基于全球專利布局戰略的技術預測方法及實證

欒春娟 白晶

摘要：基于專利地域性保護原則和創新主體采取的全球專利布局戰略思想，提出利用專利全球布局數據進行技術預測的新思路。選擇2015—2019年的專利數據及其全球專利戰略布局數據，設計了技術預測模型；并選擇全球輻射能技術進行了實證分析。研究發現，在未來的輻射能領域全球競爭中，美國將占有更大的優勢；日本的優勢明顯下降。與當前階段相比較，在未來階段主要創新主體的變化比較明顯，尤其是LG電子公司值得高度關注。無論從國家層面還是從創新機構層面，中國都需要加強專利的全球布局戰略，提升技術創新的國際競爭實力。本研究在理論和方法層面，為產業技術預測提供了新的思路和方法；在實踐層面，對我們全面把握全球輻射能技術創新的當前狀況和未來趨勢、更好地部署能源產業發展戰略，具有重要的現實意義。

關鍵詞：技術預測；專利布局；輻射能技術；專利擴展家族

中圖分類號：G306；N18文獻標識碼： ADOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2021.01.006

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

0引言

本研究旨在探索一種基于專利全球布局戰略的技術預測方法。依據專利保護地域性原則，創新主體欲將其創新產品打入國際市場之前，總是搶先在目標國家/地區布局保護其創新產品和發明技術的專利。基于專利地域性保護理論和創新主體采取的全球專利布局戰略，我們提出利用專利全球布局數據進行技術預測的新思路。

現有的運用專利數據進行的技術預測研究，常常是利用單一類型的專利申請、專利授權或專利引證數據進行的[1-2]，不能很好地揭示技術未來的發展趨勢和競爭態勢。本研究擬基于專利全球布局的戰略思想[3-4]，選取輻射能技術領域的當前專利數據代表當前技術，該數據的擴展家族專利數據作為全球專利戰略布局的數據，代表未來技術競爭趨勢，進行技術預測方法的探索與實證研究。在構建技術預測理論模型與分析框架的基礎上，實證分析輻射能未來技術競爭態勢和創新發展前景，對其進行技術預測分析。

輻射能作為太陽輻射釋放的能量，是地球上重要的能量來源之一。科學研究已經證實，地球從太陽截獲的能量遠遠超過全球能源每年消耗的總量[5]。雖然每秒到達地球的太陽能只占太陽能總量的極其微小一部分，大約為22億分之一，但卻相對于全球一年總發電量的86000倍之多[6-7]。輻射能一直是學者們關注的重點能源技術領域[8-9]。本研究將選擇全球能源產業技術創新領先、擁有美國專利數量最多的輻射能領域，分析主要國家/地區和主要創新機構的未來競爭態勢，以及該領域技術的前沿熱點主題，以期為我國能源產業的創新發展、尤其是輻射能領域的技術創新和戰略部署提供決策支撐。

本研究數據來源于美國專利商標局（United States Patent and Trademark Office，USPTO），我們選擇申請日期為檢索條件，選擇最近五年（2015年1月1日至2019年12月31日）輻射能領域的17351個專利家族條目作為代表輻射能當前技術創新的基礎數據；擴展家族（extended family expansion）135925項專利數據作為基礎數據的全球專利戰略布局數據，作為本研究的技術預測數據。依據構建的理論模型，預測全球輻射能未來技術創新發展的國家、機構競爭態勢和前沿熱點主題，以期為我國輻射能領域的技術創新提供決策支撐。本研究在理論和方法層面，為產業技術預測提供了新的思路和方法；在實踐層面，對我們全面把握全球輻射能技術創新的當前狀況和未來趨勢、更好地部署能源產業發展戰略，具有重要的現實意義。

