基于科學計量的奧林匹克運動會專利技術的情報分析

張克賽，鄧萬金，黃旭佳

引言

近年來，科學技術逐漸成為現代奧林匹克運動發(fā)展的重要驅動力。2008年北京奧運會將科學技術與奧林匹克運動會的首次結合，闡明了科學技術在奧運會中的重要意義，從此，“科技奧運”便成為奧運會的主旋律。專利技術代表著某一領域的前沿水平，是衡量國家科技水平的重要標志[1]。最大限度地開發(fā)和利用專利技術信息，能夠使其轉化成可利用的專利情報，是國家和企業(yè)在科技奧運領域取得競爭優(yōu)勢的重要保證[2, 3]。將專利技術應用于奧運賽事領域的實質是科學技術知識及成果的應用和轉化，從而引起運動器材、比賽場地、競賽公平性等領域發(fā)生質的飛躍[3]，進而促使運動訓練、運動競賽以及競技體育管理等領域發(fā)生相應的變革[3, 4]。本文以奧林匹克運動會相關專利技術為切入點，探索其發(fā)展狀況與趨勢，并將奧林匹克運動會專利技術與競爭情報相結合，對奧林匹克運動會專利技術的學科領域分布、專利權人分布、發(fā)明人分布、IPC分類、DMC分布以及核心專利分布等方面進行分析[5]，探究奧林匹克運動會專利的熱點領域信息，了解世界發(fā)達國家在奧林匹克運動會領域專利技術的研究方向，為我國在奧林匹克運動會領域專利技術的發(fā)展獻計獻策。

1 數據來源與處理

1.1 數據來源

Web of science數據庫囊括Web of Science核心合集(WOS)、生物預測數據庫(BIOSIS Previews)、中國科學引文數據庫(Chinese Science Citation DatabaseSM)和德溫特索引專利數據庫(Derwent Innovations Index, DII)等，且較為權威，是本研究的有力工具[6, 7]。本文以WOS(Science Citation Index, SCI和Social Sciences Citation Index, SSCI收錄)和DII數據庫為基礎來源，以“Olympic games”為邏輯檢索，時間跨度：1975—2022年，共檢索348項專利；以“Olympic games” or “patent technology” or “sport” and “patent”為邏輯檢索，不限時間跨度，檢索并篩選 篇文獻。此外，研究還以中國知網CNKI為數據庫(北大核心和CSSCI收錄)，以主題詞“奧運會”或“專利技術”或“體育”且“專利”，不限時間跨度，檢索并篩選 篇文獻,如表1所示。

表1 數據檢索標識

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

為了針對高質量文獻進行研究，在Web of science核心數據庫中設置SCI和SSCI收錄為選項，以主題詞“Olympic games” or “patent technology” or “sport” and “patent”為條件，篩選出 篇與研究相關的文獻；以及在中國知網(CNKI)中設置北大核心和CSSCI收錄為選項，以主題詞“奧運會”或“專利技術”或“體育”且“專利”為條件，篩選出 篇與研究相關的文獻直接引用。并且，在深圳大學圖書館，奧運會及國際專利等相關網站上查閱和研習專利知識、知識域可視化、專利計量等相關書籍資料構建本研究的脈絡和知識框架。

1.2.2 專利計量和可視化分析

引文空間(CiteSpace)文獻計量工具因其特有的共被引分析，可以有效挖掘目標領域的知識基礎，識別出具有關鍵影響的文獻，并利于把握的前沿熱點，從而在近幾年被不同學科廣泛應用[8]。不僅如此，引文空間還可以對德溫特索引的專利數據進行計量統(tǒng)計分析和相應知識圖譜的繪制，從而對某一領域的專利情報進行分析，梳理科學發(fā)展情況[9]。本研究擬運用CiteSpace(5.5.R2版本)和Excel軟件，對DII收錄的1975—2021年348項奧運會主題的專利數據進行計量分析，掌握奧運會相關專利技術研究的時空分布特征、關鍵專利演進和核心技術構成。

1.2.3 邏輯分析法

對奧運會專利分布的學科領域、專利權人[5]、國際專利分類(IPC)、德溫特手工代碼(DMC)[10]、關鍵專利演進和核心技術構成進行歸納整理和推理分析，以揭示奧運會相關專利技術的特征情況和內在規(guī)律，分析流程如圖1所示。

