基于知識圖譜和專利地圖的科技競爭態(tài)勢分析方法研究

王興旺　尚建翠　高衛(wèi)衛(wèi)　張云

〔摘 要〕該文以科技競爭態(tài)勢分析為目標，從科學與技術(shù)的關(guān)聯(lián)性角度，通過充分挖掘、結(jié)合學術(shù)論文和專利數(shù)據(jù)所包含的信息，將科學研究與技術(shù)研發(fā)兩方面結(jié)合起來，設計研究出基于知識圖譜和專利地圖的科技競爭態(tài)勢分析方法。通過多個不同角度和緯度的分析，采用知識圖譜和專利地圖對分析結(jié)果進行可視化揭示，最終從科技競爭環(huán)境、科技創(chuàng)新環(huán)境、競爭機構(gòu)和人才三方面，對科技競爭現(xiàn)狀和趨勢進行揭示和描述，能有效協(xié)助、引導科技創(chuàng)新活動的開展。同時，以張力腿平臺（TLP）科技領域為例，對所設計的科技競爭態(tài)勢分析方法的實用性進行實證分析。

〔關(guān)鍵詞〕知識圖譜；專利地圖；科技競爭態(tài)勢分析；科技創(chuàng)新

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.09.020

〔中圖分類號〕G250252 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821（2015）09-0105-06

〔Abstract〕This paper presented a method of science and technology competitive situation analysis based on knowledge mapping and patent map from the perspective of the relevance of science and technology，which using academic papers and patents information together.The status and trends of science and technology competition could be disclosed and described from three aspects，Sci.& Tech.competitive environment，Sci.& Tech.innovation environment，competitive organizations and persons，through using knowledge mapping and patent map to reveal the analysis results visually from different views.It could assist and guide the Sci.& Tech.innovation activity effectively.At the same time，the method of Sci.& Tech.competitive situation analysis was demonstrated to be practical by the example of Sci.& Tech.domain of Tension Leg Platform（TLP）.

〔Key words〕knowledge mapping；patent map；science and technology competitive situation analysis；science and technology innovation

黨的十八大做出了實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重大部署，強調(diào)科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。在開展科技創(chuàng)新活動當中，十分有必要對當前的科技競爭態(tài)勢有清醒的認識和深刻的把握，否則科技創(chuàng)新活動就可能遭遇失敗或者走彎路?，F(xiàn)今，國際競爭呈現(xiàn)出越來越激烈的態(tài)勢，這就越發(fā)要求采用科學的方法和手段來進行科技競爭態(tài)勢的分析，正確把握科技競爭的客觀現(xiàn)狀，有效協(xié)助、引導科技創(chuàng)新活動的開展。

1 研究思路與方法

11 研究思路

科技競爭是一個較寬泛的概念，本文所指科技競爭主要是從競爭態(tài)勢的角度來看待科學與技術(shù)的研究與發(fā)展狀況。這種理解既不同于技術(shù)競爭，也不同于科技競爭力：技術(shù)競爭僅指技術(shù)層面，并不包含科學研究方面；科技競爭力重在對科學技術(shù)水平進行比較和評價。

進行科技競爭態(tài)勢分析的方式方法多種多樣，相關(guān)研究也較多。本文主要從科學與技術(shù)的關(guān)聯(lián)性角度，將科學研究與技術(shù)研發(fā)兩方面結(jié)合起來，進行科技競爭態(tài)勢分析研究。這主要是考慮到現(xiàn)代科學與技術(shù)之間的發(fā)展演變?nèi)找婕涌?，特別是在高新科技領域，產(chǎn)品的開發(fā)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不再只依賴于相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，同樣取決于相關(guān)基礎理論（科學）研究的水平和進展。因此，結(jié)合利用科學研究與技術(shù)研發(fā)兩方面的信息，進行科技競爭現(xiàn)狀及趨勢的分析，迎合了當下科技時代的發(fā)展需要，具有一定的現(xiàn)實意義。

