基于Innography的節(jié)水農(nóng)業(yè)專利可視化分析及熱點(diǎn)研究

趙慧清，王杏利，鞠建偉，張歲岐(.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 700；.西北農(nóng)林科技大學(xué)黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 700)

專利文獻(xiàn)作為技術(shù)信息最有效的載體，是反映新技術(shù)、新產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)極為重要的方面[1]，全世界新技術(shù)的90%～95%是通過專利文獻(xiàn)公之于世的[2]，專利在某種程度上代表了該領(lǐng)域科技發(fā)展最新水平和技術(shù)動(dòng)態(tài)，但它并不是以包裝好的形式呈現(xiàn)，而需通過一定的技術(shù)手段挖掘后才能加以識(shí)別[3]。Innography是一款由Dialog公司開發(fā)的專利分析軟件，該軟件包括了來自美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、PCT、EPO等超過90個(gè)國(guó)家或地區(qū)的發(fā)明專利、實(shí)用新型和美國(guó)的外觀設(shè)計(jì)在內(nèi)的超過8 200萬件專利數(shù)據(jù)。它以獨(dú)創(chuàng)的專利評(píng)價(jià)指標(biāo)和可視化的呈現(xiàn)方式，幫助用戶快速地定位核心專利并有效地發(fā)掘其價(jià)值[4]。

節(jié)水農(nóng)業(yè)是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的一個(gè)重要內(nèi)容，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)不僅能夠有效利用自然資源，提高經(jīng)濟(jì)效益，還能減少對(duì)環(huán)境的破壞。目前，節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究主要集中在節(jié)水灌溉技術(shù)、生物節(jié)水技術(shù)、節(jié)水栽培技術(shù)、抗旱保水劑技術(shù)等方面[5]。為了探索節(jié)水新技術(shù)、新方法等國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)和方向，本文利用Innography專利分析軟件，開展了節(jié)水農(nóng)業(yè)專利文獻(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)力分析，并以節(jié)水灌溉、雨水收集、抗旱節(jié)水作物生物節(jié)水抗旱和膜覆蓋4個(gè)技術(shù)途徑為例進(jìn)行技術(shù)點(diǎn)聚類。通過挖掘獲知該領(lǐng)域主要競(jìng)爭(zhēng)者及其差距、核心技術(shù)分布以及4個(gè)技術(shù)途徑研發(fā)熱點(diǎn)和前沿發(fā)展方向，以期供科技管理、科研選題和國(guó)際合作，及相關(guān)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究提供有益的參考。

1 數(shù)據(jù)來源

利用Innography高端專利檢索分析工具，選用關(guān)鍵詞: water saving agriculture、water-saving cultivation、water-saving irrigation、biological water-saving、drought-resistant crops、anti-resistant plants、water collection、rainwater catchment、film cover、membrane cover等，結(jié)合IPC(國(guó)際專利分類號(hào))制定檢索式，檢索日期：2015年12月23日。對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、同族擴(kuò)增處理，共檢索出申請(qǐng)專利總量4 402件，專利授權(quán)量2 762件，有效專利量1 595件(有效專利量，指截至檢索日為止已授權(quán)且仍處于維持狀態(tài)的專利數(shù)量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 節(jié)水農(nóng)業(yè)專利全球布局分析

2.1.1專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

(1)專利申請(qǐng)年份：近20年該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)總體呈逐年上升趨勢(shì)，2007年專利申請(qǐng)進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，申請(qǐng)量突破100件，隨后逐年遞增，在2011年突破300件。(2015年的專利申請(qǐng)有部分尚未公開，暫不列入趨勢(shì)分析的范疇。)

(2)專利申請(qǐng)國(guó)別：相關(guān)專利申請(qǐng)以中國(guó)專利為主，共3 527 件，可見節(jié)水農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)在中國(guó)研究較多。而在3 527 件中國(guó)專利申請(qǐng)中，實(shí)用新型共1 942件，占中國(guó)申請(qǐng)總量的55%(見圖1)。

圖1 節(jié)水農(nóng)業(yè)專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖Fig.1 Trend of patents on water-saving agriculture application