2 奧運會專利的時間分布

通過對奧運會專利技術的逐年申請數量情況進行分析，可以得出奧運會主題專利技術的變化進程以及未來的發(fā)展趨勢[11]。如圖2所示，奧運會主題的專利技術申請趨勢可以分成3個階段：①發(fā)展初期(1975—2004年)，在此階段共申請了有關專利共77項，年平均申請2.56項；此階段專利制度發(fā)展完善程度較低，1997年申請量為10項，為該階段之最。②快速發(fā)展期(2005—2011年)，此時奧運會主題專利的研究進入了明顯的短暫快速增長階段，七年間共申請了有關專利112項，年平均申請16項，2007年達到最多的29項。③發(fā)展波動期(2012—2021年)，此階段，十年間共申請有關專利163項，年平均申請16.3項。雖然從逐年趨勢上看變化波動比較明顯，但年均申請量與上一階段基本持平且有略微增長。從數據的整體線性預測來看，1975—2021 年奧運會專利申請量的擬合為y=0.4611x-3.5782，R2=0.5968。奧運會主題的專利申請整體規(guī)模較小，但從線性擬合上來看，預計未來的申請將呈現小幅度上升的趨勢。

圖1 研究分析流程

圖2 1975—2021年奧運會專利申請量年度趨勢

3 奧運會專利的空間分布

3.1 學科領域分布

1975年至今的奧運會主題相關專利技術涉及24個學科領域，涵蓋工程學、儀器儀表領域、電信學、計算機科學、體育科學、高分子科學、自動化控制系統(tǒng)領域、化學、運輸領域、建筑技術和材料科學等。如表2所示，從專利的學科領域分布來看，奧運會有關專利主要集中在工程學、儀器儀表領域、電信學、計算機科學以及體育科學領域。這些學科當中，工程學和儀器儀表領域的專利項占比均超過80%，為奧運會專利發(fā)展的重點學科領域；電信學和計算機科學的專利項占比都在50%左右，為奧運會專利發(fā)展的次級主要學科領域；其中與奧運會高度相關的體育科學共計95項，占比也達到了27.298%。同時，奧運會主題專利技術還涉及了材料科學、普通內科領域、生物技術應用微生物學、影像科學攝影技術、聲學、能源燃料領域、食品科學技術、音樂學、藥理藥學和光學等多個學科和領域。如上所述，奧運會專利技術存在多學科交叉融合的現象，共同促進了奧運會相關專利技術在不同學科領域的發(fā)展。

表2 1975—2021年奧運會主題專利的學科一覽

表3 1975—2021年奧運會專利技術的專利權人

奧運會主題專利權人主要分布于中國、美國、加拿大和日本等國家，其中我國多為個人申請的形式，而美國多為企業(yè)組織申請的形式，加拿大和日本則是個人申請和企業(yè)組織申請形式并存[12]。Prosports Technologies Llc，Verizon Patent Licensing Inc和Int Business Machines Corp公司是美國的主要奧運會相關專利權人。其中，Prosports Technologies公司擁有13項奧運會相關專利技術，研發(fā)主要涉及比賽或運動員的指示或計分設備、運動員的身體保護裝置、觸覺信號系統(tǒng)、傳輸控制程序和通信協議等技術領域。Verizon Patent Licensing Inc公司擁有7項奧運會相關專利技術，研發(fā)主要涉及圖片信號發(fā)生器、信息檢索、數據庫結構和體渲染等技術領域。Int Business Machines Corp公司擁有6項奧運會相關專利技術，研發(fā)主要涉及計算機輔助設計、圖像增強、工作流程管理和信息分析等技術領域。我國的主要專利權人是韓秀香(11項)與楊佳妮(10項)，研發(fā)主要涉及奧運會主題周邊、玩具等。加拿大的主要專利權人是Arseneau J、Arseneau M和Charette A，各持有相關專利技術8項，研發(fā)主要涉及數字圖像傳輸、便攜式影音設備、接收發(fā)射器和信號處理記錄等技術領域。日本的主要相關專利持有者是Mikoratta Kk和Toshiba Kk，研發(fā)主要涉及圖像采集、服務器、存儲系統(tǒng)以及視頻點播系統(tǒng)。近5年奧運會相關專利發(fā)明研究投入相對較大的專利權人有Verizon Patent Licensing Inc，Mikoratta Kk，Sharp Kk和Toshiba Kk。綜上所述，雖然依據申請數排序我國專利發(fā)明靠前，但就奧運會相關專利探究我國研究覆蓋領域，可以發(fā)現我國仍比較缺乏高新領域的研究創(chuàng)新，且在近五年研究投入有所減少。

