基于專利計量的圖書館領(lǐng)域人工智能發(fā)展態(tài)勢分析

摘要：為明晰圖書館領(lǐng)域的人工智能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，文章首先利用incoPat專利數(shù)據(jù)庫對圖書館領(lǐng)域的人工智能專利進行了全面檢索，然后從申請趨勢、申請地域、申請人、技術(shù)主題和涉及的圖書館實踐場景5個維度進行了分析，最后提出了4點發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：圖書館；人工智能；專利分析；incoPat專利數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：G306 文獻標志碼：A

0 引言

人工智能（Artificial Intelligence， AI）這一概念于1956年被提出，被界定為“研究對計算過程智能行為進行解釋與模擬的領(lǐng)域”［1］。經(jīng)過60余年的發(fā)展，人工智能已經(jīng)從理論探索逐步走向?qū)嶋H應(yīng)用，在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特價值。人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用，也給圖書館領(lǐng)域帶來了前所未有的變革機遇，其在特藏建設(shè)、參考咨詢、知識服務(wù)等方面展現(xiàn)出巨大潛力，對提升圖書館資源利用效果、改善用戶體驗具有重要意義。

目前，不少學(xué)者對人工智能賦能圖書館的理論問題和實踐現(xiàn)狀進行了探討與介紹。張興旺［2］分析了人工智能給圖書館帶來的影響、機遇與挑戰(zhàn)；張毅等［3-5］詳細說明了華東師范大學(xué)圖書館如何利用人工智能進行特藏建設(shè)。也有學(xué)者梳理了國內(nèi)圖書館領(lǐng)域的人工智能研究熱點，主要包括人工智能生成內(nèi)容、元宇宙圖書館、知識服務(wù)、智慧圖書館建設(shè)和智能空間5個主題，指出未來可將專利、學(xué)位論文、會議論文等作為研究對象，對圖書館領(lǐng)域的人工智能研究成果進行挖掘與分析［6］。然而，文獻檢索結(jié)果顯示，目前關(guān)于圖書館領(lǐng)域人工智能專利的研究相對較少，僅有沈玲等［7］、王錚等［8］少數(shù)學(xué)者，基于專利視角對圖書館領(lǐng)域的人工智能研究成果進行了統(tǒng)計分析，但存在分析維度有限、數(shù)據(jù)跨越時間較短的問題。專利是技術(shù)創(chuàng)新的重要體現(xiàn)，對專利進行挖掘與分析，有利于識別和把握技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。

基于此，本研究擬利用incoPat專利數(shù)據(jù)庫，對圖書館領(lǐng)域的人工智能專利進行全面檢索，從申請趨勢、申請地域、申請人、技術(shù)主題和涉及的圖書館實踐場景5個方面，對檢索出來的專利數(shù)據(jù)進行多維度分析，以揭示圖書館領(lǐng)域人工智能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)布局、實踐情況和現(xiàn)存問題，為圖書館領(lǐng)域的智能化轉(zhuǎn)型與發(fā)展提供理論支持和實踐指導(dǎo)。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

本研究的數(shù)據(jù)來源于incoPat專利數(shù)據(jù)庫，通過參考相關(guān)研究［9-11］，構(gòu)建檢索式“（（（TI= （圖書館） AND TI= （人工智能 OR AI OR Artificial Intelligence OR 大模型 OR 大語言模型 OR ChatGPT OR GPT OR AIGC OR AGI OR GAI OR 機器人 OR 機器學(xué)習(xí)OR深度學(xué)習(xí) OR 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) OR 自然語言處理 OR 計算機視覺 OR 圖像識別 OR 人臉識別 OR 語義網(wǎng) OR 語義搜索 OR 視覺搜索 OR 文本處理 OR 專家系統(tǒng) OR 智能系統(tǒng) OR 智能語音 OR 虛擬助手 OR 人機交互））））”，進行指令檢索，將合并條件設(shè)為“擴展同族合并”，剔除2024年的專利數(shù)據(jù)，最終得到237個專利族，檢索時間為2024年6月。

