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海峡两岸核心及新兴技术比较
——基于专利引文网络的分析
作者：李蓓，陈向东
（北京航空航天大学经济管理学院，北京100191）
摘要: 本文以2000-2012 年间中国大陆于美国专利商标局（以下简称美专局）获得授权的发明专利（Utility patents）及其专利引文（包括前引和后引）为样本，采用专利引文网络分析方法，识别出了大陆当前的核心技术及重要的新兴技术领域，并与Cho和Shih针对台湾的分析结果展开了对比。研究发现，虽然两岸的核心技术，即当前技术竞争优势高度重合，呈现出激烈竞争，但鉴于两岸核心技术发展的阶段差异及新兴技术的不断涌现，两岸在未来还存在广阔的战略合作空间。
关键词：核心技术,新兴技术,识别,专利引文网络
1引言
知识经济时代，原材料、资本和劳动力等支撑国家竞争力形成和发展的传统要素的作用逐渐弱化，技术要素取而代之，日益成为衡量一国竞争力的重要标尺。其中，有两类技术值得重点关注，一类称之为核心技术，另一类为新兴技术。
从国家（地区）层次而言，核心技术是指在国（地区）与国（地区）之间对抗和博弈过程中所发挥关键和决定性作用的重要技术，该类技术往往代表一个国家（地区）尖端的技术水平，且对于其他技术的开发、衍生和应用等方面而言是不可或缺的基础技术。新兴技术则是指建立在科学基础上的革新，它们可能创造一个新行业或改造某个老行业，并具有以下典型特征：（1）新近出现或正在发展；（2）能显著并快速地开发新想法和新技术；（3）有较大发展潜力，将对经济结构产生重大影响等。
可见，核心技术是一国（地区）当前技术水平和竞争优势的集中体现，充分反映了一国（地区）技术创新的关键成果; 而新兴技术则显现了一国（地区）未来的发展契机和可能的变化趋势，是发展中国家（地区）实现经济赶超战略的重要因素。因此，将这两类技术联合起来考虑是十分必要的。通过对比两岸的核心技术与新兴技术，不仅能明确两岸当前各自的技术竞争优势，更能探寻到两岸未来的战略合作空间，从而促进民族经济的跨越式发展。而在这之前，如何准确地识别出大陆和台湾的核心技术与新兴技术则成为至关重要的基础环节。
专利一直被视为技术的典型代表。据世界知识产权组织统计，世界上90%~95% 的发明能在专利文献中查到，且许多发明只能在专利文献中查到。因此，众多学者采纳专利数据来分析当前的技术结构和未来的技术发展趋势。如国外早期的学者们往往根据专利数量的变化来识别和评估核心技术或新兴技术。Chen等就通过追踪台湾于1978-2002年间在美国获得授权的发明专利数量的变化，捕捉了台湾的核心技术及重要产业的发展现状。Bengisu则通过对比各目标技术领域的论文及专利数量随时间的变化趋势，提取出了呈快速发展状态的新兴技术。这类研究暗含的前提是某主体拥有的专利越多，则该主体就越重要。但数量并不能充分反映技术的质量和相关特征属性，仅依靠专利数量的多少来进行判断将有失偏颇。
因此国外学者们试图从多种途径寻找新方法，其中将专利引文分析和社会网络分析相结合的方法受到了广泛关注。这是因为一方面专利间的引用体现了技术发展的承接性，专利被引次数可直接作为确认重要专利的指标；另一方面技术体系间的互相依赖使得技术间的连接形成了网络。所以从宏观角度而言，借助专利间的引文关系便可构筑不同技术领域间的联系网络，该网络会随着时间进行演化并显现出各技术领域当前在网络中的地位及未来的发展趋势。据此，Cho和Shih以台湾1997－2008年间于美专局获得授权的发明专利及其专利引文为基础，通过IPC 分类体系和专利引文网络成功识别出了台湾当前的核心技术及具有重大发展潜力的新兴技术，为台湾未来的技术发展导向提供了重要参考。
