基于专利文献的技术演化分析方法评述.doc

1、1基于专利文献的技术演化分析方法评述摘要技术演化分析是专利分析的重要内容之一，为国家科技规划、企业研发战略提供决策支持。首先总结了技术演化分析方法的现状，根据分析对象将其大致分为 3 类：基于专利分类号的技术演化分析、基于专利引用关系的技术演化分析和基于专利文本内容的技术演化分析。接着分析了各种方法的优缺点，在此基础上提出专利文本与引文结合的技术演化分析的观点，并进行了可行性探讨。最后就专利文本与引文结合的技术演化分析方法的研究思路提出建议。 关键词技术演化；专利文本挖掘；专利引文分析；专利分析 DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2013.10.040 中图分类号G25

2、0.2文献标识码A文章编号1008-0821（2013）10-0172-05 1 技术演化分析概念及其意义 技术演化这一概念目前尚没有明确的定义，不同的人有不同的认识和理解。王敏等1从演化的概念出发给出了技术演化的定义：所谓技术演化是指技术随着时间变化的过程，技术演化分析即是对技术变化过程的发现与描述，进而进行技术发展趋势预测等内容。全面、深入和准确地掌握技术演化发展情况无论是对国家提高自主创新能力还是企业增强自身的国际竞争力都具有十分重要的作用。具体来说掌握技术演化情况具有以下重要意义：（1）从国家的角度来说，可以为科研管理决策提供2支持，比如制定科学技术发展规划，优化政府对研发项目的投资；

3、为国家的技术引进决策提供支持2。 （2）从企业的角度来说，可以预测行业技术的发展趋势；促进企业技术创新；为制定企业的技术发展战略提供决策支持，比如企业的研发方向，研发创新费用的合理分配3。 （3）从科研的角度来说，有助于启发技术人员的思路、激发新的创意，进而发现新的技术领域、技术方向和技术手段，对现有技术进行改进等3-4。 专利文献是科学技术的宝库，是技术情报的物质载体，它涉及所有技术领域的最新、最活跃的创新技术信息，蕴含丰富的技术情报，可以说专利文献提供了技术情报的最佳情报源5。据世界知识产权组织（WIPO）统计，专利信息是世界上最大的公开技术信息源之一，它包含了世界上 90%95%的技术信

4、息，并且技术信息的公开要比其他载体早12 年。总的来说，相比其他信息资源，专利文献具有内容新颖、系统详尽、格式规范、分类科学等特点，是一种理想的技术演化分析对象6，利用专利文献可以有效地揭示相关技术的演进发展情况。 世界知识产权组织发布的全球 PCT 申请数据显示专利数量巨大并且申请量有逐年增加。同时，由于技术领域不断交叉渗透、技术创新的速度加快、技术创新过程更加复杂和新技术的日益细化及多样化7-8，对专利技术演化分析提出了越来越高的挑战与要求。如何有效地对专利文献进行分析，更加全面、深入和准确了解技术演化过程与趋势显得十分迫切。时代在呼唤更好的专利技术演化分析方法。据此，在总结了目前专利技术

5、演化分析方法优缺点的基础上，提出将专利文本与引文相结合分析技术演化的观点，并验证了该观点的可行性，希望将此观点与同行3一同分享和讨论。 2 专利技术演化分析的现状 技术演化具有丰富的内涵，既包括特定技术的发展变化趋势，也包括技术领域中各要素技术之间的相互作用和共同发展的过程1。根据技术演化的内涵，广泛阅读了相关专利分析文献，得知发展至今已有多种技术演化分析方法，包括 TRIZ 法9、形态分析法10、专家咨询法11、技术生命周期法12-13、专利引文分析法14-17、技术范式与技术轨道18等。陈亮等人19已对这些分析方法做了进行过详细的阐述。本文是根据技术演化分析方法利用的专利文献中的不同信息将