在進行專利分析時，主要基于incoPat專利數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計功能和可視化功能，結(jié)合專利具體信息，對圖書館領(lǐng)域的人工智能專利進行多維度分析。

2 結(jié)果分析

2.1 申請趨勢分析

通過分析專利申請數(shù)量的年度變化，可以有效了解某個領(lǐng)域或某種技術(shù)的發(fā)展過程和特點?；趇ncoPat專利數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計功能，本文統(tǒng)計了圖書館領(lǐng)域人工智能專利的年度申請情況，如圖1所示。由圖1可知，圖書館領(lǐng)域的人工智能專利申請始于1997年。在1997年12月31日，日本富士通集團（Fujitsu Ltd）申請了2件圖書館領(lǐng)域的人工智能專利，均與一種用于圖書館設(shè)備的盒傳送機器人有關(guān)。

基于專利申請數(shù)量的年度變化情況和人工智能

發(fā)展的關(guān)鍵事件，本文將圖書館領(lǐng)域的人工智能專利發(fā)展劃分為以下3個階段。

（1）萌芽階段（1997—2011年）：從專利申請數(shù)量上看，這一階段的專利年度申請數(shù)大多為0和1，無明顯增長趨勢，累計有7件相關(guān)專利申請。從專利申請人上看，這一階段的專利申請人均為國外機構(gòu)和個人，包括日本的富士通集團（Fujitsu Ltd）、日本金澤工業(yè)大學(xué)（Kanazawa Institute of Technology）、美國的美商存儲科技公司（Storage Technology Corp）以及3位國外申請人，尚未出現(xiàn)中國的申請機構(gòu)和個人。從專利內(nèi)容來看，7件專利均與機器人相關(guān)，但機器人在圖書館領(lǐng)域的應(yīng)用場景較為單一，主要涉及搬運、移動功能，如取書機器人。

（2）初步發(fā)展階段（2012—2016年）：在該階段，圖書館領(lǐng)域的人工智能專利年度申請數(shù)逐年上升，并于2016年突破2位數(shù)。同時，該階段的專利申請人以中國機構(gòu)和個人為主，國外機構(gòu)和個人較少。最早的中國申請機構(gòu)為天津工業(yè)大學(xué)，其于2012年申請了一種實用新型專利，用于圖書館機器人實現(xiàn)待還圖書自動上架及裝置正?；匚?。該階段的專利仍與機器人密切相關(guān)，但機器人在圖書館領(lǐng)域的應(yīng)用場景更加多元化，除了機器人取書，還包括機器人排架、迎賓、咨詢、自動還書等。此外，該階段的專利也較多涉及人臉識別技術(shù)，用于自助借還、臨時存包、出入管理等。

（3）快速發(fā)展階段（2017—2023年）：2017年是人工智能元年，在這一年，“人工智能”首次被寫入中國政府工作報告，AlphaGo戰(zhàn)勝人類頂尖棋手柯潔，國務(wù)院出臺《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，系列標志性事件讓各行各業(yè)看到了人工智能的巨大價值，也極大影響了圖書館領(lǐng)域人工智能專利的布局速度。僅2017年一年，就有12件相關(guān)專利申請，2018—2023年的專利年度申請數(shù)均在20件以上，圖書館領(lǐng)域的人工智能專利進入快速發(fā)展階段。在該階段，專利申請人仍以中國的機構(gòu)和個人為主，同時從2022年開始出現(xiàn)較多印度的申請機構(gòu)和個人。從專利內(nèi)容上來看，該階段專利涉及的人工智能技術(shù)更加豐富，除了機器人和人臉識別技術(shù)，還涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計算機視覺、深度圖像等。此外，該階段專利涵蓋的圖書館實踐場景也更加多元，如受新型冠狀病毒的影響，出現(xiàn)了圖書館運輸消毒機器人、測溫服務(wù)機器人等。