4 奧運會專利的熱點技術領域分析

4.1 奧運會專利技術IPC分布

國際專利分類(IPC)于1971年發(fā)布的《斯特拉斯堡協定》被提出，建立了一種完整的且具有標示性的等級分類體系，將各技術領域分為八大部分：人類生活必需(A)、作業(yè)；運輸(B)、化學；冶金(C)、紡織；造紙(D)、固定建筑物(E)、機械工程；照明等(F)、物理(G)和電學(H)，此外每年會生成新版的IPC。分類給專利技術的總結歸納以及檢索都提供了極大的便利。

統(tǒng)計分析奧運會有關專利技術的IPC分布，可以探知現有專利技術的著重點，探尋熱電發(fā)展方向。IPC分布越多則說明該專利的覆蓋技術領域越廣，從而也具有更高的價值[13]。由統(tǒng)計得出的表4可知，奧運會有關專利主要涉及的IPC分布有A、G和H，即人類生活需要、物理和電學這幾大類。作業(yè)、運輸類(B)，固定建筑物類(E)，機械工程類等(F)雖有涉及但申請量仍處在較低的階段。其中，專利分布數量最多的大類是H——電學，共有261項奧運會有關專利技術；其次是A——人類生活必需，總量為234項；第三位是G——物理，總量為169項(存在交叉類別覆蓋存在交叉類別覆蓋以及細分類別交叉)。由國際分類代碼的數量占比前20項分析，奧運會有關專利的熱點技術分布于A63h-003/36(零件；附屬物)、A63h-003/16(用部件拼成的玩偶)、H04n-007/173(雙向工作系統(tǒng))、A63h-003/00(陀螺；玩偶、玩具動物)、A63h-003/46(肢體的連接)、A63f-003/00(棋盤游戲)和A63f-009/24(應用電子線路而不提供其他手段的游戲)等小類[5]。其中，A63h-003/36、A63h-003/16、H04n-007/173是數量最多的三項，分別為24項、21項和17項。位列4～10位的是A63h-003/00、A63h-003/46、A63f-003/00、A63f-009/24、G06f-017/30、H04n-007/18和A63f-013/00，分別占據14、14、13、13、13、13和11項。

由此可知，現有的核心專利主要聚集在附屬零件、周邊玩偶、雙向工作系統(tǒng)、電數字數據處理等技術領域。奧運會有關的專利技術申請覆蓋的IPC分布較為窄，主要集中在A、G、H、B、E和F這六大類之中，即該領域專利方向的潛在價值仍有待挖掘。并通過先前對近五年的專利申請中來分析，目前奧運會有關的實用新型專利有衰減的傾向，高新領域的技術更進一步成為現在以及將來的主題，科技含量有所提高。

表4 1975—2021年奧運會專利前20項IPC統(tǒng)計

Derwent Manual Code，DMC(德溫特手工代碼)也是按照特點用于專利分類的代碼體系[3]。整體上來說，DMC與IPC相比，分類更明確和詳細，顯著提高專利檢索的準確性。為進一步揭示奧運會有關專利技術的分布詳盡情況，而運用DMC進行分析。

依據對1975年—2021年的奧運會相關專利的統(tǒng)計分析結果可得，奧運會有關專利主要涉及的DMC分布有A(Plasdoc塑料)、T(Computing and Control計算和控制)和W(Communications通信)。此外，J(Chemical Engineering化學工程)、P(General Engineering一般工程)、Q(Vehicles運載工具)、S(Instrumentation，Measuring and Testing儀器、測量測試)和X(Electric Power Engineering電力工程)也都有涉及，但申請量較少。其中，專利分布數量最多的大類是T——計算和控制，共有523項奧運會有關專利技術；其次是W——通信，總量為416項；第三位是A——塑料，總量為84項。其他按序列分布：P——一般工程(25項)；Q——運載工具(22項)；X——電力工程(12項)；S——儀器、測量測試(4項)；J——化學工程(2項)，(存在交叉類別覆蓋以及細分類別交叉)。如表5所示，由DMC數量占比前20項分析，奧運會有關專利的熱點技術分布于T01-j30d(運動和訓練設備的計算機處理)、W04-x02(游戲)、T01-s03(軟件產品)、A12-f(花哨物品、游戲、運動器材、玩具、教育設備[其他])、T01-j30b1(新奇玩具)、W04-x03e5(娃娃，充氣玩具)和T01-j07d1(車輛微處理器系統(tǒng))等小類；分別占據78、54、41、33、29、27和26項。