1國內外相關研究進展

1.1關于技術預測方法的研究

國內外關于技術預測方法的研究主要經歷了由定性到定量、由單一方法向多元方法轉化的歷程[10]。早期學者們主要采用以德爾菲法為主的定性方法進行技術預測，即由調查者擬定與技術發展有關的調查問卷，并向專家組發放，然后由專家組成員背靠背交換意見，經過兩輪的重復反饋，專家組成員的意見會趨于統一[11]。后續有學者在此基礎上加入其它方法進行改進，使得技術預測結果更具科學性。如徐磊[12]將德爾菲法與技術路線圖相對接，不僅實現了對未來技術發展的預測，而且囊括了對未來社會發展愿景的描繪；Tang等[13]把德爾菲法與層次分析法相結合，預測了太陽能電池產業鏈中相關技術的發展空間。這些新方法雖然較之原來有了一定的改善，但定性方法本身所具有的參考點效應和證實性偏差始終無法消除，這也會使預測的準確性和可靠性處于較低的水平[14]。

隨著科學技術的快速發展，我們所能獲取到的資源和數據越來越廣泛，利用數據驅動來定量進行技術預測的方法逐漸被人們發掘和應用[15]。專利數據因其代表性、規范性和可得性成為技術預測研究中最常利用的數據[16-17]。基于專利數據進行技術預測的研究可分為五種類型：第一類是以技術生命周期理論為基礎，結合專利數量特征進行技術預測。如趙莉曉[18]應用技術生命周期理論和Logistic模型，以專利申請數量為基礎對RFID技術進行了技術預測研究；Chen等[19]利用專利累積數量構建了氫能源和燃料電池技術的Logistic增長曲線模型，通過技術所處階段來預測技術發展趨勢；第二類是以可量化的專利相關指標為基礎，通過專利情報分析來進行專利預測。如袁冰等[20]通過專利情報分析對中關村的技術發展進行了研究；王旭超等[21]借助專利申請人、發明人、技術領域、技術類型和法律狀態等信息，揭示了吉林省汽車電子技術的現狀和發展趨勢，并且對以后的發展路線進行了預測；第三類是將社會網絡分析方法引入技術預測領域，利用專利引文關系構建知識網絡或知識圖譜。如翟東升等[22]利用專利間的引用關系，構建IPC引用網絡，并以此為基礎訓練基于SVM的未來鏈接預測模型；邵黎明等[23]創建了領域知識圖譜，然后對專利文獻賦予標簽，基于專利文獻標簽之間的網絡圖進行新興技術預測；張振剛等[24]構建了納米技術領域的知識網絡，基于對專利知識結構特征的聚類分析挖掘出納米技術研究的熱門領域和發展趨勢；第四類是利用數據挖掘技術對專利文本進行研究，從而進行技術預測。如Lee等[25]從信息與通信技術領域的專利數據摘要文本中提取出關鍵詞并進行網絡分析，為基于信息技術的醫療保健行業的發展提供了一定的參考；王效岳等[26]利用文本數據挖掘技術對納米技術在能源領域的應用進行實證研究，有效地實現了技術預測，并降低了技術預測結果的風險性；Leonid Gokhberg等[27]將機器學習與文本挖掘技術相結合，對俄羅斯的石油和天然氣開采技術進行了預測，并指出了其發展趨勢；第五類是上述方法的綜合運用。如Liliana等[28]運用專利計量分析、文本挖掘和專家調查等方法研究了俄羅斯和全球可再生能源行業相關技術的發展趨勢，并提出了相應的建議。

