顛覆性技術發展演化規律研究

收稿日期：2023-07-31 修回日期：2023-11-17

基金項目：國家社會科學基金青年項目（2021-SKJJ-C-086）；國家社會科學基金一般項目（19BGL037）

作者簡介：梁江海（1988-），男，廣西扶綏人，博士，國防科技大學國防科技戰略研究智庫副研究員，研究方向為科技戰略；劉書雷（1979-），男，河南鄧州人，博士，國防科技大學國防科技戰略研究智庫研究員，研究方向為科技戰略；吳集（1977-），男，廣西崇左人，博士，國防科技大學國防科技戰略研究智庫副研究員，研究方向為科技戰略；楊筱（1985-），女，陜西興平人，博士，國防科技大學國防科技戰略研究智庫副研究員，研究方向為科技戰略。

摘 要：掌握顛覆性技術發展演化規律是開展顛覆性技術識別、評估、預見的重要前提。采用典型顛覆性技術案例，基于學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目等數據信息，從基礎理論、創新研發、科技政策3個方面構建論文發表數量生長率、論文引用數量生長率、論文被引數量生長率、專利申請數量生長率、專利引用數量生長率、專利被引用數量生長率、國家自然科學基金項目經費生長率7個維度的顛覆性技術評價指標體系；利用上述開源數據提取顛覆性技術發展各指標，結合顛覆性技術發展標志性事件，綜合使用單源數據指標分析、多源數據指標融合、“客觀數據+歷史事件”耦合等方法揭示顛覆性技術發展演化規律。以GPS技術為案例進行實證分析，結果表明市場需求、基礎理論、創新研發、科技政策是影響顛覆性技術發展演化的重要因素，市場需求是顛覆性技術形成和發展的原動力，基礎理論是顛覆性技術形成和發展的源動力，創新研發是顛覆性技術形成和發展的核心推動力，科技政策是顛覆性技術形成和發展的助催劑。其中，創新研發中的技術應用對顛覆性技術發展的影響作用最顯著。

關鍵詞：顛覆性技術；技術演化規律；技術識別；GPS技術

DOI：10.6049/kjjbydc.2023070754

開放科學（資源服務）標識碼（OSID） 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G301

文獻標識碼：A

文章編號：1001-7348（2024）19-0001-13

0 引言

顛覆性技術概念產生于20世紀90年代，但具有顛覆性影響的技術由來已久。科技發展史上，火炮、無線電、飛機、真空電子管、雷達、數字計算機、全球定位系統（Global Positioning System， GPS）、互聯網等［1］顛覆性技術的出現改變了人類生產生活方式，加速推動全球科技發展。實踐經驗表明，誰及時抓住顛覆性技術創新機遇，誰就能贏得發展先機。當前，各主要國家均將顛覆性技術發展作為大國博弈的重要抓手，高度重視推動高投入、高風險、高回報的顛覆性技術創新，以搶占新科技革命的戰略制高點。2018年3月，習近平總書記在十三屆全國人大一次會議解放軍和武警部隊代表團全體會議上的重要講話中指出，要“高度重視戰略前沿技術特別是顛覆性技術的發展，加強前瞻性、先導性、探索性、顛覆性的重大技術研究和新概念研究”。我國亟待建立完善顛覆性技術“發現—遴選—培育”體制機制，重點挖掘和發現一批顛覆性技術，提高顛覆性技術發展質量和供給效率，促進科技創新驅動發展、國家綜合實力提升，助力實現高水平科技自立自強。

掌握顛覆性技術發展演化規律是準確發現、遴選、培育顛覆性技術的前提和基礎。GPS技術作為上世紀50年代以來典型的顛覆性技術，歷經技術生命周期萌芽期、發展期、成熟期［2-3］，正處于大規模應用階段，經歷的技術發展階段相對完整。同時，GPS技術是在數字計算機出現之后形成和發展的，其學術論文、技術專利、科技政策等相關數據信息利用數字計算機進行存儲，相關數據比較完備、易于獲取。因此，本文以GPS技術為實證案例，構建基于學術論文、技術專利、科技政策數據的顛覆性技術發展評價指標體系，挖掘這些數據指標在顛覆性技術各發展階段的變化規律，建立市場需求、基礎理論、創新研發、科技政策與顛覆性技術發展關聯分析框架，探討相關因素與顛覆性技術發展之間的互動影響關系，揭示顛覆性技術發展演化規律。

1 文獻綜述

顛覆性技術概念最早由哈佛商學院Christensen教授［4］于1995年提出。這一概念被引入軍事領域后，顛覆性技術被賦予特殊含義，美國國家科學基金會［5］、美國國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）［6］、美國國防研究與工程署［7］、新美國安全中心（Center for a New American Security，CNAS）［8］及德國弗朗恩霍夫協會［9］等機構分別對顛覆性技術進行了界定?？傮w而言，目前顛覆性技術尚無統一定義，不同應用領域、不同視角和不同關注點對顛覆性技術概念有不同的界定和表述。蘇成等［10］從多維視角對顛覆性技術進行分析，認為顛覆性技術是指通過新科技突破、技術顛覆性創新組合或技術顛覆性創新應用，突破傳統或主流技術、產品、商業思維和路線，對已有技術、產品、商業模式、工藝流程、設計方法等進行革新，改變原有技術、產品、市場發展軌道，逐步取代目前主流技術、主流產品，完成技術替代、市場替代和產業替代，并重塑產業格局、生產方式、商業模式、生活方式、戰爭規則甚至推動全球經濟、社會、軍事等的革命性技術。筆者認為，顛覆性技術是指以科學技術的新原理、新組合和新應用為基礎，顛覆傳統或主流技術范式和路線，開辟全新技術軌道，對傳統或主流技術、原有技術應用模式等產生革命性影響，能夠改變“游戲規則”的戰略性創新技術。它一般以市場需求為牽引，以顛覆性創新思路解決重大科技問題，主要來源于基礎理論研究和技術研發重大突破，是對已有科學技術跨學科跨領域創新應用以及已有技術綜合集成產生的顛覆性應用。因此，顛覆性技術發展與市場需求、基礎理論、創新研發、政策環境等密不可分。