根據分析奧運會有關專利所屬分類DMC體系標準比IPC體系標準的分布更廣一些，但其覆蓋面仍比較有限。由DMC體系標準的分析來看，奧運會有關專利主要集中于運動訓練的科學輔助、電子信息應用、數據分析處理、以及助力奧運會主題周邊玩具和游戲等。透過專利號對專利信息的精準檢索發(fā)現，奧運會主題相關的周邊產品如玩具等主要源自國內的個人申請，申請時間整體上集中在2006年至2014年間，這與當時國內的科技創(chuàng)新政策的發(fā)展、和期間經歷三屆奧運會的背景有關。與IPC體系標準的分析相似，DMC體系標準更進一步驗證了我國奧運會有關的高新技術創(chuàng)新還仍有很大的潛在價值。以上分析可以為將來奧運會主題有關專利創(chuàng)新發(fā)展的目標設計、政策戰(zhàn)略制定和技術研發(fā)提供研究參考。

表5 1975—2021年奧運會專利前20項DMC統(tǒng)計

5 奧運會專利技術的核心專利分析

5.1 被引頻次前20項核心專利分布

專利技術的被引頻次是衡量專利技術影響力及重要性的關鍵指標之一[14, 15]，對此以下分析繼續(xù)沿用1975—2021年的專利技術數據對其中的高被引專利技術進行排序統(tǒng)計分析。如圖6所示，可以得出奧運會主題的核心專利技術主要集中在美國、歐洲和國際局，其中美國占據的高被引專利技術最多；共計15項，累計被引次數共480次，平均被引32次，覆蓋前20項核心專利數的75%，在涉及奧運會主題專利領域處于絕對的領先態(tài)勢。

整體上來說，被引最高的專利技術是US2007021058-A1，為136次，專利技術主題是關于體育賽事中可以傳送賽事視頻內容并顯示運動員生理信息的手持電子設備；其次是EP880071-A1，被引數為125，其技術是背面印有標記的層壓相紙；第3位是US2003188290-A1專利，被引數為54次，它的技術主題是關于計算機軟件質量管理操作方法；排在第4位的是由Arseneau M等人申請的US2007019068-A1專利，是關于顯示視頻的手持電子設備；排名第5的是由Kasten T申請的US7618312-B1專利，是關于計算機實現用戶參與的輔助方法；第6位是Taylor M等人申請的EP1796047-A1專利，主要是關于將賽事數據和視頻信息整合成二維碼的方法；其他高頻被引的專利技術還有US6282842-B1(用于體育場館、建筑群的充氣屋頂結構)、US2007019069-A1(具有用戶界面且支持標記操作的手持電子設備)、WO2007022487-A2(用戶通信網絡連接與服務器互聯)和US8403723-B1(三維運動場組裝套件)等專利。

表6 1975—2021年奧運會專利被引頻次前20項核心專利

5.2 核心專利主要專利權人分布

某一項專利技術的被引詞數的大小可以從側面反映該項專利技術的影響力以及重要程度，并將高被引專利的專利權人應被視為重要的專利權人。按照該邏輯角度對奧運會主題相關高被引專利技術的專利權人進行進一步的統(tǒng)計分析。如表7統(tǒng)計所示，在對奧運會主題的高被引的專利技術前10項的專利權人統(tǒng)計中，美國地區(qū)專利權人占據了8項，其余兩項高被引專利分別來自加拿大和日本。進一步分析發(fā)現，其中PROSPORTS TECHNOLOGIES LLC擁有奧運會主題相關專利13項目，ARSENEAU M擁有奧運會主題相關專利8項，INT BUSINESS MACHINES CORP擁有奧運會主題相關專利6項，EASTMAN KODAK CO擁有奧運會主題相關專利2項等。由此可見，美國在奧運會領域專利技術上具有明顯優(yōu)勢，體現出美國對高新技術研究的高度重視，因為只有掌握了核心專利技術，國家才能夠在某個領域處于領先地位[16]。但是，從核心專利人持有的專利數量上來看，這些專利權人所持有的專利數量并不多，這在一定程度上可以說明整體上專門研究奧運會主題相關的專利持有者較少，大部分專利權人有其主要的研究方向，雖然在奧運會主體相關的項目中有所投入，但并沒有構建起專題研究方向，奧運會領域專利技術仍具有發(fā)掘潛力。

