基于專利引文網(wǎng)絡和投入產(chǎn)出法的技術、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略定位研究

苑朋彬，張維沖，楊 帥，袁 芳

（1.中國科學技術信息研究所，北京 100038；2.南開大學商學院，天津 300071）

專利、技術、產(chǎn)業(yè)是三個不同的研究層次；專利是集技術、經(jīng)濟、法律為一體的信息載體，記錄了技術發(fā)明、創(chuàng)造的重要成果，據(jù)統(tǒng)計90%以上的技術信息都可以從專利信息載體中獲取。以專利信息為出發(fā)點，不同的學者分別從技術層次、產(chǎn)業(yè)層次進行了有益探索，在描述技術整體發(fā)展概況，梳理技術發(fā)展歷史脈絡，識別技術發(fā)展熱點、空白點，預測未來技術發(fā)展趨勢，探索產(chǎn)業(yè)關聯(lián)關系、產(chǎn)業(yè)知識流動等方面，采用情報學、計算機學、統(tǒng)計學、經(jīng)濟學等多學科交叉方法進行研究。

當前，從專利文本中挖掘核心技術、產(chǎn)業(yè)等研究一直是學術界重要的議題，通過分析新興技術領域技術融合發(fā)展趨勢[1]，識別核心、顛覆性技術，能夠為技術創(chuàng)新提供新方向，進而降低研發(fā)風險，提高創(chuàng)新質(zhì)量。同樣，通過對新興產(chǎn)業(yè)關聯(lián)等問題進行研究，梳理產(chǎn)業(yè)結構，識別核心產(chǎn)業(yè)，能夠調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，最終建設一批產(chǎn)業(yè)鏈完善、創(chuàng)新能力強、特色鮮明的新興產(chǎn)業(yè)集群[2]。在核心技術識別方面，眾多學者運用主題聚類、社會網(wǎng)絡、專利引文等方法進行研究[3]，如Lee等[4]通過對韓國納米領域專利進行聚類，挖掘核心技術群；欒春娟等[5]運用社會網(wǎng)絡法對航天產(chǎn)業(yè)核心技術進行研究；Noh等[6]設計了3個專利引用指標，結合文本挖掘等方法識別核心技術領域。在產(chǎn)業(yè)關聯(lián)研究方面，眾多學者主要從經(jīng)濟學角度進行產(chǎn)業(yè)鏈投入產(chǎn)出分析。

近幾年，許多學者從專利引文角度出發(fā)，結合投入產(chǎn)出分析方法思維，構建專利引文網(wǎng)絡，進而進行前沿技術、核心技術識別，技術競合態(tài)勢分析，產(chǎn)業(yè)關聯(lián)情況研究等。如王智琦等[7]、劉建華等[8]、賈軍等[9]結合專利引文與投入產(chǎn)出分析方法，分別對新興技術領域的前沿技術、核心技術進行識別；劉建華等[10]運用動態(tài)投入產(chǎn)出模型，對各技術群專利量演化趨勢進行預測；王海龍等[11]建立了企業(yè)間的技術關聯(lián)和競合態(tài)勢分析，Namuk[12]等運用專利引文數(shù)據(jù)構建了產(chǎn)業(yè)間的關聯(lián)關系。上述研究方法的可行性和有效性為本研究奠定了基礎。

綜合上述研究的側重點可知，當前研究仍存在以下幾點不足：（1）從專利信息角度出發(fā)，采用投入產(chǎn)出思維，進行技術層次相關研究較多，產(chǎn)業(yè)層次相關研究較少；（2）技術層次、產(chǎn)業(yè)層次研究相對比較獨立，以專利為出發(fā)點的專利、技術、產(chǎn)業(yè)層次的相關研究未能形成體系；（3）計算指標確立、解讀相對獨立，僅以時間序列變化刻畫指標變化，指標之間未能進行有效的結合。