相比，国内对核心技术识别的研究也已取得丰厚成果。如栾春娟、沈君和张杰等采用文献计量学和社会网络分析等方法，对多个领域的核心技术展开了识别。但总体来说，这类研究还存在以下不足：第一，研究对象仅局限在某具体技术领域，且尚未开展国家（地区）层次的整体分析及国家（地区）间的比较；第二，受制于所得专利数据中引文信息的不完善，研究方法多限于专利信息的共现网络分析，而非引文网络。此外，国内对新兴技术的识别还多集中于理论层次，相关实证研究尚处于开创阶段。
鉴于此，本文决定以美国专利授权数据库为数据源——方面可获得授权专利完整的引文信息，另一方面鉴于美国引领世界的科技创新力和高度开放性，其他国家（地区）在其获得的专利授权可被视为该国（地区）技术创新成果的典型代表——以获得中国大陆在美专局获得授权的发明专利及其引文，进而借助专利引文网络展开大陆核心技术与新兴技术的识别，以弥补现存研究的些许空白。并在此基础上，结合Cho和Shih针对台湾的分析结果展开两岸的对比分析，为两岸未来科技发展战略及相关政策的制定和实施提供参考。
2基于专利引文网络的核心及新兴技术识别方法
2.1专利技术领域的划分
为清晰地构建专利引文网络，首先需将所有样本专利（相关发明专利及其专利引文）划分至相应的技术领域。在此，IPC（国际专利分类） 体系成为一个重要参考依据。该体系由部、大/小类和大/小组五级构成，从1968 年生效至今，已修订至第八版，分为8个部、129 个大类（如表1 所示）。由于“部”的技术主题太过宽泛，因此选择保留样本专利所属的大类信息，即其IPC号的前三位，作为其相应的技术领域代码[15]。
2.2专利引文网络分析
在确定样本专利的技术领域后，便可借助专利间的引用关系构建各技术领域间的引用网络，进而识别出具有核心地位或重大发展潜力的重要领域。
2.2.1点度中心度（Degree Centrality）
点度中心度刻画的是单个节点在网络中所处的核心位置。如果一个节点与很多其他节点存在直接联系，即具有较高的中心度，则该节点就居于较中心地位，能对其他节点产生重要影响。专利引文网络中，各节点（ 技术领域） 有两个点度中心度———点入度和点出度。对给定节点i，其点入度CD，in（ni）和点出度CD，out（ni）的计算方法如式（1）和（2）所示。其中，点入度反映了技术领域i引用和吸收其他领域信息的能力，而点出度体现了技术领域i被其他领域引用的程度，即对其他领域技术创新的贡献度。通过比较各技术领域的中心度，即可揭示在129个领域中，哪些是一国（地区）内的核心技术[15]。
其中，rin和rout分别为指向节点i和从节点i射出的连接，k为网络中节点数。
2.2.2结构洞理论（ Structural holes）
结构洞意指： 直接看来两个节点或群体之间不存在连接，同时间接看来他们之间也不存在冗余关系，那么两者之间的空隙就是结构洞。据Burt[19]的观点，结构洞的占据者可获得更多更新的非重复异质信息，并具有保持信息和控制信息两大优势，从而具备更强的竞争力和创新能力。专利引文网络中，某技术领域所跨越的结构洞越多，则获得的异质信息相对越多，可能产生的新想法和新技术也越多，未来的发展潜力越大———这正是新兴技术的典型特征。因此，结合各技术领域的点度中心度和结构洞信息即可捕捉重要的新兴技术领域[15]。关于结构洞的测算主要有以下三个指标[20]：
（1）有效规模（Effective Size）。
一个节点的有效规模等于该节点的个体网络规模减去网络的冗余度（redundancy）。有效规模越大，则可能拥有的结构洞越多。节点i的有效规模ESi的计算方法如式（3）：
（2）效率（Efficiency）。
一个节点的效率等于该节点的有效规模与其个体网络实际规模之比。
（3）网络约束系数（Network Constraint index）。
该系数从网络闭合性角度对结构洞进行测度，描述的是网络中某个节点与其他节点直接或间接联系的紧密程度。该系数越高，网络闭合性越高，结构洞越少，其算法表示为：
第一步，计算节点i要与节点j相连受到的约束程度：