6、目前专利技术演化分析的方法分为以下 3 类：基于专利分类号的技术演化分析、基于专利引用关系的技术演化分析和基于专利文本的技术演化分析，在总结利用不同信息的分析方法的优缺点之后，提出结合专利引文信息与文本信息的技术演化分析的观点，并就其研究思路给予建议。 2.1 基于专利分类号的技术演化分析 专利分类号是对专利技术内容的反映，在时间轴上，通过对专利分类号及其相关信息进行统计分析，比如对专利分类号所属专利进行数量统计、分类号的频次分析、共现分析，可以揭示某技术领域的技术演化过程。 基本的分析方法有统计专利分类号（IPC 分类号、德温特手工代码等）随年份的变化揭示技术发展趋势，如刘立和王博20基于时

7、间统计数控机床产业相关专利的德温特分类代码，分析了数控机床领域的技术发展变化概况。在随年份变化的统计分析中可引入技术生命周期分析方法，4用来判断某项技术所处的发展阶段和预测其发展趋势。李春燕12在2012 年总结了专利技术生命周期分析方法，指出不同方法的适用条件，包括 S 曲线、技术指标法、相对增长率法、技术生命周期图法和 TCT 计算法，具体内容可以详见其论文。通过设置时间窗口并比较各时间窗口之间专利分类号的变化也是一种方法。代表性的有龚勋等21按年份设置几个时间窗口，统计并比较时间窗口中 IPC 分类号的变化来分析汽车关键技术的发展变化。 另外，专利号共现分析，也即共类分析假设共同出现的专

8、利号具有一定的关联性，可以用来研究技术的发展，包括技术的融合、分化、技术主题的变迁。如 K.Suzuki22利用 IPC 分类号共现来研究技术发展中融合。栾春娟23构建专利号共现矩阵，划分多个时间段，分别作共现网络图并进行对比分析，从而发现太阳能关键技术的演化。 除此之外，近来有人提出了基于专利著录项中结构化信息的新的技术发展演化分析方法，值得关注。如 2012 年 Sunghae Jun 和 Seung-Joo Lee24结合统计推理与神经网络理论，利用著录项中的 IPC 分类号构建了预测新兴技术的神经网络模型，并根据专利技术的发展历史与现状预测技术发展趋势。尽管如此，但基于专利分类号的分析

9、方法没有深入到专利文本内容，所以往往是宏观和表面的，而且不够直观，很难通过这种分析方法了解详细、深入的技术发展演化过程以及趋势。 2.2 基于专利引用关系的技术演化分析 是根据专利之间的引用关系分析专利技术的演进发展情况。专利引用关系本身就在一定程度上代表了专利技术之间的演进关系，可以通过5研究专利之间的引用关系及其规律，探求技术与技术之间的联系和发展规律。正是具有该优势，基于专利引用关系的技术演化分析研究获得国内外学者青睐，有关研究人员对其进行了大量研究工作，研究内容主要在构建专利引文网络和如何对专利引文网络进行分析。 陈亮等19在 2012 年对构建专利引文网络和引文网络分析方法做了较好的

10、总结，指出目前引文网络的构建主要是基于直接引用、共被引、引文耦合，以及当前的专利引文网络分析方法，主要分为：（1）引文聚类，并分析聚簇之间的关系以及随时间发展变化。 （2）识别专利引文网络中的知识流动主路径以及绘制技术演化轨迹。 （3）社会网络分析方法。举例来说，2008 年侯彼蓉等14提出基于引文路径分析的专利技术演进图的绘制，并以医学内窥镜专利技术进行了实证研究。2009 年Changwoo Choi 和 Yongtae Park15在其论文中提出一种利用专利引用网络对技术发展过程进行分析的方法，可以分析技术变化、确认技术发展路径，以及预测技术发展方向。2010 年张树良等16在分析国际半

11、导体照明材料专利技术发展态势时，提出了基于专利引用关系的专利技术追踪与演进分析方法，首先根据被引次数找到重要专利，再利用重要专利的专利回溯引证和被后来专利引证进行追踪与演化分析。2011 年张杰、崔靖、翟东升和肖艳17首先基于专利引用关系绘制了专利引文网络图，在此基础上向网络添加专利节点的时间信息，了解技术的发展过程与趋势。 另外研究相对较少但简单的一种方法是通过统计专利引用量的变化6趋势来把握技术处于的不同生命周期阶段25。这种分析方法中，常用两种分析指标：前向引用和后向引用。根据前向引用数量上的变化能够捕捉技术生命周期由萌芽期进入成长期。根据后向引用数量上的变化能够捕捉技术从萌芽期进入成长