1.2關于專利布局的研究

國內外有關專利布局的研究主要可分為以下四種類型，第一類是專利布局的模式和策略研究。專利布局的模式最早由瑞典學者Granstrand Ove[29]于1999年提出，主要包括特定的阻絕與規避設計、策略型專利、地毯式專利布局、專利圍墻、包繞式專利布局和組合式專利布局六種。后續有學者針對具體的企業或行業展開研究，如趙夢瑤等[30]提出了一套基于應用的專利布局模式，設置了具體的專利布局流程，并以某公司為例進行了實證研究；田小楚等[31]以區域專利布局系數為參照，對我國中醫藥產業的專利布局模式進行了研究。第二類是針對某一產業或技術領域的全球專利布局研究。較為常見的有醫藥領域[32-33]、太陽能汽車技術產業[34]、乳制品產業[35]、人工智能技術領域[36]和衛星導航領域[37]。第三類是基于時間維度的專利布局動態演化研究。如馬榮康[38]采用馬爾可夫鏈分析方法，從IPC小類層面對中外專利布局的演變特征進行了比較分析；陳會英等[39]運用社會網絡分析方法對我國海外專利布局網絡演化特征進行了研究。第四類是針對專利布局的實施工具——專利組合的研究。如Kogler等[40]利用專利地圖對城市專利組合進行研究，為政策制定者和利益相關者提供了一定的參考；Zhang等[41]構建了一種基于多指標的混合相似性測度方法來分析專利組合，以中國醫療器械行業的企業技術相似性為例進行了實證研究；Li Shuying等[42]構建了一套專利組合分析方法，在綜合考慮技術領域和專利家族組合的基礎上分配組合策略，從而發現潛在的專利布局機會，制定科學的規劃策略。

1.3評述

通過對前人的研究進行回顧，我們發現以往對于技術預測的研究多以某一國家或地區的專利數據作為基礎，其結果所反映的也只是該技術在特定國家或地區的發展趨勢。這樣的研究無論在理論上還是實際運用中都具有一定的局限性。基于專利擴展家族數據所進行的全球專利布局研究為技術預測提供了一個新的思路。本研究將基于專利布局設計一種適用性更廣的技術預測方法，并以“輻射能”領域為例進行實證研究，從而為技術創新發展中的決策提供支撐。

2理論與方法

2.1專利布局理論

專利布局是專利戰略的一個重要組成部分。專利布局包括空間布局、時間布局、技術布局等多個維度，不同維度的專利布局常常交織在一起。專利的空間布局[4，43]，是指發明創新申請專利保護的不同國家和地區，這主要是基于專利保護地域性理論而采取的專利布局戰略。專利的時間布局[44-45]，是指在什么時間申請哪些專利，主要針對的是專利申請與授權的新穎性理論。專利的技術布局[41，46]，是指申請專利保護的技術方案范圍大小、以及針對的具體創新產品等而實施的專利布局戰略。本研究中的全球專利布局主要是指專利的空間布局，其中也會涉及到時間布局和技術布局。本研究的理論框架如圖1所示。

2.2技術預測方法：基于全球專利布局戰略視角

主要國家/地區當前與未來競爭態勢的分析，我們選擇發明者來源國家/地區（inventor location）專利占比指標，從宏觀層面分析輻射能技術創新的國家/地區競爭態勢。發明者是專利技術創新成果的直接創造者[47]，對當前專利發明者來源地域的分析可以揭示某一產業技術的全球競爭態勢；對擴展家族專利發明者來源地域的分析可以幫助我們預測技術創新的未來競爭態勢。進一步以創新指數INPADOC占比代表主要國家/地區當前技術創新競爭態勢；其中INPADOC是指，“INternational PAtent DOCumentation”家族（INPADOC family）[48]，這是經過歐洲專利局處理的全球專利數據，為了避免重復，每個家族只保留一個代表性的專利文件（One representative per INPADOC family）。以布局指數，即擴展家族（extended family expansion，EFE）專利數量占比，代表主要國家/地區專利全球布局狀況，反映了未來技術競爭態勢。

選擇將綜合技術實力與綜合經濟實力相結合的、四象限分析模型對創新機構的當前競爭優勢和未來競爭態勢進行分析和預測[49]。圖2中的橫軸代表創新主體的綜合技術實力（vision軸/愿景軸）；縱軸代表創新機構的綜合經濟實力（resource軸/資源軸）。氣泡大小代表創新機構所擁有專利數量的多少，顏色深淺代表不同的創新主體。