Christensen等［4］認為，顛覆性技術是市場資源依賴與技術發展相互作用的結果；Chandy等［11］指出創新者自我替代意愿是區分顛覆性創新者與其它創新者的根本標志；黃海洋等［12］認為，顛覆性創新對技術先進性和復雜性要求不高，通常是對現有技術的組合，并且顛覆性技術起源于主流市場性能過剩；Danneels［13］指出，顛覆性技術是一種通過改變企業競爭性績效指標實現企業競爭基礎變化的技術；Ganguly等［14］認為，顛覆性技術既有可能是對現有技術的組合，也有可能是一種全新技術，并分析技術產生顛覆性影響的基本過程；高俊峰［15］以TD-SCDMA技術演化為例，剖析新興技術演化過程，揭示政府政策在各演化階段的作用機理；陳玉怡［16］認為，顛覆性技術具有誘導性和突變性特征，實質上是新技術代替舊技術的創新擴散過程，是技術創新者和技術接納者博弈的過程；蘇敬勤等［17］基于技術軌道理論建立顛覆性技術演化分析框架，分析智能手機技術顛覆傳統手機技術的過程，利用專利數據相關特征的JΛL型曲線揭示顛覆性技術演化軌跡；儲節旺等［18］運用專利分析方法和主題模型分析顛覆性技術整體演化路徑，把握技術發展整體態勢，利用后離散方法分析前沿技術熱點；李乾瑞等（2021）基于專利數據，以技術融合性、新穎性、擴張性和影響力為測量指標，采用熵權法和模糊一致性矩陣方法構建顛覆性技術識別模型，通過增材制造、量子通信、光纖通信、智能手機、傳統手機不同發展階段對比分析驗證模型的有效性，但該模型僅從創新研發角度展開分析，未考慮市場需求、基礎理論、科技政策等影響因素。上述研究采用定性分析方法或專利分析方法探究顛覆性技術演化發展規律，易受專家主觀因素的影響，專利數據所提供的信息不夠全面，可能影響研究結果的準確性。

近年來，顛覆性技術研究正從定性分析、單一類型數據分析逐步演變為多源數據分析，研究人員愈發注重學術論文、技術專利、新聞報道、科研項目、科技政策等數據的綜合使用。蘇鵬等［19］回溯分析液晶技術、數碼相機和即時通訊 3 個典型歷史案例，從宏觀層面總結出創造性、覆蓋性、替代性、異軌性和抵抗性5個顛覆性技術特征；白光祖等［20］基于核心論文和技術專利相互引用情況，分析技術領域知識突變特征，挖掘潛在顛覆性技術方向，利用Fisher-Pry模型研判技術成熟度和發展階段，由此識別顛覆性技術；Li等［21］基于學術論文和技術專利兩種數據，以鈣鈦礦太陽能電池技術為例，綜合運用文本挖掘和專家研判等方法探析技術發展演化路徑，利用科技差距特征預測技術發展趨勢；曹陽春等［22］采用跨案例實證分析方法研究顛覆性技術演進特征，提煉出創造性、異軌性和迭代性等共性特征以及價值主張、價值路線和價值檢驗等差異化特征；龐弘燊等［23］通過構建科學—技術多源數據、多特征項共現分析模型，系統分析前沿技術之間的關聯關系；趙格［24］綜合運用學術論文、技術專利和新聞報道等數據，從不同角度分析技術發展特征，采用文本分類、文本聚類、分層分析等方法處理多源異構數據，識別關鍵技術方向，并以技術專利3年引用率、專利平均獨立權利要求和學術論文數量增長率為指標分析技術的顛覆性；譚曉等［25］通過構建科學—技術—市場模型，從技術演進角度分析人工智能技術主題關聯網絡和相關政策，挖掘技術顛覆性特征。綜上所述，當前基于多源數據分析的顛覆性技術發展規律研究多采用主題變化分析，定量分析較少，缺乏 “客觀數據+歷史事件”關聯耦合和關聯因素互動的深入探討。本文借鑒馮瑾毅等［26］的多源數據融合分析思路，將學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目作為考察數據，構建顛覆性技術發展演化評價指標體系，采用變異系數法進行多源數據融合分析，通過“客觀數據+歷史事件”關聯耦合探析顛覆性技術發展演化規律。

2 方法設計

學術論文和技術專利是表征科技創新產出的重要指標，科技政策是促進科技創新發展的重要外部因素［27］。顛覆性技術作為一類備受關注的技術，其創新發展伴隨著大量學術論文、技術專利和科技政策，它們在顛覆性技術不同發展階段呈現出不同特點。學術論文是理論研究成果的重要承載形式，當科學研究產生重要發現時，通常會以學術論文形式發表、傳播和共享。研究表明，基礎研究是顛覆性技術孕育發展的主要來源。以學術論文數據為基礎開展歷史回溯和歸納分析，有助于從基礎理論發展角度剖析顛覆性技術發展演化規律。技術專利代表最新技術研發成果，是顛覆性技術發展和應用落地的重要載體。相關研究表明，技術專利與創新研發緊密聯系，可將其作為衡量技術創新研發的重要指標。對技術專利數據進行歷史回溯和歸納分析，有助于從技術創新研發角度把握顛覆性技術發展規律?？萍颊叻从硣覍茖W技術應用發展的支持程度。項目經費投入是反映科技政策的重要指標，其中國家自然科學基金項目是體現國家意志、落實國家重大科技計劃、推動關鍵領域科技創新的重要政策工具［26］。

綜上所述，學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目數據是研究顛覆性技術發展演化規律的重要數據源。通過建立學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目3種數據指標與顛覆性技術發展之間的耦合互動關系，可為科學把握顛覆性技術發展演化規律提供有力支撐?；诖?，本文以學術論文、技術專利和國家自然科學基金項目為主要考察數據，探析顛覆性技術發展演化規律。

