基于專利計量的我國地下水污染修復(fù)技術(shù)分析

金 鑫，張艷莉

（吉林大學(xué)，吉林 長春 130021）

1 研究背景

作為淡水資源的重要構(gòu)成之一，地下水因其特性穩(wěn)定、分布范圍較廣且相對不易遭受污染，逐漸成為全球經(jīng)濟社會發(fā)展不可或缺的戰(zhàn)略資源，在生活飲水、農(nóng)田用水、工業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)等方面發(fā)揮著重要作用。然而，隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)和城市化的快速發(fā)展，我國地下水開發(fā)利用規(guī)模不斷擴大。過度和不當(dāng)?shù)娜祟惿a(chǎn)生活活動，導(dǎo)致地下水遭受不同程度污染，特別是在大中型城市、農(nóng)業(yè)集約區(qū)和礦物開采區(qū)[1-2]。2018年中國水資源公報對全國2 833眼地下水監(jiān)測井進行水質(zhì)評價中發(fā)現(xiàn)，Ⅳ類、Ⅴ類水質(zhì)監(jiān)測井分別占評價監(jiān)測井總數(shù)的29.2%和46.9%，Ⅰ～Ⅲ類僅占23.9%[3]。由此可知，解決我國地下水污染的問題已迫在眉睫。如何降低污染物濃度，維持地下水資源的可持續(xù)利用，已成為促進中國綠色發(fā)展的重中之重。

當(dāng)下可查詢到地下水污染修復(fù)技術(shù)的綜述文獻較多，按照修復(fù)方式的不同可分為原位修復(fù)和異位修復(fù)等。趙勇勝[4-5]、劉琴等[6]、張濤等[7]、陳楠緯[8]、黃文建等[9]已對地下水污染修復(fù)領(lǐng)域的技術(shù)進行了系統(tǒng)的歸納概括，但很少有研究人員對該領(lǐng)域產(chǎn)生的大量專利文獻做出系統(tǒng)的統(tǒng)計分析。專利文獻是科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的重要載體，代表著最前沿的技術(shù)發(fā)展水平，是指導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)新的重要信息來源之一。專利分析是從數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的角度，從專利信息的數(shù)量關(guān)系、趨勢規(guī)律等角度開展定量研究的經(jīng)典情報學(xué)統(tǒng)計分析方法[10-11]。

隨著我國地下水污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠臄?shù)量逐年增多，系統(tǒng)分析該領(lǐng)域的專利文獻，可以更好地了解和掌握地下水污染修復(fù)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，以期為后續(xù)相關(guān)修復(fù)技術(shù)的創(chuàng)新研究與應(yīng)用提供參考，對推動科技進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有一定指導(dǎo)性意義。

2 數(shù)據(jù)來源與分析方法

本文所采用的數(shù)據(jù)來源于incopat專利數(shù)據(jù)庫（https：//www.incopat.com/），通過incopat科技創(chuàng)新情報平臺對專利信息進行檢索，收集涉及我國地下水污染修復(fù)專利的基本信息。所采用的檢索式為“TIAB=（地下水）AND TIAB=（污染）AND（TIAB=（修復(fù)）OR TIAB=（治理）OR TIAB=（處理）OR TIAB=（調(diào)查)）”。一般情況下，發(fā)明和實用新型專利相比于外觀設(shè)計專利具有更高的科技創(chuàng)新特性，因此，專利類型選擇“發(fā)明”和“實用新型”類。檢索時間范圍截止至2021年8月3日。

檢索共得到專利3 381項，擴展同族合并后，得到2 732項。于檢索結(jié)果中人工清洗，剔除與主題無關(guān)的專利，如地下水調(diào)蓄、水排放處理、廢物安全填埋裝置、地下水智慧平臺、雨水收集系統(tǒng)、泥沙預(yù)處理等，共得到2 177項記錄，作為本文樣本數(shù)據(jù)。

借助incopat數(shù)據(jù)庫專利分析平臺及Microsoft Excel等，對相關(guān)專利進行多維度定量與定性分析，科學(xué)客觀地得出我國地下水污染修復(fù)領(lǐng)域技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 專利公開態(tài)勢分析

技術(shù)生命周期是一種以周期變化為特征的模式。分析特定領(lǐng)域?qū)＠募夹g(shù)生命周期，可以整體了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，預(yù)測技術(shù)發(fā)展趨勢[12]。本文將樣本數(shù)據(jù)按年公開數(shù)量進行統(tǒng)計得到如圖1所示的1987-2021年地下水污染修復(fù)專利數(shù)量變化趨勢圖。