(3)有效專利：利用Innography專利狀態(tài)篩選功能，得到該領(lǐng)域有效專利1595件，大部分有效專利公開時(shí)間在2010-2015年，在此之前公開卻還在維持的專利比較少，分析原因是早年專利申請(qǐng)量較少，同時(shí)也與專利維持費(fèi)用有關(guān)，專利權(quán)人只會(huì)有選擇性的維持核心專利，如1997、1998年公開的專利還有部分處于有效狀態(tài)中(見圖2)。

圖2 有效專利年份分布圖Fig.2 Annual distributing of effective patents

2.1.2專利技術(shù)來源國(guó)與技術(shù)應(yīng)用國(guó)分布

(1)技術(shù)來源國(guó)分布：節(jié)水農(nóng)業(yè)專利技術(shù)主要來源于中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)和俄羅斯等國(guó)家，其中中國(guó)發(fā)明人專利共3612件，說明中國(guó)是節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)主要研究國(guó)家，同時(shí)發(fā)明人也相當(dāng)重視利用技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)(見圖3)。

圖3 專利技術(shù)來源國(guó)分布Fig.3 Distribution of original patent country

(2)專利技術(shù)應(yīng)用國(guó)分布：專利技術(shù)應(yīng)用國(guó)體現(xiàn)專利權(quán)人需要在哪些國(guó)家或地區(qū)保護(hù)其發(fā)明。這一參數(shù)反映該發(fā)明未來可能實(shí)施國(guó)家或地區(qū)。節(jié)水農(nóng)業(yè)專利申請(qǐng)國(guó)分布圖(見圖4)可以發(fā)現(xiàn)專利申請(qǐng)主要分布在中、日、美、韓和俄羅斯等地，同時(shí)還有一定數(shù)量的WIPO和EPO的專利申請(qǐng)。中國(guó)專利申請(qǐng)共3 571件，說明中國(guó)是節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用地區(qū)。

圖4 節(jié)水農(nóng)業(yè)專利申請(qǐng)國(guó)分布圖Fig.4 Distribution of appliant country on water-saving agriculture patent

2.1.3節(jié)水農(nóng)業(yè)專利IPC分布

國(guó)際專利分類號(hào)(IPC)是世界通用的專利分類系統(tǒng)，可以用于分析專利結(jié)果中的主題分布。對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)相關(guān)專利IPC主分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，主要分布在A部農(nóng)業(yè)大類中，包括有農(nóng)用灌溉、溫室作物栽培、液體肥料、聯(lián)合作業(yè)機(jī)械和自動(dòng)灌溉裝置等，在化學(xué)部也有少量專利申請(qǐng)，如遺傳工程和肽領(lǐng)域等(見圖5)。

圖5 節(jié)水農(nóng)業(yè)專利IPC分布Fig.5 Distribution of IPC on water-saving agriculture patent

2.2 專利競(jìng)爭(zhēng)力分析

利用Innography競(jìng)爭(zhēng)力分析功能，對(duì)全球研究節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的專利權(quán)人進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)力分析，專利權(quán)人氣泡圖(見圖6 )可挖掘出此領(lǐng)域最有潛力的專利權(quán)人。

(1)專利權(quán)人申請(qǐng)專利量分析：在節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)專利權(quán)人申請(qǐng)專利突出，如中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、昆明理工大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院等有較多專利申請(qǐng)。國(guó)外專利權(quán)人申請(qǐng)較為突出的有荷蘭Keygene公司和加州大學(xué)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和Keygene NV在節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域都申請(qǐng)了大量專利，并且在技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)擁有較大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，兩者之間區(qū)別在于Keygene NV是一家企業(yè)，可以直接了解市場(chǎng)對(duì)技術(shù)需求，在技術(shù)轉(zhuǎn)化市場(chǎng)上優(yōu)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)。除上述兩位專利權(quán)人外，在氣泡圖的中部還有加州大學(xué)、昆明理工大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等專利權(quán)人也是該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)主要競(jìng)爭(zhēng)者。