不同時期數據對顛覆性技術發展的推動作用不同。顛覆性技術早期學術論文或技術專利對技術發展的推動作用和后期學術論文或技術專利對技術發展的推動作用不同；且受通貨膨脹的影響，基金項目經費的貨幣價值（代表科技政策影響力）也會隨著時間變化而發生改變。一般而言，在同一研發周期內，科技政策、貨幣價值等因素變化不大，等量學術論文或技術專利對技術發展的推動作用也基本相同，即同一研發周期內，同類型等量數據對技術發展的推動作用基本相同。因此，利用同一研發周期內同類型數據進行歸一化分析，可在一定程度上消除不同發展階段數據作用的差異?？紤]到技術研發突破、政策實施效果發揮的一般周期為5年［27］，故本文以5年為對比周期，使用5年生長率（所在年度總量與鄰近5年內總量之比）定義相關指標。

2.1 指標構建

部分研究人員從學術論文、技術專利、宏觀政策等視角研究顛覆性技術發展演化特征［28］。Ahmadpoor等［29］研究發現，參考學術論文的技術專利影響力往往較大，被技術專利引用的學術論文被引頻次也更高；蘇敬勤等［18］、白光祖等［20］采用專利數量、專利引用數量、技術3年生長率、專利引用率、專利引用次數、文獻引用關系構建評價指標體系，基于JΛL型曲線、Fisher-Pry模型分析顛覆性技術發展軌跡；梁鎮濤等［30］基于技術專利和學術論文數據分析專利顛覆性、技術特性及“科學—技術”知識關聯度，采用機器學習建模預測方法測度技術顛覆性，并對半導體器件、電數字數據處理領域高顛覆性專利進行預測；王英等［31］綜合使用學術論文和技術專利數據，采用學術論文分布、學術論文和技術專利引用數量分析數字孿生技術發展特征；Hahn等［32］、欒恩杰等［33］、Guo等［34］、馮瑾毅［26］從技術突破性、技術可實現性、市場實現可能性、市場動態、宏觀政策和外部環境等方面構建顛覆性技術分析框架，研究3D打印、航空航天、AR/VR、人工智能等顛覆性技術發展特征；許海云等［35］以知識網絡結構為視角，構建科學、技術、產業知識網絡體系，分析顛覆性技術在科學—技術—產業之間的互動模式。

基于上述研究，本文從基礎理論、創新研發、科技政策3個方面構建由論文發表數量生長率、論文引用數量生長率、論文被引數量生長率、專利申請數量生長率、專利引用數量生長率、專利被引用數量生長率、國家自然科學基金項目經費生長率7個維度組成的顛覆性技術發展評價指標體系。

（1）論文發表數量生長率?？茖W理論突破是顛覆性技術的基礎來源。當科學研究人員取得基礎理論突破時一般會以學術論文的形式發表，學術論文發表數量將出現增長；隨著基礎理論的不斷突破，論文數量生長率可能會出現爆發點，顯現出“質變”特征。因此，將論文發表數量生長率作為基礎理論研究指標之一，可分析某一技術領域的基礎理論突破程度。本文將論文發表數量生長率定義為某一技術領域當前年度論文發表數量與鄰近5年內論文發表數量之比，公式如下：

GRNa，i=Nai∑it=i－4Nat（1）

其中，Nai表示年度i該領域論文發表數量；GRNa，i表示該領域基礎理論研究突破程度。年度i該領域論文發表數量越多，則其與鄰近5年內論文發表數量之比就越大。即GRNa，i值越大，該領域理論突破程度越高。反之，GRNa，i值越小，該領域理論突破程度越低。

（2）論文引用數量生長率。顛覆性技術有可能來源于已有科學理論跨學科、跨領域創新應用，也有可能源于已有科學理論的組合運用，表現為科學理論的新應用，因此科學理論的新應用通常具有顛覆性潛力。學術論文引用現有學術論文產生新理論是科學理論新應用的重要表現形式。因此，將論文引用數量生長率作為基礎理論研究指標之一，用以分析某一技術領域的科學理論新應用情況，評估理論顛覆性潛力。本文將論文引用數量生長率定義為某一技術領域當前年度發表論文引用數量與鄰近5年內發表論文引用數量之比，計算公式如下：

GRCe，i=Cei∑it=i－4Cet（2）

其中，Cei表示年度i該技術領域發表論文的引用數量，GRCe，i反映技術理論融合程度。GRCe，i值越大，該技術對現有理論創新組合的力度越強，該領域理論顛覆性潛力也就越大。相反，GRCe，i值越小，該技術領域理論顛覆性潛力較小。

（3）論文被引數量生長率。顛覆性技術具有顛覆性影響力。某一顛覆性技術取得理論突破會引起研究人員廣泛關注進而形成擴散效應，相關學術論文被引數量也將實現大幅增長，產生顛覆性影響力。論文被引數量通常用來衡量學術論文的理論影響力，故本文將論文被引用數量生長率作為基礎理aJ9WPcaeuWPImd0jerIrYg==論指標之一，用以分析某一技術領域的理論擴散效應，以掌握其理論影響力。本文將論文被引用數量生長率定義為某一技術領域當前年度發表論文被引用數量與鄰近5年內發表論文被引用數量之比，計算公式如下：

GRCD，i=Cdi∑it=i－4Cdt（3）

其中，Cdi表示年度i該領域發表論文的被引數量，GRCd，i值反映該領域理論影響力。GRCd，i值越大，該領域理論擴散效應越強，該領域理論創新影響力也就越大。反之，GRCd，i值越小，該領域理論擴散效應越弱，其理論創新影響力也就越小。

（4）專利申請數量生長率。創新研發突破是顛覆性技術的重要基礎。當某一項顛覆性技術研發取得突破時，研發主體通常通過專利申請獲取知識產權，獨享創新成果。隨著該技術研發的不斷突破，專利申請數量出現爆發式增長，顯現出“質變”特征。因此，本文將專利申請數量生長率作為創新研發指標之一，分析某一技術領域研發創新突破程度。本文將專利申請數量生長率定義為某一技術領域當前年度專利申請數量與鄰近5年申請專利數量之比，計算公式如下：

GRNp，i=Npi∑it=i－4Npt（4）

其中，Npi表示該領域年度i的專利申請數量，GRNp，i值則反映該領域創新研發突破程度。GRNp，i值越大，該領域創新研發突破程度越強；反之，GRNp，i值越小，該領域創新研發突破程度越弱。