圖1 1987-2021年地下水污染修復(fù)專利數(shù)量變化趨勢圖

可以看到，我國地下水污染修復(fù)技術(shù)相關(guān)專利的數(shù)量變化態(tài)勢整體上升，經(jīng)歷了萌芽期、增長期和高峰期，現(xiàn)階段仍在快速發(fā)展。第一項專利起步于1988年，是由中國市政工程東北設(shè)計院市政工程研究所于同一天提交的發(fā)明專利“生物濾池法地下水除鐵、錳技術(shù)與設(shè)備（CN88100667.X）”和實用新型專利“地下水除鐵除錳設(shè)備（CN88203110.4）”，開啟了地下水污染修復(fù)領(lǐng)域?qū)＠男缕隆?009年以前，我國地下水污染場地較少，且存在生物自然修復(fù)，并未對人類造成很大影響，因此未引起研究人員在該領(lǐng)域較多的關(guān)注，專利申請量不多。2009-2012年公開專利量開始逐步增加，每年20～70項；2013年后開始快速發(fā)展，全國各機構(gòu)在此領(lǐng)域迅速布局，2013-2020年公開專利的復(fù)合增長率為18.16%；2020年達到激增頂峰，公開專利量多達400項。由于專利申請日和公開日之間存在18個月的滯后期，最近兩年數(shù)據(jù)僅供參考，下同。

公開專利數(shù)量增長可能因為2012年發(fā)布的《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（國發(fā)[2012]28號）中，將“推動水污染防治”列入“先進環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖”，多地關(guān)停了污染企業(yè)，國家政策的引領(lǐng)激發(fā)了水污染修復(fù)產(chǎn)業(yè)的活力。整體而言，該領(lǐng)域仍處于申請活躍、蓬勃發(fā)展的狀態(tài)，隨著《水污染防治行動計劃》（水十條）等一系列國家政策的出臺，預(yù)計未來幾年相關(guān)專利的申請仍將繼續(xù)保持增長態(tài)勢。

3.2 專利申請機構(gòu)分析

專利申請數(shù)量的排名可以反映出該領(lǐng)域活躍的主要申請人，反映出前沿技術(shù)的壟斷程度。本文樣本涉及的申請人主要包括高等院校、科研院所和企業(yè)等。表1列出的地下水污染修復(fù)領(lǐng)域主要研究機構(gòu)的情況所示：中國環(huán)境科學(xué)研究院專利數(shù)量最多，共52項；其次是北京高能時代環(huán)境技術(shù)股份有限公司，專利數(shù)量為48項；中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、吉林大學(xué)、清華大學(xué)緊隨其后，分別申請專利39項、34項、33項。

表1 主要研究機構(gòu)相關(guān)專利申請情況

從專利申請TOP20機構(gòu)的類型來看，屬于高校的有10家，屬于科研機構(gòu)有4家，屬于企業(yè)的有6家。充分顯示出，地下水污染修復(fù)領(lǐng)域的頭部相關(guān)技術(shù)研發(fā)和專利申請主要是由高校和科研院所主導(dǎo)，高校院所在此領(lǐng)域積極布局，專利保護意識和技術(shù)研發(fā)實力較強，表現(xiàn)較為活躍。但在2 177項專利申請數(shù)據(jù)源中，企業(yè)共1 149家，占比52.78%；高校共651家，占比29.90%；科研機構(gòu)共299家，占比13.73%；剩余為其他申請人。可以看出企業(yè)在該領(lǐng)域?qū)＠暾堉幸脖憩F(xiàn)出積極布局的態(tài)度，但壟斷企業(yè)較少。相對而言，企業(yè)研發(fā)技術(shù)相對薄弱，還需加大研發(fā)投入，加強與高校院所合作力度，建立產(chǎn)學(xué)研鏈條，促進地下水污染修復(fù)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用。

3.3 專利申請區(qū)域分布分析

申請專利數(shù)量占據(jù)全國前10的省市區(qū)域排名見表2。由表2可知，北京、江蘇、上海是排名前3的專利申請地區(qū)，專利數(shù)量分別為488、331和244項，廣東、山東、湖北、湖南、浙江、天津、安徽緊隨其后。

表2 專利數(shù)量排名前10的省市區(qū)域分布

分析主要原因，其一，當(dāng)?shù)乜蒲袉挝欢?、科研氛圍濃厚。根?jù)全球頂級科研期刊《自然》發(fā)布增刊“2021中國自然指數(shù)”顯示，中國科研產(chǎn)出最高的10個地區(qū)為：北京、上海、江蘇、廣東、湖北、浙江、安徽、山東、天津和香港，這與本文樣本專利區(qū)域排名高度吻合。其二，北上廣、江浙、兩湖等地的環(huán)保企業(yè)較為集中，當(dāng)?shù)氐墓I(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)需求也強力推動了這些省市必須去解決地下水污染修復(fù)領(lǐng)域的技術(shù)問題，因此研究發(fā)展也相應(yīng)較快。

3.4 國民經(jīng)濟構(gòu)成分析

為落實《“十三五”國家知識產(chǎn)權(quán)保護與運用規(guī)劃》中關(guān)于“加強專利活動與經(jīng)濟效益之間的關(guān)聯(lián)評價”的要求，國家知識產(chǎn)權(quán)局制定了《國際專利分類與國民經(jīng)濟行業(yè)分類參照關(guān)系表》，建立了知識產(chǎn)權(quán)與國民經(jīng)濟各行業(yè)的映射關(guān)系，有助于從產(chǎn)業(yè)角度出發(fā)開展相關(guān)統(tǒng)計分析?；趨⒄贞P(guān)系表，可對地下水污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域的國民經(jīng)濟構(gòu)成進行分析，表3展示了本文樣本專利在各國民經(jīng)濟行業(yè)的分布情況。由表3可知，該領(lǐng)域主要集中于制造業(yè)和水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，其中C35（專用設(shè)備制造業(yè)）、C40（儀器儀表制造業(yè)）、C26（化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)）、D46（水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）和C15（酒、飲料和精制茶制造業(yè)）占據(jù)樣本專利的一半以上，由此反映出該領(lǐng)域技術(shù)對接經(jīng)濟維度，在各產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活躍情況。