針對特定的檢索結果集，代表創新主體的每個氣泡在四象限圖譜中的位置是確定的，在Innography系統中，每個氣泡的位置依據其技術實力和經濟實力的綜合得分而得以確定[49]。經濟實力的綜合得分主要考慮了創新主體的總收入、訴訟專利數量和全球專利布局數量，這三項各占三分之一；技術實力的得分主要考慮了創新主體的專利組合規模、專利分類代碼數量規模和專利引證情況，這三項各占三分之一。位于第一象限的創新主體被認為是行業的領跑者，其同時擁有比較強大的技術實力和經濟實力，在產業技術競爭中占有絕對的優勢。位于第二象限的創新主體是潛在購買方，其擁有較強的經濟實力但技術實力明顯不足，有可能成為專利技術的被許可方或受讓者。位于第三象限的創新主體被稱為仿效者，其可能是最新加入者，也可能是中小企業者，其技術實力與經濟實力都沒有優勢，有待加強和提升。第四象限的創新主體被認為是潛在銷售者，由于其技術實力比較強，可能成為技術許可方或轉讓方；若其通過技術許可或轉讓交易獲得了足夠的資金，則很快會進入第一象限成為領跑者。

2.3數據來源

本研究輻射能技術領域專利數據來源于全球專利在線檢索及分析工具、專業知識產權服務平臺Innography[50]。該平臺的數據源包括專利、公司、財務、市場、訴訟、商標、科技文獻、標準等數據，并進行關聯分析。由于美國是世界科技創新領先的國家[51-52]，選擇美國專利商標局作為專利受理和授權機構，獲取其公布的專利數據與專利擴展家族數據，作為本研究的數據來源。選擇專利申請日和發明專利為檢索條件，第一步，獲取了2015年1月1日至2019年12月31日17351個專利家族（INPADOC）條目作為代表輻射能當前技術創新的專利數據。第二步，獲取17351個數據的擴展家族135925個專利條目，作為預測未來競爭態勢的全球專利戰略布局數據。數據檢索日期為2020年2月20日。

3實證分析：輻射能為例

3.1主要國家/地區當前與未來競爭態勢分析

選擇發明者來源國家/地區專利占比指標來測量主要國家/地區當前與未來競爭態勢。主要國家/地區當前專利占比代表了當前的技術創新發展狀況和競爭態勢；全球布局的專利占比代表了未來競爭態勢。表1列出了輻射能技術領域主要國家/地區專利占比。INPADOC占比，代表的是當前的創新指數，反映的是主要國家/地區當前技術創新競爭態勢。未來布局指數，即EFE占比，反映的是主要國家/地區專利全球布局狀況和未來技術競爭態勢。

表1顯示，輻射能技術領域主要國家/地區當前與未來技術競爭態勢相比較，就排序而言，前六位的順序沒有發生變化，但專利占比卻發生了較大的變化。美國由30%左右上升為40%左右，說明美國在未來的全球輻射能技術競爭市場將占有更大的份額和競爭優勢。日本由30%左右下降為20%左右，揭示了日本在輻射能技術領域未來市場競爭優勢變弱了。排名第三至第六位的依次為韓國、德國、中國和中國臺灣，這四個國家/地區的專利占比變化都不是很明顯，韓國略微上升，德國、中國和中國臺灣有所下降。

3.2主要創新機構當前與未來競爭態勢分析

通過Innography系統[49]分別計算出主要創新主體當前和未來的技術實力與經濟實力數值，即愿景軸和資源軸數值。表2列出了當前和未來階段的前20創新主體的技術實力競爭優勢和經濟實力競爭優勢、主要創新主體未來競爭優勢相對于當前競爭態勢的位次變化、技術實力變化和經濟實力變化的具體狀況。