（5）專利引用數量生長率。顛覆性技術通常以科學技術的新應用為基礎，因而科學技術的創新應用被認為具有顛覆性潛力。技術專利引用原有技術專利和學術論文產生新技術是科學技術新應用的重要表現。因此，將專利引用數量生長率作為創新研發指標之一，可分析技術顛覆性潛力。本文將專利引用數量生長率定義為某一技術領域當前年度專利申請引用數量與鄰近5年內專利申請引用數量之比，計算公式如下：

GRBc，i=BCa，t+BCp，i∑it=i－4（BCa，t+BCp，t）（5）

其中，BCa，t表示該領域年度i申請專利對現有論文的引用數量，BCp，t表示該領域年度i申請專利對現有專利的引用數量。所在年度該領域專利引用數量越多，則其與鄰近5年相關專利的引用數量之比就越大。GRBc，i值越大，年度i該領域創新研發顛覆性潛力越強。反之，則說明年度i該領域創新研發顛覆性潛力越弱。

（6）專利被引數量生長率。顛覆性創新通常具有很大的技術影響力。被引數量是反映技術專利影響力的重要指標。若某項技術專利被大量引用，則表明該專利蘊含著先進或共性技術知識，具有較強的技術影響力。將專利被引數量生長率作為創新研發指標之一，可以分析某一技術領域的技術擴散情況，掌握其技術影響力。本文將專利被引用生長率定義為某一技術領域當前年度申請專利被引用數量與鄰近5年內申請專利被引用數量之比，計算公式如下：

GRFc，i=Fci∑it=i－4Fct（6）

其中，Fci表示年度i該領域申請專利被引用頻次，GRFc，i值反映該領域的研發創新影響力。GRFc，i值越大，該領域創新研發影響力越強。GRFc，i值越小，該領域創新研發影響力越弱。

（7）國家自然科學基金項目經費生長率。顛覆性技術通常會獲得國家政策支持。某一顛覆性技術得到政府或軍隊認可后，國家將給予該技術領域政策支持，布局國家自然科學基金項目開展基礎理論和技術研發攻關。將國家自然科學基金項目經費生長率作為科技政策指標之一，可分析國家對該技術領域的政策支持力度。本文將國家自然科學基金項目經費生長率定義為某一技術領域當前年度獲得的國家自然科學基金項目經費總量與鄰近5年內獲得的國家自然科學基金項目經費總量之比，計算公式如下：

GRB，i=Bi∑it=i－4Bt（7）

其中，Bi表示年度i該領域獲得的國家自然科學基金項目經費數量。GRB，i值越大，該領域獲得的政策支持力度越大。GRB，i值越小，該領域獲得的政策支持力度越小。

2.2 指標融合分析

基礎理論、創新研發、科技政策是影響技術發展的重要因素，對顛覆性技術發展起到推動或抑制作用。因此，對學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目等多源數據進行融合分析，探究多種類型數據指標變化特性及其內在聯系，可以揭示顛覆性技術發展規律與影響因素。研究發現，隨著顛覆性技術的不斷發展，顛覆性擴散效果逐步顯現，學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目數據等指標可能會出現爆發點，顯現出“質變”特征。因此，可通過指標波動情況衡量各項指標對顛覆性技術發展的影響程度（貢獻度）。

變異系數法根據客觀數據序列指標變異程度確定指標權重，并對數據指標特征進行動態賦權，能夠較好地反映數據指標的綜合影響力，適用于分析多源數據指標。對于學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目等數據指標，采用變異系數法開展多源數據融合分析，具體過程如下：

（1）根據前文所述，搜集相關數據，計算上述7種數據指標特征序列，整理形成如下矩陣：

X=x1，1…x1，7xn，1…xn，7（8）

其中，每一列數據代表一種數據指標，第1列（x1，1…xn，1）T代表論文發表數量生長率指標，第2列（x1，2…xn，2）T代表論文引用數量生長率指標，…，第7列（x1，7…xn，7）T代表國家自然科學基金項目經費生長率指標，n為采集到的樣本數量。

（2）對于每一種數據特征指標，計算其均值和標準差，其中j=1，2，…，6，7。

x-j=1n∑ni=1xi，jSj=∑ni=1xi，j－x-jn－1（9）

（3）計算每一種數據特征指標的變異系數：

vj=sjx-j，j=1，2，…，7（10）

（4）對變異系數作歸一化處理，得到各指標權重：

wj=vj∑pj=1vj，j=1，2，…，7（11）

W=w1，w2，…，w7（12）

通過分析權重wi可以分析論文發表數量生長率、論文引用數量生長率等的貢獻程度，即通過各類指標權重大小分析各指標特征對顛覆性技術發展的影響程度。

（5）根據上述指標權重，對上述7種數據指標曲線進行融合分析：

yi=∑7j=1xi，jwj，i=1，2，3，…，n（13）

其中，yi表示融合曲線。結合典型重大標志性事件，綜合市場需求、理論突破、技術創新、科技政策等多種因素，分析yi趨勢走向，形成客觀、合理的顛覆性技術發展歷史脈絡，有助于更好地把握顛覆性技術發展演化規律。

2.3 研究框架

基于上述評價指標體系和數據處理方法分析顛覆性技術發展演化規律，按實施準備、數據采集、挖掘處理、綜合分析4個階段展開。

（1）實施準備。該階段是研究工作的起始階段，主要任務是根據研究目標和需求，遴選確定擬研究的技術領域，制定具體實施方案，明確咨詢專家群體，做好工作計劃和進度安排，針對擬研究技術領域確定技術關鍵詞，制定文獻檢索式等。其中，技術關鍵詞和檢索式制定是該階段的重點工作，需通過與領域專家共同研討確定技術內涵和邊界，利用技術關鍵詞制定檢索式，并通過多輪迭代優化。

（2）數據采集。該階段的主要任務包括確定數據源、搜集和整理相關數據等。通過咨詢圖書情報專家確定可靠、權威的數據庫、期刊、網站列表。根據權威性和完備性原則，本文以Web of ScienceTM核心合集論文數據庫、智慧芽全球專利數據庫、美國自然科學基金項目數據庫和網絡開源情報數據為數據源。采集的數據信息包括論文標題、論文摘要、論文作者、引用文獻信息、論文被引頻次、專利公開號、專利標題、專利摘要、專利權人、專利施引信息、專利被引用信息、項目名稱、項目摘要、項目負責人、實施年度、項目授予經費等。