注：專利權(quán)人氣泡圖，每一種顏色氣泡代表一個(gè)專利權(quán)人(見圖例)，氣泡大小代表該專利權(quán)人在檢索結(jié)果中專利的數(shù)量多少，坐標(biāo)橫軸代表該專利權(quán)人在檢索領(lǐng)域中關(guān)注度和專利技術(shù)實(shí)力，即專利權(quán)人的專利性，氣泡越往右邊專利性越強(qiáng)；坐標(biāo)縱軸代表專利權(quán)人總體的資源和財(cái)富，表征其利用專利的能力，即專利權(quán)人的市場(chǎng)性，氣泡越往上方市場(chǎng)性越強(qiáng)。通過觀察氣泡在圖上的位置可了解其綜合實(shí)力。圖6 節(jié)水農(nóng)業(yè)專利競(jìng)爭(zhēng)力分析圖Fig.6 Competitiveness analysis of water-saving agriculture patents

(2)專利權(quán)人研究機(jī)構(gòu)分析：節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)專利申請(qǐng)以高校和科研院所為主，企業(yè)在其中所占比例較低，而專利申請(qǐng)中企業(yè)數(shù)量往往可以反映出技術(shù)應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)化情況。以中國(guó)專利權(quán)人為例，排名靠前的基本都是高校和科研院所，說明該技術(shù)在中國(guó)尚未形成成熟的需求體系，高校和研究所的研發(fā)成果只有少量被轉(zhuǎn)化和推廣。

(3)主要專利權(quán)人分析：利用Innography專利圖景的分析功能和公司對(duì)比分析功能，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力排名前五的專利權(quán)人所研究技術(shù)領(lǐng)域和申請(qǐng)專利的IPC分類號(hào)進(jìn)行分析，得到圖7和圖8，由圖7和圖8可以看出：①節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域研究重點(diǎn)主要集中在對(duì)出水口、儲(chǔ)水方面、進(jìn)水口、滴灌等技術(shù)的研究；②專利數(shù)量排在第一位的中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究領(lǐng)域較廣，大部分技術(shù)領(lǐng)域都有所涉及，除上述列舉的主要研究點(diǎn)外，還包括水資源、土壤濕度、作物抗旱性等方面，專利申請(qǐng)主要集中在A01G25項(xiàng)下，是對(duì)農(nóng)用灌溉方面的研究；③Keygene NV和加州大學(xué)的研究重點(diǎn)集中在對(duì)作物抗旱性的研究上。在圖8中反映了Keygene NV和加州大學(xué)的專利申請(qǐng)主要集中在C12N 15項(xiàng)下，是對(duì)遺傳工程方面的研究；④華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究重點(diǎn)集中在C12N15項(xiàng)下，也是對(duì)遺傳工程方面的研究。而昆明理工大學(xué)的研究重點(diǎn)集中在A01G 25項(xiàng)下，是對(duì)農(nóng)用灌溉方面的研究。

圖8 全球前五申請(qǐng)人申請(qǐng)專利的IPC分類分析Fig.8 IPC analysis of patents from the globally top five applicants

2.3 專利技術(shù)點(diǎn)分析

利用Innography文本聚類功能，分別對(duì)節(jié)水灌溉、雨水收集、生物節(jié)水和覆蓋4個(gè)技術(shù)途徑進(jìn)行技術(shù)點(diǎn)聚類，嘗試得出各技術(shù)途徑的研發(fā)熱點(diǎn)。

2.3.1節(jié)水灌溉

從圖9可以看出，節(jié)水灌溉技術(shù)主要集中在灌溉設(shè)施的研究，包括蓄水設(shè)施、水泵、滴灌、噴灌、排水管，灌溉方法等。

圖9 節(jié)水灌溉技術(shù)聚類Fig.9 Clustering of water-saving irrigation technique

2.3.2雨水收集

從圖10可以看出：雨水收集節(jié)水技術(shù)主要集中雨水收集設(shè)備的研究，如貯水器、水管、水箱等。

圖10 雨水收集技術(shù)聚類Fig.10 Clustering of rainwater harvesting technology

2.3.3生物節(jié)水

從圖11可知，生物節(jié)水抗旱的研究主要集中在轉(zhuǎn)基因抗旱節(jié)水植物的研究，主要利用遺傳學(xué)的技術(shù)對(duì)植物進(jìn)行改造達(dá)到抗旱節(jié)水。