12、期和从成长期进入成熟期。 虽然专利引用关系对于发现不同专利技术之间的关联和专利技术发展演化过程确实是一个很好的方法。但基于专利引用关系的技术演化分析也存在不少缺陷，主要有：（1）专利引用本身可能不完整，很难全面把握专利之间的关系；（2）引用关系分析同样没有深入到文本，不能发现专利之间的潜在关系。 2.3 基于专利文本的技术演化分析 基于专利文本的技术演化分析是指利用专利文本内容，如摘要、背景、技术说明说、权力项等，通过人工阅读或利用文本挖掘技术的方式进行技术演化分析。本文主要是指利用文本挖掘技术挖掘专利的文摘、技术说明书等文本内容中的文本信息并以此进行的技术演化分析，不包括通过人工阅读专利文本

13、来分析技术演化。文本挖掘，又称为文本数据挖掘或文本知识发现，可以从大规模文本库中抽取隐含的、以前未知的、潜在有用的模式或知识。应用文本挖掘技术从专利文献中挖掘技术演化情况是当前的研究热点26。 词频统计是常用的方法。该方法需要首先利用文本挖掘技术从专利的文摘、技术说明书等文本内容中提取技术术语。之后词频统计的方法与专利分类号统计的方法类似，即统计技术术语随时间的变化情况进而分析技术主题的发展趋势和识别新兴技术主题。值得一提的是 Chen 等713在 2010 年从比较新颖的角度探讨了将生命周期曲线应用在词频统计上用以预测技术主题的发展趋势。 另外利用空间向量等模型，计算专利之间的相似性，并在此

14、基础上分析技术演化。主要分为两种方法：一是构建专利网络并进行技术演化分析。2004 年 Byungun Yoon 和 Yongtae Park27提出了一种基于文本挖掘的专利信息分析方法，生成专利网络图，用来分析技术的发展趋势，这是奠基性的一篇研究。二是在计算专利之间的相似性后，进行专利文本聚类，进而进行技术主题及其演化分析。就这一方法，值得关注的是2009 年 Young Gil Kim 等28在分析新兴技术主题时将聚类结果与专利申请时间相结合，提出了一种关键词语义网络的构建方法，该方法首先对专利文本进行聚类，再根据不同聚簇关键词之间的共现关系，结合关键词首次出现时间，构建关键词语义网络，可

15、以较为清晰的展示技术主题变化过程。但该论文的方法具有循环论证之嫌等一些缺点，因此 2011年方曙等6根据其缺点进行了改进研究。 最后，词频分析、专利网络和专利文本聚类等都可以通过划分多个时间窗口进行比较分析来揭示技术的演化和发展趋势。如许？等29利用文本挖掘技术首先绘制了 ICT 领域的技术关联图，接着为了考察 ICT领域技术的动态变化，分时间段绘制了不同时期的技术关联图来考察技术的动态变化。也有人将时间划分为时间片段，对各个时间段内的主题词统计进而对比各时间段主题词的变化来分析技术主题变化30。 专利文本分析深入到了专利文本信息，揭示的信息较为详细，而且在表达上更加直观，利于分析人员理解与解

16、释，但是也存在一些不足之8处，具有相对较高的计算成本，在专利文本特征表示时会遗失专利文本信息、文本信息的模糊性等。 3 结合专利文本与引文的技术演化分析观点的提出 3.1 观点的提出 以上 3 类方法都利用专利的不同内容为对象进行分析，在分析的过程中，可与适当分析方法结合，比如基于专利号的分析方法可以利用技术生命周分析方法、也可以利用共现分析方法，在专利引用网络分析中可进行技术轨道识别来分析技术演化，形态分析法建立在文本分析的基础之上。无论在分析时具体使用什么方法，3 类方法各有自己的优缺点。基于专利分类号的技术演化分析对于在宏观层面上了解技术演化发展趋势等较为有效，并且简单易用，但相对较为宏