（3）挖掘處理。該階段對采集到的學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目數據信息及相關技術重大標志性事件進行深度處理、挖掘、關聯、拼圖，主要任務包括指標計算、指標分析、指標關聯耦合等。主要是對收集到的各種數據信息進行提取，計算顛覆性技術發展指標，獲得相應指標特征序列，梳理分析顛覆性技術發展重大標志性事件，與上述指標序列及其多指標融合曲線進行耦合關聯，分析顛覆性技術發展規律和演化路徑，獲得初始研究結論。

（4）綜合分析。以挖掘處理階段得到的初步研究結論為基礎，采用專家研討、交叉驗證等方法進行研判、修正，綜合分析市場需求、基礎理論、創新研發、科技政策等因素對顛覆性技術發展的影響作用及關聯互動。以顛覆性技術發展過程為基準，結合市場需求、基礎理論、創新研發、科技政策等相關指標和重大標志性事件開展綜合研判，揭示顛覆性技術發展演化規律。

3 實證研究：以GPS技術為例

衛星導航技術是通過導航衛星系統無線電信號對地面、海洋、空中和空間用戶進行導航定位的技術［36］。美國自20世紀50年代開始發展衛星導航技術，建設全球定位系統，GPS技術的發展應用對軍事、經濟、社會等領域產生變革性影響。本文以GPS技術為例，搜集、整理、處理學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目等數據信息，提取相關數據指標，梳理分析重大標志性事件，采用多源數據融合、“客觀數據+重大事件”耦合分析，探究相關數據指標與GPS技術發展的內在聯系，揭示顛覆性技術發展演化規律。

3.1 數據收集與獲取

本文借鑒文獻［37］以及網絡公開信息梳理GPS技術發展重大標志性事件。基于查全率和查準率的綜合考量，在檢索Web of Science論文數據庫、智慧芽全球專利數據庫數據時，對文獻類型、產出國家/地區不作限制。由于缺乏整合多個國家的自然科學基金項目數據庫，因而難以在短時間內搜集、整理多個國家的國家自然科學基金項目。鑒于美國是GPS技術研究與發展的起源國和主導國，幾乎全程參與并影響GPS技術發展，其國家自然科學基金項目數據能夠在一定程度上滿足本文研究需求［26］。因此，本文采用美國自然科學基金項目數據作為科技政策考察指標。根據GPS技術起源時間、檢索數據范圍、主要研究內容確定不同類型數據的檢索策略（見表1），檢索時間為2022年3月25日。

3.2 單指標分析

根據上文所述，按照式（1）—式（7）計算和提取學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目等相關指標，繪制論文發表數量生長率、論文引用數量生長率、論文被引數量生長率、專利申請數量生長率、專利引用數量生長率、專利被引用數量生長率、國家自然科學基金項目經費生長率等時序變化圖，將GPS技術發展重大事件與其關聯耦合，結果見圖1—圖7。

學術論文是顛覆性技術基礎理論發展的重要體現。由圖1—圖3可知， 伴隨著論文發表數量增長率、論文引用數量生長率、論文被引用數量生長率等指標發生突變， GPS技術領域發生重大標志性事件，表明基礎理論突破推動GPS技術發展。它們或反映萌芽期的基礎理論突破、理論新應用和擴散影響力，推動GPS技術取得重大進展，如“子午儀系統首次測試”“GPS系統概念提出”“防御性衛星導航系統標準制定”“穩定銫原子鐘NBS-4研制”等；或反映發展期的基礎理論突破、理論新應用和擴散影響力，推動GPS技術取得重大應用，如“首顆GPS實驗衛星成功驗證銣鐘和時間傳播技術”“BLOCK-I型GPS系統完成建設”“首顆BLOCK-Ⅱ型GPS系統正式工作”“小型化GPS接收機成功研制”；“GPS系統在海灣戰爭大規模應用”；抑或反映成熟期的基礎理論突破、理論新應用和擴散影響力，推動GPS技術取得重大發展，如“美國實施GPS現代化計劃”“BLOCK Ⅲ型 GPS系統進入實質性研制階段”“GPS地面系統采用新架構體系”等。

技術專利是顛覆性技術創新研發突破的重要體現。由圖4—圖6可以看出，GPS技術領域專利申請數量生長率、專利引用數量生長率、專利被引用數量生長率經歷多輪波動，且突變均出現在GPS技術研發取得突破性進展的節點附近，表明技術專利相關指標“正向”突變對GPS技術發展具有促進作用。它們或反映萌芽期的創新突破、新技術應用和擴散影響力，推動 GPS技術取得突破進展，如“子午儀原型系統發展”“子午儀系統研制成功”“首次通過衛星系統修正潛艇位置”“穩定銫原子鐘NBS-4研制成功”等；或反映發展期的創新突破、新技術應用和擴散影響力，推動GPS技術研發取得重大突破，如“BLOCK-I型GPS系統組網完成并進行系列試驗”“BLOCK-Ⅱ型GPS系統組網完成”；“GPS系統在海灣戰爭中大規模應用”等；抑或反映成熟期的創新突破、新技術應用和擴散影響力，推動GPS技術研發取得重大發展，如“GPS地面系統改進升級”“GPS新一代操作控制系統”等?？梢姡夹g研發對GPS技術突破發展具有直接推動作用。

國家自然科學基金項目是國家科技政策的重要體現。由圖7可以看出，美國自然科學基金項目經費生長率爆發點均出現在GPS技術取得重大發展節點附近，表明美國自然科學基金項目經費生長率正向“突變”推動GPS技術突破發展。該生長率曲線多次“正向”突變，或體現萌芽期政策力度激增促進GPS技術取得突破性進展，如“NavstarGPS項目立項”“子午儀系統研制成功”等；或體現發展期政策力度激增促進GPS技術取得突破性應用，如“GPS系統具備全面作戰能力”“GPS BLOCK-Ⅱ型系統正式工作”等；抑或體現成熟期的政策力度激增促進GPS技術取得重大發展，如“新一代GPS BLOCK Ⅲ型系統進入實質性研制”“GPS BLOCK Ⅲ型系統進行生產”“美空軍采購4顆GPS系統衛星”等。因此，政策支持力度加強促進GPS技術不斷革新，推動GPS系統持續迭代和升級。