科學知識一般包含在圖書和學術(shù)論文當中，技術(shù)知識一般包含在專利文獻當中。因此，了解某一領域的科技狀況可以通過收集、整理、分析該領域的圖書、學術(shù)論文、專利等文獻來實現(xiàn)。具體到進行科技競爭分析時，一般主要從學術(shù)論文和專利兩方面，獲取相關(guān)科技文獻并進行分析，以達到掌握科技競爭狀況的目的。

目前，結(jié)合利用學術(shù)論文和專利信息進行科技競爭分析方面的研究尚較少。卞志昕（2009）提出在專利地圖的基礎上增加學術(shù)論文相關(guān)信息，制作出技術(shù)情報地圖[1]；該研究的目標仍限于技術(shù)情報層面。陳韞春（2010）提出基于科研論文和專利的視角，分析我國科研現(xiàn)狀和存在的問題[2]；該研究僅進行理論層面探討，并未做進一步的深入研究或?qū)嵺`。陶蕊等（2013）基于論文和專利數(shù)據(jù)進行中美清潔煤技術(shù)研發(fā)實力與合作趨勢分析[3]；該研究僅針對中美兩國進行比較，比較的角度也僅限研發(fā)實力、研發(fā)機構(gòu)兩方面。余敏杰等（2014）將論文引文分析與專利分析相結(jié)合，分析微結(jié)構(gòu)光纖技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢[4]；該研究以專利信息分析為主，對于論文信息僅進行引文分析。王曼娜等（2014）基于博碩士論文與專利的分析，了解我國再生水領域的研究和應用趨勢[5]；該研究重在通過論文和專利信息來了解有關(guān)研究進展。endprint

目前的相關(guān)研究，一方面沒有充分挖掘?qū)W術(shù)論文或?qū)＠麛?shù)據(jù)所包含的信息，結(jié)合分析的角度不夠全面；另一方面，并未針對科技競爭態(tài)勢進行專門的研究。針對目前已有研究的不足，本文重點針對科技競爭態(tài)勢，充分挖掘、結(jié)合學術(shù)論文和專利數(shù)據(jù)所包含的信息，研究分析的方式方法，實現(xiàn)較深入全面掌握科技競爭現(xiàn)狀和趨勢的目標。

12 研究框架與方法

當前，最為有效的信息分析方式是借用先進的信息技術(shù)手段，采用可視化方法對分析結(jié)果進行形象化揭示和展示。對學術(shù)論文所包含的科學信息進行分析一般采用科學知識圖譜[6]，對專利所包含的技術(shù)信息進行分析一般采用專利地圖[7]。但無論是知識圖譜還是專利地圖，其本質(zhì)均是采用可視化方法對科技信息分析結(jié)果進行形象化揭示，從靜態(tài)理解是指形象化表示后的有關(guān)科技信息的各種圖形表格、分布圖等，從動態(tài)理解是一種分析并形象化揭示科技信息的綜合性方法。

本文結(jié)合利用知識圖譜和專利地圖，將學術(shù)論文和專利信息分析結(jié)合在一起，實現(xiàn)對科技競爭態(tài)勢進行全面分析的目的，研究框架如圖1所示，即基于知識圖譜和專利地圖的科技競爭態(tài)勢分析方法。

由圖1可見，對于科技競爭態(tài)勢的把握，主要從科技競爭環(huán)境、科技創(chuàng)新環(huán)境、競爭機構(gòu)和人才三方面進行分析揭露。

（1）科技競爭環(huán)境分析。主要從時間和空間兩個維度進行分析揭示。時間維度的分析即從歷史的角度來分析科技發(fā)展的趨勢，需要結(jié)合科學研究趨勢圖和技術(shù)研發(fā)趨勢圖來進行，或?qū)烧吆隙橐弧？臻g維度的分析即從地域分布的角度來分析科技研發(fā)的主要區(qū)域及其水平，需要結(jié)合科學研究地域分布圖和技術(shù)研發(fā)地域分布圖來進行。