表3 專利數(shù)量排名前10的行業(yè)分類

3.5 研發(fā)方向分析

國際專利分類（IPC）是目前國際通用的專利文獻分類和有效檢索方法，可以準確錨定該領(lǐng)域聚焦的研發(fā)主要方向和重點[13]。

從IPC分類來分析，相關(guān)專利主要集中在化學(xué)冶金（C類）、作業(yè)運輸（B類）、物理（G類）、固定工建筑物（E類）（見表4），可見地下水污染修復(fù)技術(shù)是領(lǐng)域交叉較為廣泛的技術(shù)。從細化的角度分析技術(shù)方向布局，發(fā)現(xiàn)C02F（水、廢水、污水或污泥的處理）是最受關(guān)注的技術(shù)方向，申請量占專利總量的50.90%；其次是B09C（污染的土壤的再生）、G01N（借助于測定材料的物理或化學(xué)性質(zhì)來測試或分析材料），分別占專利總量的22.05%、6.11%。對兩個聚集度較強的技術(shù)進一步細化，在C02F中C02F103/06（被污染的地下水或浸出液）、C02F1/28（吸附法）、C02F9/04（至少有一個化學(xué)處理步驟）、C02F3/34（以利用微生物為特征的）、C02F101/30（好氧和厭氧工藝）是重點研發(fā)方向，在B09C中B09C1/00（污染的土壤的復(fù)原）、B09C1/08（用化學(xué)方法）、B09C1/10（用微生物方法或利用酶）是重點研發(fā)方向。

表4 地下水污染修復(fù)領(lǐng)域主要技術(shù)方向

3.6 聚類分析

聚類又叫座群分析，是由若干個模式構(gòu)建的一種數(shù)據(jù)挖掘思想。專利聚類是聚類在專利文本上面的應(yīng)用，把文本處理為計算機語言的數(shù)學(xué)信息，然后在高維空間中去計算各個空間點之間的距離，再按照其遠近分成若干個簇，簇內(nèi)的距離很近，簇間的距離很遠[14]。

專利聚類分析圖可以全方位直觀地展示專利信息，針對專利文獻中包含的經(jīng)濟、科技、法律等信息進行加工并進行更深層次的解讀。如圖2可以看出，地下水污染修復(fù)領(lǐng)域技術(shù)分為5個聚族，每個聚族又各包含5個主題詞，這些主題詞的描述反映了該領(lǐng)域目前的主要研究方向和內(nèi)容，主題詞對應(yīng)面積的大小代表了該主題專利的多少。

圖2 專利聚類分析圖

如圖3顯示了排名前10位的申請人在這5個聚族的布局情況。

圖3 專利數(shù)量排名前10的申請人聚類分析圖

4 結(jié)論與建議

通過對我國地下水修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠慕y(tǒng)計，從專利公開態(tài)勢、申請機構(gòu)、申請區(qū)域分布、國民經(jīng)濟構(gòu)成和研發(fā)方向及聚類分析等多個角度討論了我國地下水修復(fù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢。整體而言，該領(lǐng)域處于蓬勃發(fā)展的階段，但存在的問題仍不容小覷。得出以下結(jié)論：在國家政策引導(dǎo)下，我國地下水修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域于2013年后開始快速發(fā)展，年公開量呈大幅增加的趨勢，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

高校院所研發(fā)能力較強，但很少與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)申請專利，產(chǎn)學(xué)研一體化程度較低，造成研發(fā)資源的浪費。國家應(yīng)制定出臺鼓勵高校院所與企業(yè)合作研發(fā)的相關(guān)政策，促進相應(yīng)領(lǐng)域技術(shù)擴散與科研成果轉(zhuǎn)化。

分類號C02F的專利申請相對較為活躍，解決的問題大多集中在成本降低、效率提高、復(fù)雜性降低和便利性提高等方面。研發(fā)機構(gòu)可針對相對較為空白的其他技術(shù)方向加強重視，拓展布局，使得該領(lǐng)域技術(shù)全面平衡多樣化發(fā)展。

我國地下水污染修復(fù)專利增長速度較快，但專利質(zhì)量有待提高。市場轉(zhuǎn)化率低，專利被引、轉(zhuǎn)化許可等數(shù)據(jù)均不高，產(chǎn)業(yè)化程度還很不足，尤其是高校院所與企業(yè)間的市場轉(zhuǎn)化程度較低。我國未來需要加強相關(guān)領(lǐng)域科技成果的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化，將“靜止的”專利有效利用起來，優(yōu)化資源配置，助推經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級。