因此，本研究以專利、技術、產(chǎn)業(yè)一體化研究為出發(fā)點，一方面將投入產(chǎn)出法的運用從技術層次提升至產(chǎn)業(yè)層次；另一方面將現(xiàn)有的研究指標進行組合解讀，形成戰(zhàn)略坐標圖，方便對不同時期內(nèi)的技術、產(chǎn)業(yè)進行戰(zhàn)略定位。本研究共分為4個章節(jié)，章節(jié)1主要對基于專利特點的投入產(chǎn)出方法進行闡述；章節(jié)2明確了研究數(shù)據(jù)的來源；章節(jié)3對新興技術領域5G移動邊緣計算進行實證研究；章節(jié)4總結當前研究的成果與不足。

1 研究方法

投入產(chǎn)出分析方法是經(jīng)濟學中成熟的分析方法，1936年由美國經(jīng)濟學家瓦西里·列昂惕夫（Wassily Leontief）創(chuàng)立，被廣泛運用于刻畫國民經(jīng)濟部門之間的投出產(chǎn)出關系。投入產(chǎn)出分析可借助投入產(chǎn)出表和對應的數(shù)學模型來完成，通過投入產(chǎn)出表對經(jīng)濟部門間的投入、產(chǎn)出數(shù)據(jù)進行整理、計算，進而分析各經(jīng)濟部門之間的相關性，有助于從經(jīng)濟學角度發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)關聯(lián)關系，指導制定國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃等。

當前從專利引文角度出發(fā)進行關聯(lián)研究，有效地彌補了投入產(chǎn)出分析方法運用財務指標進行間接研究的不足[13]，具有一定的研究合理性。以專利引文網(wǎng)絡為切入點，專利間的知識流動過程同樣遵循著投入和產(chǎn)出的過程。施引專利與被引專利之間的引文關系，在一定程度上表征了知識流動的方向，以施引專利表征技術的投入，以被引專利表征技術的生產(chǎn)，以施引專利、被引專利間的引用頻次作為中間消耗量，可以構建出基于專利的投入產(chǎn)出表。

本研究主要借鑒投入產(chǎn)出分析方法思維，運用專利信息，分別探討技術層次、產(chǎn)業(yè)層次的戰(zhàn)略位置關系。研究過程主要包括以下3個步驟：（1）結合專利領域信息，分別構建技術層次、產(chǎn)業(yè)層次的投入產(chǎn)出矩陣；（2）基于投入產(chǎn)出矩陣，分別計算技術和產(chǎn)業(yè)感應度、影響力等指標；（3）指標解讀、圖譜展示，劃分技術、產(chǎn)業(yè)所處的發(fā)展階段。各步驟具體內(nèi)容如下：

（1）投入產(chǎn)出矩陣構建。

以專利投入產(chǎn)出表為基礎，以專利IPC分類號（技術小組）表征技術層次研究方向，可以構建基于技術層次的投入產(chǎn)出表。

以專利投入產(chǎn)出表為基礎，以專利IPC分類號（技術小類）表征產(chǎn)業(yè)研究方向，結合《國際專利分類與國民經(jīng)濟行業(yè)分類參照關系表》，可以構建基于產(chǎn)業(yè)層次的投入產(chǎn)出表。

（2）影響力、感應度指標計算。

影響力、感應度反映了影響與被影響的相互作用關系。運用于經(jīng)濟學領域，可以反映出經(jīng)濟生產(chǎn)各部門之間關聯(lián)關系；運用于專利領域，可以分別從技術層次、產(chǎn)業(yè)層次揭示技術與技術、產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)業(yè)間的相互影響關系。

感應度系數(shù)代表一個技術、產(chǎn)業(yè)領域對網(wǎng)絡中其他技術、產(chǎn)業(yè)領域以及自身領域新技術的學習、吸收及再創(chuàng)新能力，相關研究證明，可以利用感應力系數(shù)的大小識別前沿技術。

影響力系數(shù)代表一個技術、產(chǎn)業(yè)領域對技術網(wǎng)中其他技術、產(chǎn)業(yè)領域以及自身領域新技術的推動、引導作用，相關研究證明可以利用影響力系數(shù)的大小識別核心技術。