（2）科技創(chuàng)新環(huán)境分析。當前科技競爭的核心體現(xiàn)在科技創(chuàng)新，因此科技創(chuàng)新環(huán)境已成為了解科技競爭態(tài)勢的重要方面。學術(shù)論文和專利分別屬于知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的最主要成果，因而可以結(jié)合科學研究熱點圖和技術(shù)研發(fā)重點及趨勢圖，來進行知識創(chuàng)新熱點和技術(shù)創(chuàng)新重點及趨勢分析，從而實現(xiàn)對科技創(chuàng)新環(huán)境的掌握。

（3）競爭機構(gòu)和人才分析。科技的競爭就是人才的競爭，人才通常依靠機構(gòu)（組織）的力量來開展科技研發(fā)和創(chuàng)新活動；因此，掌握科技競爭水平較高的機構(gòu)和人才隊伍情況，也是了解科技競爭態(tài)勢的重要方面。競爭機構(gòu)分析是為了挖掘出科技研發(fā)水平和實力較高的一些科技研發(fā)機構(gòu)，需要結(jié)合科學研究機構(gòu)實力圖和技術(shù)研發(fā)機構(gòu)實力圖來進行。競爭人才分析是為了挖掘出科技研發(fā)水平和實力較高的一些科技研發(fā)團隊，需要結(jié)合科學研究團隊實力圖和技術(shù)研發(fā)團隊實力圖來進行。

2 實證——以張力腿平臺（TLP）為例

張力腿平臺（TLP）是海洋石油、天然氣工業(yè)從近海向深海發(fā)展過程中誕生的一種新型平臺，是我國重點發(fā)展的新興海洋工程裝備（海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一），它是一種垂直系泊，通過數(shù)條張力腿與海底的順應式平臺相接[8-9]。

在科技文獻數(shù)據(jù)的采集和獲取方面，學術(shù)論文數(shù)據(jù)采集自愛思唯爾（Elsevier）的Scopus數(shù)據(jù)庫，這主要是考慮到Scopus的數(shù)據(jù)較湯森路透（Thomson Reuters）的Web of Science數(shù)據(jù)更為全面；專利數(shù)據(jù)則是采自湯森路透（Thomson Reuters）的德溫特創(chuàng)新索引（DII）數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫專利數(shù)據(jù)較全面、規(guī)范。在以上兩個數(shù)據(jù)庫中分別檢索、獲取張力腿平臺的學術(shù)論文和專利數(shù)據(jù)，共計獲得學術(shù)論文1 673篇、專利399件；由于以上數(shù)據(jù)的檢索時間為2015年初，而學術(shù)論文和專利信息的公開往往需要一定的周期，因此仍有部分2014年的數(shù)據(jù)還沒有公開，所以2014年的數(shù)據(jù)量會比實際的偏少一點。

采用本文上節(jié)所述研究框架和方法，繪制相應知識圖譜和專利地圖，對張力腿平臺的（國際）科技競爭態(tài)勢進行分析。進行數(shù)據(jù)分析及制圖的工具包括BibExcel[10]、Pajek[11]、VOSviewer[12]等。

21 TLP科技競爭環(huán)境分析

211 科技發(fā)展趨勢分析

統(tǒng)計有關(guān)張力腿平臺的歷年學術(shù)論文和專利數(shù)量，制作其科技研發(fā)趨勢圖，如圖2所示。

從圖2可見張力腿平臺的科技發(fā)展趨勢：理論研究（論文）比技術(shù)開發(fā)（專利）早五六年，且活躍程度要高不少，反映出張力腿平臺尚存在一些基礎性問題沒有得到很好的解決，導致其應用不是很廣泛、深入，但也說明其進一步研發(fā)的空間還很大；從歷史發(fā)展趨勢看，理論研究與技術(shù)開發(fā)的趨勢大體上一致；在20世紀80年代中期至90年代早期，出現(xiàn)過一次科技研發(fā)的高潮期，之后開始跌蕩式下降，在2001年左右陷入相對低谷期；自2002年左右科技研發(fā)活動又開始緩慢地反彈，直到近三四年，才開始出現(xiàn)爆發(fā)式增長并持續(xù)至今；目前，張力腿平臺的理論研究與技術(shù)開發(fā)均處在新的快速發(fā)展期。

