］利用專利文獻共被引分析、聚類分析、多維尺度分析等方法對純電動汽車產(chǎn)業(yè)的專利進行研究，揭示了不同時期純電動汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)分布及其演進；孫濤濤等［20］以USPTO中DVD激光頭的專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用專利文獻耦合方法和聚類分析方法挖掘DVD激光頭技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。

而自從社會網(wǎng)絡(luò)分析方法引入到知識圖譜中以后，許多學(xué)者開始將此方法用于關(guān)鍵與核心技術(shù)的識別。運用專利分類代碼共現(xiàn)分析方法，Alan L.Porter［8］運用VantagePoint軟件繪制了燃料電池的專利代碼共現(xiàn)圖譜，找出了其中的關(guān)鍵與核心技術(shù)（圖2）；沈君等［29］以德溫特專利數(shù)據(jù)庫中1994-2009年的第三代移動通信技術(shù)專利為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用頻數(shù)、中介中心性、激增指數(shù)和∑指數(shù)四個指標(biāo)識別出第三代移動通信技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)；張杰等［28］則在繪制德溫特手工代碼共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將社會網(wǎng)絡(luò)分析中的“m-核”分析方法引入共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，從而識別出低壓變頻技術(shù)的核心技術(shù)領(lǐng)域。針對科學(xué)文獻，黃魯成等［13］基于SCI中的數(shù)據(jù)，利用Bibexcel找出文獻中出現(xiàn)的高頻詞匯，然后對其進行共詞分析，繪制出共詞網(wǎng)絡(luò)圖譜，利用中心性分析的方法得出太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

圖2　基于分類代碼的燃料電池圖譜

4.3發(fā)現(xiàn)技術(shù)機會

技術(shù)機會分析是指通過對某領(lǐng)域內(nèi)已有技術(shù)在橫向和縱向的發(fā)展趨勢及相互關(guān)系的挖掘，推斷該領(lǐng)域未來可能出現(xiàn)的技術(shù)形態(tài)或技術(shù)發(fā)展點［26］。在社會發(fā)展日新月異的今天，企業(yè)的生存與發(fā)展就在于抓住機會實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，占領(lǐng)科技制高點，因此如何發(fā)現(xiàn)這些機會就成了企業(yè)管理部門非常關(guān)心的問題。

Douglas K.R.Robinson等［23］以SCI中的納米增強生物傳感器文獻為數(shù)據(jù)來源，運用共引分析、共作者分析、主成分分析等方法繪制了學(xué)科共現(xiàn)圖譜、機構(gòu)合作圖譜等，得到了納米增強生物傳感器主要涉及的領(lǐng)域（學(xué)科）和合作情況，從而以此案例解釋了他們所提出的預(yù)測新興技術(shù)創(chuàng)新路徑的框架。Alan L.Porter等［36］［37］通過將知識圖譜方法融入到數(shù)據(jù)挖掘中，從“人物、時間、地點、事件”等多個方面來挖掘技術(shù)機會，為管理決策部門提供企業(yè)技術(shù)情報。圖3描述的是與三星有合作關(guān)系的部分圖譜。圖中，一個節(jié)點對應(yīng)著一個機構(gòu)，節(jié)點越大，意味著它參與的活動越多；兩個節(jié)點越接近、連線越粗，意味著這兩個機構(gòu)之間的關(guān)系越緊密。潘東華等［14］以CNKI中的期刊文獻為數(shù)據(jù)來源，以共詞分析方法為研究手段，建立了包含關(guān)鍵技術(shù)分析、技術(shù)前沿分析和技術(shù)未來趨勢分析三個視角的技術(shù)機會分析框架，并以鋁電解領(lǐng)域為例進行了實證研究。

圖3　染料敏化太陽能電池研究合作（SCI）：集中于三星共作者合作的部分

專利是企業(yè)創(chuàng)新能力的一種重要表現(xiàn)形式，因此，在技術(shù)機會分析研究中，有學(xué)者提出了基于專利的技術(shù)機會分析框架，他們所采用的方法或為專利分類代碼共現(xiàn)分析方法［9］［38］，或以關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析方法為主［39］，還有將專利文獻題錄中的各個信息構(gòu)建成共現(xiàn)對用來分析的方法［40］。除此之外，技術(shù)監(jiān)測［41］［42］［43］也是分析技術(shù)機會的重要手段。

4.4探究技術(shù)演化規(guī)律

技術(shù)演化規(guī)律包括技術(shù)自身演化規(guī)律和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域演化規(guī)律。王敏等［44］認為技術(shù)的概念具有多層，所以技術(shù)演化的概念也隨之不同。她從“S曲線”、技術(shù)系統(tǒng)觀點、技術(shù)社會學(xué)觀點和新興技術(shù)演化等方面，對技術(shù)演化的內(nèi)涵進行了探討。通常，學(xué)者們利用技術(shù)軌道的研究來探索技術(shù)自身演化的規(guī)律研究，通過技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用來研究技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域演化研究。