感應度、影響力計算步驟如下：基于技術層次的投入產(chǎn)出矩陣、產(chǎn)業(yè)層次的投入產(chǎn)出矩陣，分別計算直接消耗系數(shù)矩陣A、完全消耗系數(shù)矩陣B，計算公式如公式（1）和公式（2）所示；并基于完全消耗系數(shù)矩陣，分別計算感應度系數(shù)和影響力系數(shù)，計算公式如公式（3）和公式（4）所示。其中xij代表專利j引用專利i的頻次，xi代表專利i的總產(chǎn)出頻次，xj代表專利j的總引用頻次，bij代表完全消耗系數(shù)矩陣B中的數(shù)值。

（3）圖譜構建。

分別以感應度系數(shù)、影響力系數(shù)為橫縱坐標，從技術層次、產(chǎn)業(yè)層次進行圖譜展示，其中象限位置自定義，圓圈大小代表對應的專利數(shù)量多少，形成以下4個發(fā)展階段（見圖1）。

圖1 技術層次、產(chǎn)業(yè)層次圖譜演示

第I象限（顛覆性發(fā)展階段）：感應度強，影響力弱，技術、產(chǎn)業(yè)革新有望對發(fā)展產(chǎn)生顛覆性效果。

第II象限（核心發(fā)展階段）：感應度強，影響力強，處于發(fā)展的核心位置。

第III象限（潛力發(fā)展階段）：感應度弱，影響力強，明確技術發(fā)展重點，很容易突破發(fā)展為核心技術。

第IV象限（探索發(fā)展階段）：感應度弱，影響力弱，發(fā)展定位不明確，有待發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)來源

研究領域選取5G移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）技術。5G移動邊緣計算是5G新興產(chǎn)業(yè)技術的代表，歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）將移動邊緣計算定義為：在移動網(wǎng)絡邊緣側提供IT服務環(huán)境和云計算能力，將網(wǎng)絡業(yè)務下沉到更接近用戶的無線接入網(wǎng)側[14]。隨著相關研究推進，該定義被擴展到多接入邊緣計算（Multi-acess Edge Computing）[15]。5G架 構 建 設初期，移動邊緣計算技術就被確定為關鍵性技術之一[16]，具有廣闊的發(fā)展前景，在本地分流（如VR/AR、視頻直播、視頻監(jiān)控、企業(yè)校園專網(wǎng)）、業(yè)務優(yōu)化（如性能優(yōu)化、DNS緩存、視頻優(yōu)化）、數(shù)據(jù)服務（如室內(nèi)定位、車聯(lián)網(wǎng)）三大方面發(fā)揮著重要的作用?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）已發(fā)布報告提出，2020年有超過500億的終端與設備聯(lián)網(wǎng)，50%的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡面臨帶寬限制，40%的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡邊緣側進行分析、處理和存儲[17]，移動邊緣計算有效地解決了云計算中網(wǎng)絡帶寬與計算吞吐量等性能瓶頸。

研究數(shù)據(jù)下載于科睿唯安Wed of Science數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)檢索時間限定為2000年至2020年（考慮到邊緣計算相關概念提出時間在21世紀初）；數(shù)據(jù)檢索采用“關鍵詞+IPC分類號”進行組合限定檢索；采用python、excel等數(shù)據(jù)分析工具進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過清洗和查重處理，共得到5G移動邊緣計算相關專利534條，分別提取專利PN、PD、CP字段內(nèi)的專利數(shù)據(jù)信息，并提取專利引文網(wǎng)絡相關信息，最終得到施引專利122條，被引專利110條。

3 實證研究

實證研究主要基于專利引文網(wǎng)絡與投入產(chǎn)出分析方法，分別進行矩陣構建和指標計算，結合計量學、數(shù)據(jù)挖掘等情報學分析方法，全面揭示當前移動邊緣計算技術、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

3.1 移動邊緣計算技術發(fā)展趨勢

2014年歐洲電信標準化協(xié)會首次提出移動邊緣計算概念[18]，但“邊緣計算”相關技術概念發(fā)展了近20年，技術發(fā)展最早可以追溯至1998年。從移動邊緣計算相關專利公開趨勢（見圖2）來看，當前移動邊緣計算技術經(jīng)歷了兩大發(fā)展階段：2014年前的技術儲備期和2014年后的技術成長期。