表2顯示，主要創新主體在當前和未來階段的變化還是比較明顯的。當前階段排名第一的佳能公司，在未來階段下降為第三位，其技術實力和經濟實力分別都下降了。當前階段排名第二位的三星電子公司，未來階段下降為第四位，雖然其經濟實力有所上升，但在未來新的競爭環境下，其綜合競爭實力下降了。特別值得關注的是LG電子公司，其未出現在當前排名前20位的主要創新主體中，但它卻在未來競爭態勢中排名第一位，這與LG電子公司近些年大力推進太陽能發電設備領域的技術創新密切相關[53]。該公司在全球布局了大量的輻射能領域的專利，并且其技術實力和經濟實力的其他方面也都具有比較強的競爭優勢。另一值得關注的公司是荷蘭的阿斯麥控股公司（ASML Holding N.V.），同樣，它不是當前競爭中的前20位創新主體，但它卻在未來競爭中處于第六位這樣比較優越的競爭位置。阿斯麥控股公司是全球最大的半導體設備制造商之一，向全球復雜集成電路生產企業提供領先的綜合性關鍵設備，其為半導體生產商提供光刻機及相關服務，TWINSCAN系列是目前世界上精度最高、生產效率最高、應用最為廣泛的高端光刻機型[54-55]。圖3和圖4以四象限圖譜形式更形象地展示了前20位創新主體在當前和未來階段競爭優勢的變化。

圖3和圖4以四象限圖譜形式，比較形象地展示了全球輻射能技術當前的技術創新和未來的技術競爭態勢。當前階段，三星電子公司（Samsung Electronic Co. Ltd.）位于四象限圖譜的橫軸上，說明其具有較強的技術競爭優勢，但資源競爭優勢不足；通用電氣公司（General Electronic Company）位于縱軸上，說明其經濟實力比較強，但技術實力不足。未來階段，LG電子公司（LG Electronic Inc.）、索尼公司（Sony Corporation）和三星電子公司（Samsung Electronic Co. Ltd.）三個創新主體位于第一象限“領跑者”隊伍，說明其同時具有較強的綜合技術實力和綜合經濟實力。

3.3前沿熱點主題分析

我們選取擴展家族專利數據135925個條目專利數據，采用文本聚類技術[50]，以地形圖可視化主題詞圖譜形式，展示了輻射能技術的前沿熱點主題（圖5）。運用“文獻聚類”（Document Cluster）選項，將專利文獻劃分為不同的小組，同一小組的專利文獻包含著共同的技術主題。技術主題一致或比較接近的專利文獻，會分布于地形圖上的同一區域或較近區域。區域中山峰的海拔高度代表了特定技術主題專利文獻的密度大小，密度越大，海拔越高，創新主體在該主題的專利布局越集中。

圖5顯示，半導體器件（semiconductor device）及相關技術、光電轉換（photoelectric conversion）/采光技術（light receiving）、特征圖譜（feature map）/X射線探測儀（X-ray detector）、環形諧振器（ring resonator）/波長轉換技術（wavelength conversion）、成像技術（imaging system）和激光裝置（laser device）/質譜儀相關技術（mass spectrometer）等，是未來輻射能技術發展的主要熱點領域。以半導體器件及相關技術為例，自20世紀60年代開始，半導體器件就被大規模用于以發電、變電、輸電為代表的電力領域。近年來，隨著4C（通信、計算機、消費電子、汽車）產業的蓬勃發展，集成化、智能化的新型半導體器件又被廣泛用于以電源管理應用為代表的電子領域。在4G/ 5G移動通信、雷達探測、軌道交通、光伏發電、半導體照明、高壓輸變電等應用領域不斷發展的今天，半導體器件已成為全球多個國家的產業化熱點[56]。在未來，半導體器件及相關技術還將推動包括環保型新能源、人工智能和汽車電子等多個領域的發展。光電轉換技術是利用半導體的光伏效應，將光能轉換為電能的技術[57]。這種技術可以將太陽能充分利用起來，為解決能源可再生和全球能源結構的調整提供了一種可行的方法，將作為全球未來新能源的重要發展方向。環形諧振器因其在傳感領域的重要作用，近年來受到國內外學者的持續關注[58-59]。質譜儀作為應用廣泛的分析科學儀器，在材料科學、生命科學、環境監測、醫療衛生和載人航天等領域都具有不可替代的作用[60]，在未來也將持續被人們所關注。