17、观和表面，且不直观，不能满足现今对专利情报越来越深入、详细需求。利用专利引用关系进行技术演化分析，在发现技术之间的关联、分析技术演化过程以及预测技术发展趋势上具有优势。基于专利文本内容的技术演化分析可以深入到专利的“质” ，可以发现专利文献之间潜在的关联，也是分析技术演化的有效方法，并且其分析直观。因此，如果有效结合专利中的文本信息和引用信息，可以达到信息互补，获得更准确和深入的描绘出技术演化情况。 比如，在文献2中，作者利用专利引用网络较为详细地分析技术发展过程，但其用专利号作为网络节点，技术发展图表现的不直观，不易解读。如果在技术发展图中融入专利文本信息，将能使其更加直观，有利于有效地发现

18、技术发展路径、技术分布结构、技术机会点等。而且，在确定技术之间的关联时，单独的引文不能发现专利文献之间潜在的关9联，如果融入文本信息的可以提高准确性和全面性。 Young Gil Kim 等28摒弃了专利引文分析的方法，从专利文本中提取关键词，然后使用 k-means 算法将专利聚类，根据聚类结果构建了关键词的语义网络，最后结合专利申请日期建立了专利地图，呈现技术动态发展过程，并用此来预测新兴技术的发展趋势。如果对专利聚类时融入专利引用信息，或可提高聚类的质量，使得基于聚类结果构建的关键词语义网络会更加准确和完整。 3.2 专利文本与引文结合的技术演化分析可行性探讨事实上，将文本信息与引用信息

19、结合在一起也并非新的想法，在其他方面也有应用。比如利用这一想法来提高信息检索性能31；在学科结构发现上，Frizo Janssens 等32在基于论文的信息科学（IS）结构发现时使用了混合文本信息和引用信息的聚类算法，并发现获得的结果比仅仅利用引用信息或者文本信息进行聚类的效果要好；在分析期刊集的领域分布与结构图上，Liu 等33提出了将文本内容与引用信息结合的聚类算法；Wolfgang Glnzel34采用了支持向量机模型，在计算论文相似度时使用将文本信息与引用信息结合，并在此基础之上进行聚类，得到论文集的主题分布图。以上提及的文本信息与引用信息结合发生在在聚类的层面，进而可以更好的分析学科

20、结构、研究主题等。由于上述分析对象与专利文献具有相似性，因此这一想法完全可以借鉴到专利分析（包括技术演化分析）中来。 最近在专利技术演化分析中少数人也做过一些尝试。比如 2012 年Ssu-Han Chen 等35在研究专利技术演化的一篇论文中提出一种融入时10间信息的专利引用网络的技术演化分析方法，并且为帮助分析人员更好的理解和分析结果，使用文本挖掘技术从专利题目和摘要中抽取关键词，为每个聚簇生成技术主题，从而使技术演化分析更加直观和有效。该方法可以说是一种伟大的尝试，其充分利用了文内容的直观表达能力和引用关系的在技术演化上的天然优势，为专利技术演化分析提供了好的思路。 根据以上相关研究，本

21、文认为在专利文本与引用结合的技术演化分析方法研究具有可行性，可以从以下两个角度进行研究：（1）文本信息与引文信息的底层融合。具体有融合专利内容和引用信息的专利之间技术相关性计算（如根据专利内容的相关性判断引用的是否有效） 、专利文献聚类的改进等。 （2）分析过程中的结合。具体有以引文分析为基础，融入文本信息方便理解和解释（如 Ssu-Han Chen 提出的方法） ；以专利文本分析为基础，融入引用关系描述专利之间技术流动关系。 4 结束语 专利文献数量巨大且数量不断增长，同时技术领域不断交叉渗透、新技术的日益细化及多样化，对专利技术演化分析提出了越来越高的挑战与要求。总结不同专利技术演化分析方法优缺点，发现专利引用关系可以很好描述技术流动过程，而专利文本分析能深入到专利文献的内容，如果将两者结合可以弥补各自的不足，充分利用两者的优势。因此本文认为将专利文本信息与引用信息结合的技术演化分析方法是应对时代挑战不错的研究方向。具体来说，可以从两个角度对其进行研究：文本信息与引文信息的底层融合和分析过程中的结合。