2.3.4覆蓋技術(shù)

從圖12中可以看出覆蓋技術(shù)主要集中在覆膜機(jī)械和膜種類的研究。

2.4 高強(qiáng)度專利分析

專利強(qiáng)度是Innography的核心功能之一，它是專利價(jià)值判斷的綜合指標(biāo)。專利強(qiáng)度受權(quán)利要求數(shù)量、引用與被引用次數(shù)、是否涉案、專利時(shí)間跨度、同族專利數(shù)量等因素影響，其強(qiáng)度的高低可以綜合反映出該專利文獻(xiàn)價(jià)值大小。通過Innography的專利強(qiáng)度分析功能，可以快速?gòu)拇罅繉＠泻Y選出核心專利，用于判斷該技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)重點(diǎn)。一般將專利強(qiáng)度為30%～100%的專利定義為高強(qiáng)度專利，專利強(qiáng)度為10%～30%定義為一般強(qiáng)度專利。

2.4.1節(jié)水農(nóng)業(yè)高強(qiáng)度專利

對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行專利強(qiáng)度篩選，篩選出專利強(qiáng)度≥30%的高強(qiáng)度，并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行同族去重，共得到301件高強(qiáng)度專利，強(qiáng)度在60%以上的專利有116件，在70%以上的專利有54件，見表1。

圖11 生物節(jié)水抗旱技術(shù)聚類Fig.11 Clustering of biological water-saving drought-resistant technologies

圖12 覆蓋技術(shù)聚類Fig.12 Clustering of cover technology

表1 高強(qiáng)度專利信息Tab.1 High strength patent information

續(xù)表1 高強(qiáng)度專利信息

2.4.2節(jié)水農(nóng)業(yè)高強(qiáng)度專利技術(shù)點(diǎn)分析

從圖13可以看出，節(jié)水農(nóng)業(yè)高強(qiáng)度專利技術(shù)點(diǎn)主要集中在灌溉方法、覆蓋膜材料、轉(zhuǎn)基因抗旱植物研究方面。

圖13 節(jié)水農(nóng)業(yè)高強(qiáng)度專利聚類Fig.13 Clustering of high intensity patents on water-saving agriculture

2.4.3排名前五申請(qǐng)人專利強(qiáng)度分析

利用Innography對(duì)比分析功能，對(duì)全球研究節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)排名前五的專利權(quán)人申請(qǐng)專利進(jìn)行專利強(qiáng)度對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)各申請(qǐng)人在影響專利強(qiáng)度各因素方面優(yōu)劣勢(shì)(見圖14)。

注：Claims-權(quán)利要求，代表每項(xiàng)專利平均權(quán)利要求數(shù)量；Cites-引證，代表每項(xiàng)專利平均引證數(shù)量；Industries-行業(yè)，代表每項(xiàng)專利平均行業(yè)數(shù)量；Inventors-發(fā)明者，代表每項(xiàng)專利平均發(fā)明者數(shù)量；Litigation-訴訟，代表涉訴專利數(shù)量；Fwd Cites-被引專利，代表每項(xiàng)專利被引證數(shù)量；Life-壽命，代表專利過期平均剩余時(shí)間。圖14 前五位專利權(quán)人申請(qǐng)專利的專利強(qiáng)度對(duì)比分析Fig.14 Patent intensity analysis from the top five patentee

(1)加州大學(xué)和Keygene NV公司高強(qiáng)度專利的權(quán)利要求數(shù)量均比國(guó)內(nèi)高校多，說明國(guó)外專利在撰寫上更注重專利質(zhì)量和專利保護(hù)強(qiáng)度。

(2)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和昆明理工大學(xué)申請(qǐng)專利引用和被引用次數(shù)較多，優(yōu)于其他專利權(quán)人。

(3)昆明理工大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)申請(qǐng)專利行業(yè)較廣，說明這兩所高校在節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的技術(shù)涉及范圍較寬。