技術(shù)軌道是技術(shù)演化研究的重要組成部分。1982年，多西提出了技術(shù)軌道的理論，他認為，技術(shù)軌道是由技術(shù)范式中所隱含的對技術(shù)變化方向做出明確取舍所決定的技術(shù)演化路徑，或一組可能的技術(shù)方向［45］［46］。隨后，其他一些學(xué)者在此基礎(chǔ)上對技術(shù)軌道的概念進行了延伸。黃魯成等［47］將“S曲線”方法用于技術(shù)軌道研究，并從專利逐年遞增數(shù)量分析、技術(shù)更新速度分析、利益相關(guān)者分析三個角度，探討了筆記本電腦電池領(lǐng)域技術(shù)軌道問題。楊中楷等［21］運用專利引文分析方法，利用Pajek軟件繪制了太陽能光伏電池板的引文網(wǎng)絡(luò)，以搜尋路徑節(jié)點對數(shù)（ Search path node pair，簡稱SPNP）為衡量指標(biāo)篩選出此技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵路徑，劃分技術(shù)發(fā)展的階段；黃魯成等［48］則先對所下載的專利進行年申請量變化分析，劃分出技術(shù)發(fā)展的不同階段，再運用專利引文分析方法，借助Netdraw和Pajek軟件分別使用這幾個階段的專利以及全部專利繪制技術(shù)軌道圖譜（圖4）。

技術(shù)演化研究不僅包括技術(shù)本身的發(fā)展演變研究，還包括技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的轉(zhuǎn)變研究。目前，國內(nèi)研究新興技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域演化的文獻還不多，主要代表是北京工業(yè)大學(xué)的黃魯成團隊。他們提出了幾種研究技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域演化的方法，如基于SAO（Subject-Action-Object，主謂賓）結(jié)構(gòu)識別技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域［49］；沿著專利權(quán)人數(shù)量及所屬產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的變化軌跡去發(fā)現(xiàn)新興技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域變化［50］；基于集合論和學(xué)科——領(lǐng)域的對應(yīng)關(guān)系，研究技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移［51］。2012年，黃魯成團隊發(fā)表了一篇題為《基于學(xué)科變化的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域變遷分析》的文章，文中以文獻所屬學(xué)科代表技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，以文獻所屬學(xué)科隨時間的變化代表技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域變遷，運用學(xué)科共現(xiàn)分析、關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析等方法進行了技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域演化研究［15］。

圖4　太陽能電池技術(shù)軌道（1967-2010）

5　　結(jié)論與展望

本文針對未來導(dǎo)向技術(shù)分析所要解決的關(guān)鍵問題，詳細介紹了在進行未來導(dǎo)向技術(shù)分析時所使用的數(shù)據(jù)來源、研究對象、研究方法、軟件工具等，系統(tǒng)梳理了知識圖譜方法在未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域中的應(yīng)用。我們發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)外知識圖譜方法在未來導(dǎo)向技術(shù)分析中的應(yīng)用狀況比較混亂，方法、指標(biāo)和工具的使用不規(guī)范，也缺乏針對性，各自為政、未形成體系。

我們對知識圖譜方法在解決未來導(dǎo)向技術(shù)分析領(lǐng)域關(guān)鍵問題上的應(yīng)用領(lǐng)域進行了綜述，主要包括識別技術(shù)前沿與熱點、挖掘關(guān)鍵與核心技術(shù)、找尋技術(shù)機會、探究技術(shù)演化過程等。這對于我們針對不同的未來導(dǎo)向技術(shù)分析中的關(guān)鍵問題，分析、驗證各種數(shù)據(jù)及來源數(shù)據(jù)庫，選擇合適的可視化工具提供了參考，從而可以更加有針對性地、更加科學(xué)客觀地滿足未來導(dǎo)向技術(shù)分析的需求。

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（責(zé)任編輯：張萌）

The Application of Knowledge Mapping Method in Future-oriented Technology Analysis

ZHANG Shanshan，HOU Haiyan，HU Zhigang
（WISE Lab，Dalian University of Technology，Dalian 116024）

Future-oriented Technology Analysis （FTA） as a method of forecasting and evaluating the development of technology in the future，plays an important role in science and technology policy.Knowledge mapping method as a quantitative research method with computer technology and graphic technology visually displays the knowledge structure and evolution process.And it has applied in FTA.This paper introducedthe key problems of Future-oriented Technology Analysisthat knowledge mapping method has solved.And then we systematically summarizethe applied research status of the application of knowledge mapping method in future-oriented technology analysis from data source，research object，research methods and software tools.

Knowledge mapping； Future-oriented Technology Analysis； Patent analysis； Technology fronts

G31

A

10.3969/j.issn.1003-8256.2015.06.005

國家社科基金項目（14BTQ030）

張珊珊（1990-），女，河北唐山人，碩士研究生，研究方向為科學(xué)計量學(xué)與科學(xué)知識圖譜；侯海燕（1971-），女，黑龍江牡丹江人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為科學(xué)計量學(xué)與科學(xué)知識圖譜；（通訊作者）胡志剛（1984-），男，山東濟寧人，博士，大連理工大學(xué)講師，研究方向為科學(xué)計量學(xué)、科學(xué)學(xué)等。