表7 1975—2021年奧運會前10項核心專利主要專利權人統(tǒng)計

6 結論與建議

6.1 結論

體育科技成果是影響競技體育發(fā)展的重要因素，競技體育的發(fā)展也越來越離不開科技的支持，因此，科技在奧林匹克運動會中扮演的角色也越來越重要。1975—2021年間，奧林匹克運動會相關專利的申請量一直處于平穩(wěn)增長階段[12]，尤其是在1996年第26屆奧運會之后，隨著奧運會相關專利技術的高速發(fā)展，現代奧運會的技術創(chuàng)新活動熱度逐漸升高，應用的范圍和領域越來越廣。奧運會熱點專利技術領域從開始的場地、設施、器材等方面，逐漸擴展到奧運建筑、奧運文化、電子通信、奧運比賽轉播等眾多領域。其中，全球數字信息技術、通信技術的高速發(fā)展為現代奧林匹克運動會的管理、運營、舉辦提供了全面保障，使奧林匹克運動會在全球范圍內轉播，這大大提高了奧運精神的傳播范圍和速度，使奧運會成了真正意義上的人類體育盛會[12]。

通過分析奧運會專利權人的所屬國可以發(fā)現，來自美國、中國、加拿大、日本的專利權人持有的奧運會專利數量較多，其中，美國和加拿大的專利權人持有專利數量多于其他國家，而美國和日本的專利權人數量高于其他國家。通過分析奧運會核心專利的專利權人發(fā)現，核心專利權人主要被美國壟斷，但每個核心專利權人所持有的專利數量并不多，他們大多是對奧運會領域的交叉學科進行研究，沒有構建起奧運會專利專題研究方向，這在一定程度上可以說明奧運會領域專利項目并沒有被個別專利權人壟斷。根據奧運會專利技術的IPC和DMC體系標準分布可以得出，奧運會有關的專利技術申請的覆蓋面較窄，奧運會領域專利在高新技術上的創(chuàng)新還仍有很大的潛在價值有待挖掘。在未來，奧林匹克運動會的發(fā)展不能僅局限于運動場地和運動器材領域，通過科技創(chuàng)新促進比賽分析技術、現場轉播技術、可循環(huán)利用等技術的發(fā)展才是未來奧運會技術專利發(fā)展的重要目標。通過分析我國奧運會領域專利可以發(fā)現，我國奧運會相關專利研究的專利所有權人以個人為主，企業(yè)、高校、科研機構在該領域上的專利申請就少。同時，我國奧運會領域專利技術的覆蓋領域窄，缺乏高新領域的研究創(chuàng)新，且在近五年研究投入有所減少。雖然我國在奧運會領域專利申請數量上排名靠前，但主要集中于奧運會主題周邊、玩具等方面，在運動訓練的科學輔助、電子信息應用、數據分析處理等核心專利技術方面較美國、加拿大、日本相比仍處于劣勢。

6.2 建議

通過專利計量的方法，利用知識圖譜對奧林匹克運動會領域專利技術進行情報分析，可以發(fā)現奧運會領域中的研究熱點以及發(fā)展趨勢，以期分析我國在奧運會領域專利技術的優(yōu)劣并根據奧運會專利研究熱點發(fā)展相應的高技術含量核心技術。目前，當前全球對于奧運會相關專利研究已進入多學科、多領域交叉發(fā)展時期，我國與發(fā)達國家在奧運會專利技術領域還存在一定差距。我國應借鑒、學習、吸收其他國家先進的專利技術，加強國際科研合作和國內產、學、研協同創(chuàng)新，穩(wěn)健提升我國奧運會專利的創(chuàng)新能力和科研水平。強化我國企業(yè)、科研所以及高校的核心技術攻關水平，加強對奧運會領域專利技術研究的多學科交叉融合深度，重視奧運會高新技術領域的發(fā)展，多角度、全方位地發(fā)展奧運會專利技術，加強交叉學科在奧運會專利技術領域的應用，推動體育賽事向著“智能化”、“科技化”發(fā)展。

大力發(fā)展AI人工智能技術，通過人工智能更好地捕捉比賽過程中運動員的動作及犯規(guī)情況，實現訓練輔助分析、比賽輔助裁判等智能化功能；強抓新復合材料的研發(fā)，推動體育賽事的“綠色化”發(fā)展，實現賽后場館的可持續(xù)利用；發(fā)展電子通信技術、5G現場轉播技術，實現對比賽的全球實時轉播。

全國各地應積極承辦各類賽事，積極舉辦豐富多彩的體育競賽活動，在比賽中發(fā)現問題、解決問題。同時，鼓勵社會各界積極參與對奧運賽事專利技術的投資與研發(fā)，促進技術創(chuàng)新成果的轉化，提高我國在奧運會領域高新專利技術的占有率，[3]，進而提高我國在奧運會領域專利技術的競爭優(yōu)勢。