2.2 申請地域分析

圖書館領(lǐng)域的人工智能專利全球地域分布，如表1所示。由表1可知，目前只有少數(shù)國家和地區(qū)申請了圖書館領(lǐng)域的人工智能專利，不同國家和地區(qū)的申請數(shù)量存在較大差異。其中：中國的圖書館領(lǐng)域人工智能專利申請數(shù)量達195件，位居世界第1位，占全球申請總量的82.28%；印度的圖書館領(lǐng)域人工智能專利申請數(shù)量有23件，位居世界第2位，占全球申請總量的9.70%；韓國和日本的圖書館領(lǐng)域人工智能專利申請數(shù)量分別為7件和5件，分別位居世界第3位和第4位；英國和美國均只申請了2件圖書館領(lǐng)域的人工智能專利；印度尼西亞、羅馬尼亞和中國臺灣均只申請了1件圖書館領(lǐng)域的人工智能專利。

2.3 申請人分析

2.3.1 申請人排名

圖2展示了排名前10的圖書館領(lǐng)域人工智能專利申請人名稱。由圖2可知，中國的高校是圖書館領(lǐng)域人工智能專利的主要申請人。南京大學(xué)、南京曉

莊學(xué)院、廣州商學(xué)院和江南大學(xué)為專利申請數(shù)量并列第一的機構(gòu)，均申請了5件圖書館領(lǐng)域的人工智能專利。在上述4個機構(gòu)中，南京大學(xué)和南京曉莊學(xué)院的專利申請開始時間最早，分別于2016年申請了圖書館機器人智能3D導(dǎo)航上架系統(tǒng)和圖書館咨詢服務(wù)機器人相關(guān)的專利；廣州商學(xué)院5件圖書館領(lǐng)域的人工智能專利均于2021年申請，主要涉及圖書館自主導(dǎo)航機器人和取書機器人；江南大學(xué)5件圖書館領(lǐng)域的人工智能專利申請時間則集中在2018年和2019年，主要涉及圖書館中端機器人和存取書機器人?？梢钥闯觯瑘D書館領(lǐng)域的人工智能專利頭部申請機構(gòu)的申請開始時間并不算早，申請數(shù)量也較少。在申請數(shù)量排名前10的機構(gòu)中，僅有1家國外機構(gòu)，即印度的巴納斯塔利大學(xué)（Banasthali Vidyapith）。該學(xué)校是印度5所專為女性設(shè)立的高等教育機構(gòu)之一，其申請的3件圖書館領(lǐng)域的人工智能專利均集中在2023年，專利內(nèi)容涉及圖書館資源保存、訪問、檢索及圖書館參考服務(wù)。上海颯智智能科技有限公司是專利申請數(shù)排名前10的機構(gòu)中唯一的企業(yè)申請人，其于2017年11月底成立，致力于智能移動共融機器人技術(shù)及產(chǎn)品的研發(fā)、集成與應(yīng)用，其申請的3件專利均與圖書館盤點機器人相關(guān)，并于2018年開始與上海交通大學(xué)圖書館合作研發(fā)RFID圖書館自動盤點機器人。

2.3.2 主要申請人專利價值

專利價值度是關(guān)于專利價值的綜合評價指標。通過統(tǒng)計分析申請人的專利價值分布情況，可以從宏觀層面了解該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力和水平，對不同專利申請人在該領(lǐng)域的競爭實力進行客觀評價。在incoPat專利數(shù)據(jù)庫中，專利價值的分值分布為1～10，分值越高代表專利價值越高。本文統(tǒng)計了圖書館領(lǐng)域人工智能專利申請數(shù)排名前10的申請人專利價值分布情況，如表2所示。需要特別指出的是，表2顯示的專利數(shù)量為“未合并”的專利數(shù)量，與圖2申請人排名顯示的“擴展同族合并”后的專利數(shù)量略有差異。由表2可知，圖書館領(lǐng)域人工智能專利主要申請人的專利價值大多分布在4～9分，總體處于中等偏上水平。南京大學(xué)有5件9分專利、1件7分專利和1件5分專利，高價值專利數(shù)量遠遠多于其他申請人。在專利申請數(shù)排名前10的申請人所申請的專利中，只有1件10分專利，為南京工程學(xué)院于2021年7月15日申請的圖書館智能排書機器人。該專利及其同族專利在全球被引用3次，涉及4個IPC小組，應(yīng)用領(lǐng)域較廣泛。