圖2 移動邊緣計算技術專利申請公開趨勢

技術儲備期（2014年前）：此階段的專利申請?zhí)攸c為申請量少、技術發(fā)展遲緩。此階段的發(fā)展特點為重點圍繞“邊緣計算”相關概念的提出、定義及推廣進行研究。

技術成長期（2014年后）：此階段的專利申請量大，一定程度上代表技術發(fā)展迅速，本階段研究重點圍繞“5G移動邊緣計算”標準制定、關鍵技術研究、產(chǎn)業(yè)化進行推進展開。

3.2 技術層次戰(zhàn)略定位

以專利IPC分類號（技術小組）表征技術研究方向，構建基于技術層次的投入產(chǎn)出矩陣（見表1），并計算影響力、感應度指標計算（見表2），最終進行圖譜構建（見圖3）。其中存在引用關系的專利分類號（技術小組）共計33項。

圖3 移動邊緣計算技術層次戰(zhàn)略圖譜

表1 移動邊緣計算技術IPC分類號（技術小組）引用關系矩陣

表2 移動邊緣計算技術影響力、技術感應度系數(shù)表

總體看來，33項技術分類號小組主要集中分布于第II象限（核心發(fā)展階段）和第III象限（潛力發(fā)展階段）。技術分布相對集中，側面反映出5G移動邊緣計算技術的發(fā)展初步形成了一定的技術優(yōu)勢。

第I象限（顛覆性發(fā)展階段）：處于該階段的技術分類號目前僅有27，以27為代表的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡，處于5G移動邊緣計算發(fā)展的顛覆性階段。5G 概念是從無線側向網(wǎng)絡側延伸，由無線空口技術和以 SDN/NFV為代表的新型網(wǎng)絡架構共同推動 5G 移動邊緣計算技術的快速發(fā)展。

第II象限（核心發(fā)展階段）：技術分類號主要涵蓋2、8、12、13、15、16、17、20、22、23、26、30、32、33等技術分支。技術研究的方向涵蓋保密通信（2、26），裝置、設備、電路、系統(tǒng)（8、12、13、20、22、30、32），無線通信網(wǎng)絡業(yè)務和設施（15、33），數(shù)據(jù)存儲、管理（16、17），網(wǎng)絡接入（23）這五大方面，處于5G移動邊緣計算核心發(fā)展階段。 其中33（無線通信網(wǎng)絡業(yè)務和設施）、23（接入限制；網(wǎng)絡選擇、接入點選擇）、17（網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理）技術感應度強，是需要重點關注的核心技術。

第III象限（潛力發(fā)展階段）：技術分類號主要涵蓋1、3、5、6、7、10、11、14、19、24、25、31等技術分支，技術研究的方向涵蓋連接、控制、檢錯、切換、安全、裝備（1、3、5、6、11、14），無線網(wǎng)絡通信設備（7），通信系統(tǒng)（10、24），業(yè)務（19、25），資源管理（31）這五大方面。處于5G移動邊緣計算技術發(fā)展的潛力發(fā)展階段。其中10（專門適用于與其他電系統(tǒng)組合的電話通信系統(tǒng)）、31（本地資源管理，例如無線資源的選擇或分配或無線業(yè)務量調(diào)度）、19（專門適用于特定經(jīng)營部門的系統(tǒng)或方法）技術影響力強，是具有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g。

第IV象限（探索發(fā)展階段）：技術分類號主要涵蓋以4、9、18、21、28、29等為代表的技術分支，技術發(fā)展階段不成熟、定位不明確，有待發(fā)展。

3.3 產(chǎn)業(yè)層次戰(zhàn)略定位

以專利IPC分類號（技術小類）表征產(chǎn)業(yè)研究方向，參照《國際專利分類與國民經(jīng)濟行業(yè)分類參照關系表》（見表3），構建基于產(chǎn)業(yè)層次的投入產(chǎn)出矩陣（見表4、表5），并計算影響力、感應度指標（見表6），最終進行圖譜構建（如圖4）。其中涉及存在引用關系的專利分類號（技術小類）共計21項，對應相關產(chǎn)業(yè)共計5項。