(4)該五位專利申請(qǐng)人在該領(lǐng)域申請(qǐng)的專利均無涉及侵權(quán)等法律事件。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域全球共有4 402件專利申請(qǐng)，其中授權(quán)專利有2 762件，有效專利1 595件。從專利申請(qǐng)國(guó)別看，主要以中國(guó)專利為主，在4402件專利申請(qǐng)中，中國(guó)專利申請(qǐng)3 257 件，且自2007年起出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，在2011年專利申請(qǐng)突破300件。這與中國(guó)農(nóng)業(yè)大國(guó)的國(guó)情和在節(jié)水農(nóng)業(yè)方面的政策有關(guān)。中國(guó)在2005年發(fā)布了《中國(guó)節(jié)水技術(shù)政策大綱》，在2012年農(nóng)業(yè)部又發(fā)布了關(guān)于推進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的意見，2012年11月國(guó)務(wù)院發(fā)布了國(guó)家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要，可見近年來節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展需求迫切，國(guó)家非常重視。

(2)利用Innography訴訟專利篩選功能，快速洞悉高風(fēng)險(xiǎn)專利。對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行篩選發(fā)現(xiàn)在節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域并無涉訴專利，目前無高風(fēng)險(xiǎn)專利存在。

(3)從專利權(quán)人來看，在節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)高校和研究所專利申請(qǐng)較多，比較突出的有中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、昆明理工大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院等，其中中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)技術(shù)具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。在國(guó)外專利權(quán)人中，Keygene NV、加州大學(xué)專利比較突出，而日本積水化學(xué)公司技術(shù)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力具有一定的優(yōu)勢(shì)。

(4)從節(jié)水農(nóng)業(yè)相關(guān)專利IPC分類來看，A01G 25分類中專利量較多，該分類主要是農(nóng)用灌溉技術(shù)。除A部專利外，C部也有相關(guān)專利申請(qǐng)，主要集中在利用遺傳變異來改造植物性狀來達(dá)到抗旱和節(jié)水目的。

(5)對(duì)節(jié)水灌溉、雨水收集、生物節(jié)水抗旱和覆蓋4個(gè)技術(shù)途徑進(jìn)行技術(shù)點(diǎn)聚類表明， 節(jié)水灌溉研發(fā)熱點(diǎn)主要集中在灌溉設(shè)施，包括蓄水設(shè)施、水泵、排水管、微灌、滴灌、噴灌等，自動(dòng)控制灌溉設(shè)施；雨水收集研發(fā)熱點(diǎn)主要集中在雨水收集設(shè)備，如雨水收集器、水管、水箱等；生物節(jié)水抗旱研發(fā)熱點(diǎn)主要集中在轉(zhuǎn)基因抗旱節(jié)水植物研究，主要利用遺傳學(xué)技術(shù)對(duì)植物進(jìn)行改造達(dá)到抗旱節(jié)水；覆蓋研發(fā)熱點(diǎn)主要集中在覆膜機(jī)械和膜種類研究。

(6)利用Innography專利強(qiáng)度指標(biāo)功能，判斷節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究領(lǐng)域?qū)＠麅r(jià)值，分析結(jié)果表明，檢索到高強(qiáng)度專利301件，其中中國(guó)專利僅有19件，可見盡管在節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域,中國(guó)專利占有較高的比例，但研發(fā)分散、專利申請(qǐng)目的性不明確和實(shí)用新型過多等現(xiàn)狀在一定程度上制約了中國(guó)專利質(zhì)量，建議可以針對(duì)重點(diǎn)優(yōu)勢(shì)技術(shù)，進(jìn)行有計(jì)劃專利布局，讓核心技術(shù)得到充分保護(hù)，同時(shí)對(duì)提高專利質(zhì)量起到積極推動(dòng)作用。

(7)在節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究領(lǐng)域，采用先進(jìn)的灌溉技術(shù)以減少水量損失和提高灌溉效率是目前該領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。由于遺傳改造在生物學(xué)領(lǐng)域的研究越來越多，將其與節(jié)水農(nóng)業(yè)結(jié)合研究可能也會(huì)成為未來一個(gè)重要的發(fā)展方向。

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