3.3 多指標融合分析

GPS技術領域學術論文、技術專利、美國自然科學基金項目記錄出現的起始時間不同，為便于進行融合分析，本文將起始時間統一設置為1957年。對于沒有數據記錄的年度，將其相應指標設置為0。按照式（8）—式（13），采用變異系數法處理學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目數據相關指標，結果見表2和圖8。

由表2可以看出，按變異系數指標權重排序，依次為專利引用數量生長率、專利被引用數量生長率、論文引用數量生長率、基金經費生長率、專利申請數量生長率、論文被引用數量生長率、論文發表數量生長率。相應地， 按照對GPS技術發展貢獻程度排序，依次為專利引用數量生長率、專利被引用數量生長率、論文引用數量生長率、基金經費生長率、專利申請數量生長率、論文被引用數量生長率、論文發表數量生長率?？傮w表明，技術新應用（技術組合創新和跨域技術應用）對GPS技術發展的推動作用最強，基礎理論發展積累對GPS技術發展突破的推動作用較弱。

由圖8可知，GPS技術發展指標融合曲線出現多次N型波動，表明在需求牽引、理論發展、技術研發、政策推動的綜合作用下， GPS技術取得多次突破性進展，其發展在量變基礎上產生質的飛躍。高精度導航需求催生了GPS技術概念，GPS技術創新突破又進一步推動軍事需求提高。政府和軍隊通過科技政策影響GPS技術創新突破，GPS技術創新突破又反過來影響政府行為和政策實施，促進GPS技術發展。

（1）全球導航定位、精確制導等軍事需求是牽引GPS技術形成與發展的原動力。在GPS技術萌芽階段，提升洲際導彈和轟炸機導航精度的迫切需求促使美軍提出GPS導航新概念，隨之帶來諸多基礎理論和技術研發問題，形成理論研究和技術創新熱潮，使得論文發表數量生長率、專利申請數量生長率、國家自然科學基金項目經費生長率產生一個高峰。例如，GPS導航對高精度、高穩定性時間測量的迫切需求引發原子鐘相關理論研究問題，形成銫鐘、銣鐘等原子鐘研究熱潮。

（2）衛星信號多普勒效應等基礎理論發展是GPS技術形成與發展的源動力。在早期萌芽階段，美軍以子午儀系統、TIMATION系統、621B計劃應用為基礎，通過引入多普勒頻移效應、銣原子鐘時間測量、偽隨機碼測距等基礎理論，形成GPS技術發展的基礎理論體系，促使GPS技術新概念提出。顛覆性技術形成與發展具有鮮明的科學理論發展特性，以潛在應用需求為突破口，往往依托于一系列創新理論和技術原理。

（3）人造地球衛星技術創新突破是GPS技術形成與發展的推動力。1957年，世界首顆人造地球衛星發射升空是形成衛星導航定位新概念、新技術的前提，將衛星相關技術跨域引入導航定位領域，打破原有導航系統技術研發局限，極大提升了導航定位精度和使用范圍。顛覆性創新的實現往往需要跨領域知識融合，集成多領域科學理論、工程應用突破技術難題，創造突破性技術創新。

（4）美國政府政策是GPS技術形成與發展的助催劑。美國政府政策在很大程度上推動GPS技術的形成與發展［38］。在GPS技術各發展階段，美國政府均出臺相應政策，這些政策對于促進GPS技術發展、軍事化運用、產業化應用等方面發揮重要作用。在早期萌芽階段， GPS技術可行性尚不明確，軍事應用前景不明朗，但美國政府仍給予政策扶持和充足的項目經費，各軍兵種均開展天基導航系統發展計劃，最終推動子午儀系統、TIMATION系統、621B計劃成功落地，為GPS概念理論和系統項目立項奠定了堅實的基礎。GPS系統項目成功落地后，美國政府仍長期給予充足的研發經費促進系統優化升級，并密集出臺國家、軍隊層面政策、法案、研究報告，保障GPS技術持續快速發展，推動GPS技術廣泛應用。因此，政府需要在國家層面上營造鼓勵、培養、扶持和保護顛覆性技術創新的政策環境。

4 結語

4.1 研究結論

本文以學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目等數據為基礎，構建顛覆性技術發展評價指標體系，利用單源數據指標、多源數據指標、“客觀數據+歷史事件”耦合分析等方法，研究顛覆性技術在基礎理論、創新研發、科技政策等綜合影響作用下的發展演化過程，探析顛覆性技術發展演化規律。對典型顛覆性技術——GPS技術進行研究發現，顛覆性技術在基礎理論、創新研發、科技政策等因素的綜合作用下實現突破創新，其發展完善需歷經若干次技術突破。在這些影響因素中，市場需求是顛覆性技術形成和發展的原動力，基礎理論是顛覆性技術形成和發展的源動力，創新研發是顛覆性技術形成和發展的核心推動力，科技政策是顛覆性技術形成和發展的助催劑。其中，創新研發中的技術組合創新和跨域技術應用對顛覆性技術發展的推動作用最強。

4.2 政策建議

根據上述研究結論，本文提出如下政策建議：

（1）加強顛覆性技術發展演化規律研究。顛覆性技術的形成與發展受市場需求、基礎理論、創新研發、科技政策等多種因素影響。應依托多源數據融合分析方法和專家知識經驗不斷加強顛覆性技術發展研究，把握顛覆性技術發展演化規律，提高顛覆性技術洞察力、理解力和認知力，準確識別、預測顛覆性技術，精準研判顛覆性技術發展趨勢和走向，為國家科技發展布局、把控科研投向投量提供科學理論支撐。

（2）不斷強化前沿和基礎交叉研究投入。研究發現，科學理論發展與跨域技術應用是GPS技術形成與發展的關鍵，其主要來源于航天、電磁、導航等多領域基礎交叉研究的率先突破。因此，應給予基礎交叉研究長期穩定的政策支持，超前布局、提前投入，推動基礎數學、理論物理、系統科學、應用力學、復合材料、智能科技等自然科學和工程領域交叉融合，從純科學發展中挖掘顛覆性技術發展的源動力。