圖4 移動邊緣計算產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略圖譜

表3 技術領域與產(chǎn)業(yè)關系對應表

表4 移動邊緣計算 IPC分類號（技術小類）與產(chǎn)業(yè)對應關系

表5 移動邊緣計算產(chǎn)業(yè)引用關系矩陣

表6 移動邊緣計算產(chǎn)業(yè)影響力、感應度系數(shù)表

總體來看，移動邊緣計算產(chǎn)業(yè)主要涉及家用電器業(yè)（27），辦公設備與計算機（28），信號傳輸、電信業(yè)（35），電視機無線電接收機音像電子產(chǎn)品業(yè)（36），測量設備（38）這五大產(chǎn)業(yè)方面。當前產(chǎn)業(yè)專利申請中，以36、35等產(chǎn)業(yè)專利申請為主。

第I象限（顛覆性發(fā)展階段）：目前僅有35為代表的產(chǎn)業(yè)，中游產(chǎn)業(yè)模塊中信號傳輸、電信業(yè)是移動邊緣計算的顛覆性產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)革新有望對發(fā)展產(chǎn)生顛覆性效果，引發(fā)新一輪的產(chǎn)業(yè)革命，

第II象限（核心發(fā)展階段）：產(chǎn)業(yè)范圍主要涵蓋27、36，下游產(chǎn)業(yè)模塊中面向用戶的家用電器業(yè)、電視機無線電接收機音像電子產(chǎn)品業(yè)是移動邊緣計算的核心產(chǎn)業(yè)。家用電器業(yè)直接面向用戶進行5G電子產(chǎn)品開發(fā)，如移動邊緣計算終端、5G手機、智能家居等，是當前產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)的重點；電視機無線電接收機音像電子產(chǎn)品業(yè)重點聚焦于無線側信號傳輸、處理，接收設備、產(chǎn)品等方面，是移動邊緣計算技術的重點關注產(chǎn)業(yè)方向。

第III象限（潛力發(fā)展階段）：產(chǎn)業(yè)范圍涵蓋28，上游產(chǎn)業(yè)模塊中的辦公設備與計算機產(chǎn)業(yè)處于該潛力發(fā)展階段。5G移動邊緣計算的發(fā)展得益于上游產(chǎn)業(yè)計算機軟硬件設備服務商技術的發(fā)展，后者為前者提供了軟硬件基礎。

第IV象限（探索發(fā)展階段）：其中以38為代表的測量設備產(chǎn)業(yè)屬于該探索發(fā)展階段。

4 結論

本研究從專利、技術、產(chǎn)業(yè)一體化的角度，探析專利間、技術間、產(chǎn)業(yè)間的知識流動情況，結合專利引文網(wǎng)絡、投入產(chǎn)出分析方法，構建影響力、感應度指標，繪制技術層次、產(chǎn)業(yè)層次戰(zhàn)略圖譜，定位技術發(fā)展階段，淺析產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程。研究有效地彌補了以專利為出發(fā)點、技術層次研究多、產(chǎn)業(yè)層次研究相對獨立、指標解讀不全面等不足。研究方法具有科學合理性，研究過程嚴謹求真，研究結果經(jīng)專家驗證具一定的參考性。

本研究同時存在一定的局限性，體現(xiàn)在（1）由于技術領域發(fā)展周期短，未對不同時期的技術、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略定位進行動態(tài)描述，這是后續(xù)研究需要繼續(xù)深入的內(nèi)容；（2）僅以影響力、感應度等指標描述技術、產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，僅從影響波及角度刻畫技術關聯(lián)、產(chǎn)業(yè)關聯(lián)關系，后續(xù)研究可結合社會網(wǎng)絡等多種評價指標定位技術、產(chǎn)業(yè)在網(wǎng)絡關系中所處的位置；（3）本研究從專利角度出發(fā)，將技術層次研究提升至產(chǎn)業(yè)層次研究，為專利、技術、產(chǎn)業(yè)一體化研究提供研究思路，具體研究的廣度和深度均有待擴展?！?/p>