4結論與啟示

本研究的創新之處在于，基于專利保護地域性理論和全球專利布局戰略的思想，選擇2015—2019年的專利數據及其全球專利戰略布局數據，設計了技術預測模型；并選擇全球輻射能技術領域進行了實證分析。以當前與未來的專利占比，對主要國家/地區當前與未來競爭態勢進行了分析和預測；基于技術實力與經濟實力的綜合指標，選擇四象限分析模型，對全球輻射能技術領域主要創新機構的當前競爭態勢和未來競爭趨勢進行了分析與預測。并對輻射能技術領域的前沿熱點主題進行了可視化分析。

研究發現，全球輻射能技術領域當前的技術創新與未來的競爭態勢，在主要國家/地區層面，前六位的順序沒有發生變化，但專利占比卻發生了較大的變化。美國上升趨勢明顯；日本下降趨勢明顯；韓國、德國、中國和中國臺灣，變化不明顯。在創新機構層面，主要創新主體在當前和未來階段的變化比較明顯。當前階段排名第一的佳能公司，在未來階段下降為第三位，其技術實力和經濟實力分別都下降了。特別值得關注的是LG電子公司，其不是當前階段前20強的創新機構但卻是未來階段的第一名；另外，荷蘭的阿斯麥公司也不是當前階段前20強的創新主體，但卻是未來階段的第六位。輻射能技術領域的前沿熱點主題主要有半導體器件、光電轉換、采光技術、特征圖譜、X射線探測儀和激光裝置/質譜儀相關技術等。

輻射能作為能源產業最重要的技術創新領域，一直以來是世界上主要國家/地區和主要創新主體加大研發投入和加強專利布局的重點領域[61-62]。輻射能技術領域的創新發展，對中國政府實現“能源革命”的戰略目標和實現能源產業升級換代，具有重要的現實意義。雖然中國在全球的當前技術創新態勢和未來技術競爭趨勢都位于第五位，但其專利占比卻比較低，而且未來階段相對于當前階段還有所下降。中國政府需要重視專利的全球布局，提升在未來全球能源產業技術競爭中的國際競爭實力。就主要創新主體而言，中國的京東方科技集團公司列于當前階段前20強的創新機構，但在未來階段，卻沒有中國大陸的創新主體出現。因此，無論從國家層面還是從創新機構層面，中國都需要加強專利的全球布局戰略，提升國際競爭能力。

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Technical Forecasting Method Based on Global Patent Layout Strategy and Empirical Research：A Case Study of Global Radiant Energy Technology

LUAN Chunjuan1，BAI Jing2

（1.School of Intellectual Property， Dalian University of Technology， Panjin 124221， China；2.School of Business， Dalian University of Technology， Panjin 124221， China）

Abstract： We propose a new method of technical forecasting by using patent global layout data based on the principle of regional patent protection and the strategic idea of global patent layout adopted by the innovative subjects. We select the patent data of the last five years （2015—2019） and the data of global patent strategy layout， and design a technical forecasting model， and do empirical analysis in the field of global radiant energy technology. It is found that the United States will have a greater advantage in the future global competition in the field of radiant energy. The advantage of the Japanese has declined markedly. The major innovative subjects in the future stage will change significantly comparing with the current stage， especially LG electronics deserves high attention. China needs to strengthen the global layout strategy of patents and enhance the international competitiveness of technological innovation no matter from the national level or from the level of innovation institutions. This study provides a new way of theory and method for industrial technical forecasting from the theoretical and methodological aspects. In practice， it is of great practical significance for us to fully grasp the current situation and future trend of global radiant energy technology innovation and better deploy the development strategy of energy industry.

Keywords： technical forecasting；patent layout；radiant energy technology； patent extension family