（3）形成顛覆性技術多階段干預機制。顛覆性技術由產生萌芽到發展成熟需經歷多個階段，要加強技術發展分階段評估，根據不同技術發展階段和市場發展狀態給予不同程度的政策干預和資源投入，形成顛覆性技術分階段政策支持、資源投入機制。在顛覆性技術萌芽階段，市場前景不明朗，政府除給予政策扶持外，還應提供充足的項目經費支持，確保技術研發能夠持續。在顛覆性技術進入快速發展、成熟階段后，應用前景已經明朗，政府應利用政策工具引導市場研發投入，并逐步退出政府投入。

4.3 創新與不足

本文創新之處在于：一是從基礎理論、創新研發、科技政策多個視角構建顛覆性技術發展評價指標體系，較文獻［15-17］運用定性分析方法而言受專家影響較小，分析結果更客觀；比文獻［18］采用單一類型數據源分析方法考慮影響因素更多、分析維度更全面。二是利用學術論文、技術專利、國家自然科學基金項目數據等相關指標， 運用“客觀數據+歷史事實”耦合關聯分析方法，多維度揭示顛覆性技術發展演化規律及其相關因素的互動關系。與文獻［21，24，25］運用研究主題演化分析相比呈現要素更多，與重大科技事件的關聯耦合更強，對顛覆性技術發展演化規律的研究更有利。三是從歷史縱向視角，采用變異系數法進行多源數據融合分析，運用多指標融合曲線展示顛覆性技術發展演化過程；與文獻［19，22］從總體上分析歷史案例相比，在顛覆性技術早期信號捕捉、顛覆性技術發展時機推斷方面更具參考價值。

本研究存在一些不足：一是受數據采集渠道所限，僅使用美國自然科學基金項目開展科技政策分析，反映GPS技術政策環境不夠全面，未來可分析更多國家自然科學基金項目數據，更全面地反映技術發展政策環境；二是僅在GPS技術領域開展實證研究，未來可將研究方法拓展至其它技術領域，針對不同技術發展階段，研究顛覆性技術發展演化規律。

參考文獻：

［1］ 湯文仙，李京文.基于顛覆性技術創新的戰略性新興產業發展機理研究［J］.技術經濟與管理研究，2019，40（6）：95-99.

［2］ FOSTER R N.Working the s-curve：assessing technological threats［J］. Research Management，1986，29（4）：17-20.

［3］ 王山，譚宗穎.技術生命周期判斷方法研究綜述［J］.現代情報，2020，40（11）：144-153.

［4］ CHRISTENSEN C， RAYNOR M E. The innovator's solution： creating and sustaining successful growth［M］. Boston： Harvard Business School Press， 2003.

［5］ National Science Foundation. Definition of transformative research［EB/OL］. ［2023-09-14］. https：//www.nsf.gov/about/transformative_research/definition.jsp.

［6］ 魏俊峰，趙超陽，謝冰峰，等.跨越現實與未來的邊界： DARPA美國國防高級研究計劃局透視［M］.北京：國防工業出版社，2015.

［7］ SHAFFER A R. Disruptive technology： an uncertain future［C］// Proceedings of the 6th Conference on Science and Engineering Technology， Charleston， 2005.

［8］ CENTER FOR A NEW AMERICAN SECURITY.Games changers： disruptive technology and U. S. defense strategy［R/OL］. ［2023-05-12］. https：//www.files.ethz.chisn/170630/CNAS_Gamechangers_BrimleyFitzGeraldSayler_0.pdf.

［9］ 荊象新，鎖興文，耿義峰.顛覆性技術發展綜述及若干啟示［J］.國防科技，2015，36（3）：11-13．

［10］ 蘇成，趙志耘，趙筱媛，等.顛覆性技術新闡釋：概念、內涵及特征［J］.情報學報，2021，40（12）：1253-1262.

［11］ CHANDY R K， TELLIS G J. Organizing for radical product innovation： the overlooked role of willingness to cannibalize ［J］. Journal of Marketing Research，1998，35（4）：474-487.

［12］ 黃海洋，陳繼祥.顛覆性創新的擴散過程與中小企業的競爭策略［J］.工業工程與管理，2011，16（1）：123-129.

［13］ DANNEELS E. Distruptive technology reconsidered： a critique and research agenda［J］. Journal of Product Innovation Management， 2004， 21（4）：246-258.

［14］ GANGULY A， NILCHAIN R， FARR J V. Defining a set of metrics to evaluate the potential disruptiveness of a technonly［J］. Engineering Management Journal， 2010， 22（1）：11.

［15］ 高峻峰.政府政策對新興技術演化的影響——以我國TD-SCDMA移動通訊技術的演化為例［J］.中國軟科學，2010，25（2）：25-33.

［16］ 陳玉怡.顛覆性創新運行機理研究及仿真分析［D］.廣州：廣東工業大學，2015.

［17］ 蘇敬勤，劉建華，王智琦，等.顛覆性技術的演化軌跡及早期識別——以智能手機等技術為例［J］.科研管理，2016，37（3）：13-20.

［18］ 儲節旺，李佳軒，安怡然.基于專利分析的顛覆性技術演化與預測研究——以量子信息技術為例［J］.科技進步與對策，2023，40（22）：130-140.

［19］ 蘇鵬，蘇成，潘云濤.基于歷史案例的顛覆性技術特征分析［J］.中國科技論壇，2019，35（8）： 1-9.

［20］ 白光祖，鄭玉榮，吳新年，等.基于文獻知識關聯的顛覆性技術預見方法研究與實證［J］.情報雜志，2017，36（9）：38-44.

［21］ LI X， XIE Q， DAIM T， et al. Forecasting technology trends using text mining of the gaps between science and technology： the case of perovskite solar cell technology［J］.Technological Forecasting and Social Change，2019，146：432-449.

［22］ 曹陽春，張光宇，戴海聞，等.基于跨案例研究的顛覆性技術演進特征分析［J］.科技進步與對策，2022，39（3）：1-10.