2.4 技術(shù)主題分析

2.4.1 技術(shù)構(gòu)成分析

為了解圖書館領(lǐng)域人工智能專利的技術(shù)構(gòu)成情況，本文統(tǒng)計了相關(guān)專利的主要IPC大類分布，如表3所示。由表3可知：B25技術(shù)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量最多，共涉及126件專利，可以判定該技術(shù)領(lǐng)域為熱點技術(shù)領(lǐng)域；G06技術(shù)領(lǐng)域和G07技術(shù)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量分別為75件和36件，也是相對熱門的技術(shù)領(lǐng)域。此外，圖書館領(lǐng)域的人工智能專利也較多涉及A47、B65、H04和G08技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)專利數(shù)量為10～20件。

2.4.2 技術(shù)功效分析

技術(shù)構(gòu)成功效是各技術(shù)領(lǐng)域不同功效專利的數(shù)量分布情況，有助于了解各類技術(shù)的主要應(yīng)用特征，

從而對研發(fā)路線進行適應(yīng)性的調(diào)整。圖3顯示的是圖書館領(lǐng)域人工智能專利的主要技術(shù)領(lǐng)域所對應(yīng)的不同功效的專利數(shù)量分布情況。其中，橫坐標是IPC分類號（大類），縱坐標是不同技術(shù)功效的名稱，圓圈大小代表專利數(shù)量的多少。由圖3可知： （1）除G11（信息存儲）和B62（無軌陸用車輛）技術(shù)領(lǐng)域外，其他技術(shù)領(lǐng)域所對應(yīng)的功效都較為全面。 （2）大部分技術(shù)領(lǐng)域都比較側(cè)重便利性提高和效率提高。 （3）此外，B25（手動工具；輕便機動工具；手動器械的手柄；車間設(shè)備；機械手）技術(shù)領(lǐng)域還比較側(cè)重成本降低、智能化提高和自動化提高，G06（計算；推算或計數(shù)）技術(shù)領(lǐng)域還側(cè)重速度提高和準確性提高，G07（核算裝置）技術(shù)領(lǐng)域還側(cè)重安全提高。

2.5 典型應(yīng)用場景分析

通過閱讀專利標題和摘要，對237個專利族涉及的圖書館實踐場景進行歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)主要涵蓋以下4個場景：（1）圖書取放。主要表現(xiàn)為機器人代替人工快速尋找和拿取不同高度、位置的圖書，將圖書放回書架，從而提高找書效率，解決因身高限制帶來的取書不便問題。（2）圖書借還。主要表現(xiàn)為自動還書機器人和人臉識別還書系統(tǒng)，能有效提高圖書借還效率，降低圖書館運維成本。（3）圖書整理。主要表現(xiàn)為圖書揀選、分類、上架排架、歸位和盤點5個方面。在圖書揀選方面，機器人的機械臂通過夾爪等夾取裝置來夾持圖書，將夾持的圖書遞送給工作人員或讀者。在圖書分類方面，相關(guān)專利主要有“用于自動分類圖書館圖書的智能機器人”和“基于內(nèi)容關(guān)鍵詞和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖書館書籍分類方法”。在圖書上架排架方面，機器人智能導(dǎo)航上架系統(tǒng)能夠根據(jù)生成的上架路徑將系統(tǒng)導(dǎo)航至上架位置，將圖書放置到相應(yīng)的書架層數(shù)；智能排架機器人可取出書架中某一層的書，整理整齊，然后將取出的書排序并放回書架原層。在圖書歸位方面，通過機器視覺技術(shù)和移動機器人中的攝像頭等，來檢測圖書是否錯架，并代替人工將放錯位置的圖書歸還原位。在圖書盤點方面，智能盤點機器人基于RFID掃描裝置，可實現(xiàn)對圖書的大范圍清點，提高圖書盤點效率。 （4）出入管理。主要表現(xiàn)為基于人臉識別技術(shù)的圖書館門禁系統(tǒng)，通過對入館人員人臉圖像的識別，判定來訪者身份，提高圖書館安全性。除上述4個場景外，237個專利族還涉及圖書館管理系統(tǒng)、環(huán)境管理、座位管理、參考咨詢等場景?？偟膩砜?，目前圖書館領(lǐng)域的人工智能專利主要與“書”相關(guān)，致力于實現(xiàn)圖書取放、借還和整理的智能化和無人化，但對于“人”的關(guān)注不夠，與用戶相關(guān)的專利較少。