212 科技研發(fā)地域分布分析

統(tǒng)計各國家/地區(qū)有關(guān)張力腿平臺的學術(shù)論文和專利數(shù)量，分別制作其科學研究和技術(shù)研發(fā)地域分布圖，如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可見世界主要國家/地區(qū)在張力腿平臺方面的科技研發(fā)實力和水平：美國無論是在基礎理論研究還是在技術(shù)開發(fā)方面，均具有絕對的領先優(yōu)勢，在技術(shù)開發(fā)方面優(yōu)勢更加的顯著；除美國之外的其他國家，中國和挪威的科技研發(fā)力量相對較強，挪威在理論研究方面稍強于中國，而中國則在技術(shù)開發(fā)方面稍強于挪威；其他具有一定科技研發(fā)實力的國家有英國、日本、澳大利亞等。

22 TLP科技創(chuàng)新環(huán)境分析

221 知識創(chuàng)新熱點分析

統(tǒng)計有關(guān)張力腿平臺的學術(shù)論文中關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次，選擇出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞進行共現(xiàn)分析，并制作共現(xiàn)圖譜，如圖5所示，即科學研究熱點圖。

從圖5可見，張力腿平臺的科學研究和知識創(chuàng)新熱點主要有4個方面：（1）基于平臺的石油開采技術(shù)，主要集中在海底取油立管及結(jié)構(gòu)設計等方面；（2）系索系統(tǒng)研究，主要進行計算模擬、動態(tài)分析等；（3）平臺的結(jié)構(gòu)分析和設計，主要考慮渦流和風力影響、疲勞性能和可靠性等；（4）平臺的動力響應分析，主要運用水動力學、有限元分析等方法。endprint

222 技術(shù)創(chuàng)新重點及趨勢分析

統(tǒng)計有關(guān)張力腿平臺的專利技術(shù)分類（IPC）情況，專利量較多的IPC類別即張力腿平臺的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新重點；

從圖6可見，在近十年間（2005-2014年），關(guān)于張力腿平臺的技術(shù)創(chuàng)新活動（B63B35/44）呈現(xiàn)出增長趨勢，特別是在近幾年；在平臺的海上停泊方法上，對于錨泊技術(shù)（B63B21/50）的研發(fā)較多，尤其近幾年發(fā)展迅速，而對于系泊技術(shù)（B63B21/00）的研發(fā)則在近幾年急劇下降；在平臺設計和修建方法（E02B17/00）的研究上，近十年基本保持在相對較高水平，波動不大；在海底取油立管的設計（E21B17/01）上，技術(shù)研發(fā)波動性較大，曾在2007年和2012年左右出現(xiàn)研發(fā)高峰，其它時間內(nèi)基本呈下降趨勢。

23 TLP競爭機構(gòu)和人才分析

231 科技研發(fā)機構(gòu)分析

分別統(tǒng)計有關(guān)張力腿平臺的學術(shù)論文和專利的發(fā)文機構(gòu)和專利申請人情況，選擇發(fā)文量或?qū)＠暾埩枯^多的機構(gòu)（組織），分別制作其科學研究和技術(shù)研發(fā)機構(gòu)實力圖，如圖7和圖8所示，這些機構(gòu)即具有競爭力的張力腿平臺科技研發(fā)機構(gòu)。

從圖7可見，在張力腿平臺基礎理論（科學）研究方面，國際上研究實力最強的機構(gòu)是美國德州農(nóng)工大學（Texas A and M University），其次是荷蘭皇家殼牌公司（Royal Dutch Shell）、康菲公司（ConocoPhillips）及挪威科技大學（Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet）。其他科學研究實力較強的機構(gòu)還包括印度理工學院德里校區(qū)和馬德拉斯校區(qū)（Indian Institute of Technology，Delhi/Madras）、挪威國家石油公司（Statoil ASA）等。