［23］ 龐弘燊，鐘秀梅.顛覆性技術產生過程的多源數據多特征項可視化研究［J］.圖書情報工作，2022，66（19）：122-131.

［24］ 趙格.基于多源異構數據的顛覆性技術識別［D］.武漢：華中科技大學，2017.

［25］ 譚曉，西桂權，蘇娜，等.科學—技術—項目聯動視角下顛覆性技術識別研究［J］.情報雜志，2023，42（2）：82-91.

［26］ 馮瑾毅.基于多源數據融合的人工智能發展脈絡感知研究［D］.北京：軍事科學院，2021.

［27］ 李欣，黃魯成.戰略性新興產業研發競爭態勢分析理論方法與應用［M］.北京：科學出版社，2016.

［28］ 張佳維，董瑜.顛覆性技術識別指標的研究進展［J］.情報理論與實踐，2020，43（6）：193-199.

［29］ AHMADPOOR M， JONES B F. The dual frontier： patented inventions and prior scientific advance［J］.Science， 2017， 357（6351）：583-587.

［30］ 梁鎮濤，毛進，李綱.融合“科學-技術”知識關聯的高顛覆性專利預測方法［J］.情報學報，2023，42（6）：649-662.

［31］ 王英，龐弘燊.基于科技文獻計量的顛覆性技術發展過程特征識別研究——以數字孿生技術為例［J］.情報探索，2023，43（7）：70-77.

［32］ HAHN F， JENSEN S， TANEV S. Disruptive innovation vs disruptive technology： the disruptive potential of the value propositions of 3D printing technology startups［J］.Technology Innovation Management Review，2014，12（4）：27-36.

［33］ 欒恩杰，孫棕檀，李輝，等.國防顛覆性技術在航天領域的發展應用研究［J］.中國工程科學，2017，19（5）：74-78.

［34］ GUO J， PAN J， GUO J， et al. Measurement framework for assessing disruptive innovations［J］.Technological Forecasting and Social Change， 2019，139：250-265.

［35］ 許海云，王超，陳亮，等.顛覆性技術的科學—技術—產業互動模式識別與分析［J］.情報學報，2023，42（7）：816-831.

［36］ 胡敬.衛星導航引領物聯網概念——訪北京航空航天大學電子信息工程學院楊東凱教授［J］.科學中國人，2011，19（20）：66.

［37］ 何若楓.中美衛星導航系統發展史比較研究［D］.長沙：國防科技大學，2016.

［38］ 李平.顛覆性創新的機理性研究［M］.北京：經濟管理出版社，2018.

（責任編輯：王敬敏）

The Evolution and Development Law in Disruptive Technology： An Example of the GPS Technology

Liang Jianghai， Liu Shulei， Wu Ji， Yang Xiao

（National Defense Science and Technology Strategy Research Think Tank， National University of Defense Technology， Changsha 410073， China）

Abstract：Nowadays， major countries in the world have attached great importance and priority to promoting disruptive innovation which is of high investment， high risk and high return， and China urgently needs to establish a normalcy mechanism for discovering， selecting， and cultivating disruptive technology， focus on excavating and discovering a number of disruptive technology directions， improve the quality and supply efficiency of disruptive technology， and rapidly improve the national comprehensive powers. In order to accurately select and deploy technologies with disruptive potential， it is essential to master the regularity of disruptive technology development ; thus， this paper constructs an evaluation index system， and proposes a multi-data source fusion analysis framework， for studying the development and evolution of disruptive technologies.

Academic papers and invention patents are important carriers of scientific and technological innovation， and government policies are important factors in promoting scientific and technological development. It is important way for studying the regularity and path of disruptive technology development to exploiting the latent data information in academic papers， patents， and the Natural Science Foundation， and establish the interactive relationship between these information and disruptive technology. This paper constructs an indicator system of seven dimensions to evaluate the development and evolution of disruptive technology， including the number growth rate of published papers， the citation growth rate of published papers， the cited growth rate of published papers， the number growth rate of filed patents， the citation growth rate of filed patents， the cited growth rate of filed patents， and the funding growth rate of Natural Science Foundation. Then， for each indicator， temporal variation characteristics are analyzed with the major historical events of the disruptive technology from a quantitative analysis perspective. Finally， the coefficient of variation method （CV） is used in fusion analytics of multi-type indicators， obtaining a fitting curve， and then the law of disruptive technology development is analyzed with major historical facts.

GPS technology is a typical disruptive technology that experiences a relatively complete technology lifecycle， and it is going into the large-scale application stage. Therefore， this paper takes the GPS technology as an empirical case to research the law of disruptive technology development. According to the principles of authority and completeness， this paper collects data from the Web of Science Core Collection Database， the Patsnap Patent Database， the Natural Science Foundation Database of the U.S.， and open-source data on the internet. Then， these data are analyzed using the proposed method， such as extracting related indicator features from papers， patents， and natural science foundations， and conducting analysis on the temporal variation characteristics of the indicators with the relevant historical events.

The case of GPS technology reveals that the development of disruptive technology requires several rounds of technical innovation breakthroughs， and these breakthroughs are achieved under the synergistic effects of military need， scientific theory， technology application， and the policy environment. Among these effects， military need and market demand are the direct driving forces for the formation and development of disruptive technologies. Basic theory is the source power for the formation and development of disruptive technologies. Technological innovation is the important driving force for the formation and development of disruptive technologies， and government policy is the catalyst for the formation and development of disruptive technologies.

On the basis of the research results， this paper suggests that it is pivotal to strengthen research on the development and evolution of disruptive technology， utilize advanced scientific methods， technical tools， and expert experience to study， identify， and predict disruptive technologies， improve awareness， understanding， and insight of disruptive technology. Then it is essential to sustain funding on scientific frontier and interdisciplinary research， provide long-term and stable support for basic interdisciplinary research， promote the cross-integration of natural sciences and engineering fields， and keep obtaining the source force for the development of disruptive technology. Finally， it is need to construct a multi-stage intervention mechanism for disruptive technology. According to technological development and market status， it is necessary to input different degrees of policy intervention and resource investment at different technological stages to improve the efficiency of resource utilization.

Key Words：Disruptive Technology; Technology Evolution Law; Technology Identification; GPS Technology