3 結(jié)論與建議

本研究對incoPat專利數(shù)據(jù)庫中的圖書館領(lǐng)域人工智能專利進行了全面檢索，并對其進行了多維度分析，研究發(fā)現(xiàn)：（1）從申請趨勢上看，圖書館領(lǐng)域的人工智能專利申請正處于快速發(fā)展階段，主要涉及機器人和人臉識別技術(shù)，人工智能的其他技術(shù)領(lǐng)域涉及較少。（2）從申請地域上看，少數(shù)國家和地區(qū)申請了圖書館領(lǐng)域的人工智能專利，中國的專利申請數(shù)排名第1位。（3）從申請人上看，圖書館領(lǐng)域人工智能專利的主要申請人為中國的高校，主要申請人的專利價值總體中等偏上，但申請開始時間較晚、申請數(shù)量也較少。（4）從技術(shù)主題上看，圖書館領(lǐng)域人工智能專利的熱點技術(shù)領(lǐng)域為B25（手動工具；輕便機動工具；手動器械的手柄；車間設(shè)備；機械手），主要技術(shù)功效為便利性提高和效率提高。（5）從典型應(yīng)用場景上看，目前圖書館領(lǐng)域的人工智能專利更多聚焦于圖書取放、借還和整理等圖書相關(guān)的場景，與用戶相關(guān)的專利較少。

基于以上研究結(jié)論，提出以下建議：（1）探索將更多人工智能技術(shù)應(yīng)用于圖書館領(lǐng)域的可能性，特別是爆火的生成式人工智能和新興的通用人工智能，進一步提高人工智能技術(shù)與圖書館領(lǐng)域的融合度，增加人工智能對圖書館領(lǐng)域的影響力。（2）提高知識產(chǎn)權(quán)保護意識，在保障專利質(zhì)量的前提下，大幅提升圖書館領(lǐng)域的人工智能專利數(shù)量。（3）實施并加深校企合作，借助高校對圖書館實際業(yè)務(wù)的了解和企業(yè)的高研發(fā)能力，聯(lián)合申請適用于圖書館實際工作的人工智能相關(guān)專利。（4）增加對圖書館員和讀者需求的關(guān)注度，針對資源建設(shè)、信息檢索、學(xué)科服務(wù)、科技查新、閱讀推廣、課程學(xué)習(xí)等與用戶相關(guān)的實踐場景進行專利研發(fā)，為用戶提供智能編目、智能檢索、智能分析、智能推送、智能輔導(dǎo)等服務(wù)，進一步拓寬人工智能在圖書館領(lǐng)域的應(yīng)用場景，豐富和提升用戶體驗。

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（編輯 姚 鑫編輯）

Analysis of the development situation of artificial intelligence in library field based on patentometrics

MO Yingying， JIANG Yingying

（Library， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China）

Abstract： To clarify the current status and trends of artificial intelligence technology development in the library field， this article first conducted a comprehensive search of artificial intelligence patents in the library field using the incoPat patent database. Then， it analyzed the application trends， application regions， applicants， technical themes， and related library practice scenarios from five dimensions， and finally proposed four development suggestions.

Key words： library; artificial intelligence; patent analysis; incoPat patent database