從圖8可見，在張力腿平臺技術(shù)研發(fā)方面，國際上研發(fā)實力最強的機構(gòu)是殼牌石油公司（SHELL OIL CO），其次是美國大陸石油公司（CONOCO INC）和美國海馬裝備有限公司（SEAHORSE EQUIP CORP），其他技術(shù)研發(fā)實力較強的機構(gòu)還包括?？松梨冢‥XXON PRODN RES CO）、深水海洋科技有限公司（DEEPWATER MARINE TECHNOLOGY LLC）、維特克灰色公司（VETCO GRAY INC）等。

232 科技研發(fā)團隊分析

統(tǒng)計有關(guān)張力腿平臺的學術(shù)論文作者和專利發(fā)明人的出現(xiàn)頻次，選擇出現(xiàn)頻次較高的作者或發(fā)明人進行共現(xiàn)分析，并分別制作共現(xiàn)圖譜，如圖9和圖10所示，即具有競爭力的張力腿平臺科技研發(fā)團隊。

從圖9可見，最大的張力腿平臺基礎理論（科學）研究團隊是一個跨國組合，主要成員包括美國德州農(nóng)工大學（Texas A and M University）的Kim，MH.、Kim，CH.、Niedzwecki，JM.、Natvig，BJ.，挪威科技大學（Norwegian University of Science and Technology）的Naess，A.，挪威Statoil公司的Teigen，PS等人。其次是美國德克薩斯大學奧斯汀分校（Univ of Texas at Austin）的研究團隊，主要包括Kim，SB.、Powers，EJ.、Fischer，F(xiàn)J.、Hong，JY等人。其他較大的研究團隊包括以Chandrasekaran，S（論文發(fā)文量最多）為核心的印度理工學院（Indian Institute of Technology）團隊，以Kareem，A為核心的美國圣母瑪利亞大學（Univ.of Notre Dame）團隊等。

從圖10可見，最大的張力腿平臺技術(shù)研發(fā)團隊，是由獨立發(fā)明人LEVERETTE S J（專利發(fā)明最多）、RIJKEN O R、KIBBEE S E，以及殼牌石油公司的HUETE D A和KIPP R M等人組成。其次是以ALLEN D W、HENNING D L、MCMILLAN D W為核心的殼牌石油公司團隊。其他較大的研發(fā)團隊還包括韓國RES INST IND SCI&TECHNOLOGY團隊等。

3 結(jié) 語

本文以支撐科技創(chuàng)新活動為導向，以全面深刻把握科技競爭態(tài)勢為目標，從科學與技術(shù)的關(guān)聯(lián)性角度，通過充分挖掘、結(jié)合學術(shù)論文和專利數(shù)據(jù)所包含的信息，將科學研究與技術(shù)研發(fā)兩方面結(jié)合起來，設計研究出基于知識圖譜和專利地圖的科技競爭態(tài)勢分析方法。通過多個不同角度和緯度的分析，采用知識圖譜和專利地圖對分析結(jié)果的可視化揭示，最終從科技競爭環(huán)境、科技創(chuàng)新環(huán)境、競爭機構(gòu)和人才三方面，對科技競爭現(xiàn)狀和趨勢進行揭示和描述。同時，以張力腿平臺（TLP）科技領域為例，實證了所設計的科技競爭態(tài)勢分析方法的實用性。

由于本文所做的研究是一種方法及應用的探討，在短時間內(nèi)總結(jié)出來難免有所疏忽，其中的一些觀點和表述仍值得商榷。同時，仍有一些問題需要做進一步的探討和研究，如基礎理論（科學）研究（學術(shù)論文）與技術(shù)開發(fā)（專利）之間的關(guān)聯(lián)性、互動性問題等。這些研究中的不足和問題，需要在今后的研究中做進一步的改進和完善。

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（本文責任編輯：馬 卓）endprint