第二步，计算节点i的网络约束系数：
其中，q≠i，j，pij为节点i投入节点j的关系所占比例。
3数据和计算结果
3.1数据
如图1所示，中国大陆于1979年在美专局获得第一项发明专利授权，且在此后20年间仅呈缓慢增长。直至2000年，大陆在美获得授权的年度发明专利首次突破100项，并以36.04%的年平均增长率保持强劲增长至今。因此，为充分反映近年来大陆的技术发展状况并与Cho和Shih针对台湾的分析结果展开对比，本文收集了2000 －2012年间，大陆于美专局获得授权的12，243项发明专利及其86，085项专利引文（包括前引和后引）作为样本。
3.2描述性统计分析与比较
3.2.1发明专利的技术领域分布比较
大陆发明专利所属的前20个技术领域如表2所示，其包含了大陆所有发明专利的80.14%。其中，H04（电通信技术）排名第一，占比14.72%，H01（基本电气元件）、G06（计算；推算；计数）、H05（其他类目不包含的电技术）和A61（医学或兽医学；卫生学）等领域紧随其后，共占比35.63%。可见，前五大技术领域的占比已超过50%，充分反映了大陆2000-2012年间技术研发资源的主要流向。
对比发现，台湾发明专利所属的前20个技术领域中有15个与大陆相同，且前五大领域中竟有四项与大陆一致，只是排名有所差异。这似乎表明两岸在技术研发上总体处于“竞争”态势，而非“互补”。两者的不同之处主要在于大陆的技术领域分布更为均衡，而台湾相对集中。如台湾排名第一的H01占比高达38.19%，甚至高于大陆排名前三位的H04、H01和G06的占比之和。
3.2.2被引和施引的主要技术领域比较
大陆发明专利及其专利引文中，排名前20位的被引技术领域和施引技术领域分别如表3和表4所示。结合这两表，可见H01、H04、G06、H05和A61同为大陆被引和施引的前五大领域（只是排名略有差异），形成了近年来大陆技术研发中知识流动的最活跃地带。
与发明专利情况类似，台湾主要的被引和施引领域多与大陆相同，且知识流动最活跃的前五大领域也与大陆基本一致，但其分布仍更为集中。如台湾被引及施引第一领域H01 的占比远高于大陆被引第一领域H01和施引第一领域G06的占比; 且台湾更集中于G（物理） 和H（电学） 。
3.3专利引文网络分析与比较
根据大陆发明专利及其专利引文的技术领域，即可得到129个技术领域间的原始引用矩阵。进而以1为阈值，将该原始引用矩阵转化为二值矩阵—若两技术领域间的原始引用值大于或等于1，则将该值转化为1，否则记为0。由此，利用UCINET 软件便可构建大陆近年来各技术领域间的引文网络如图2 所示。其中，节点表示129个技术领域，节点间连线的方向指明了领域间的引用与被引用关系。该网络的出度中心势为40.63%，入度中心势为50.78%，虽然同比小于台湾的48.87%和58.32%[15]（台湾的专利引文网络如图3 所示），但依然表明该网络的集中度较高，因此本文也仅据点度中心度选取该网络中的前20 个重要技术领域（如表5所示）展开讨论。
图2 大陆专利引文网络
Figure 2 Patent citation network graph of Mainland China
图3 台湾专利引文网络
Figure 3 Patent citation network graph of Taiwan
资料来源： Cho T S，Shih H Y． Patent citation network analysis of core and emerging technologies in Taiwan: 1997 – 2008[J]． Scientometrics，2011，89（ 3） : 795 － 811．
3.3.1核心技术领域比较
综合各技术领域的点出度和点入度来看，H01、G01（测量; 测试）、A61、H05 和A47（家具;家庭用的物品或设备等）等领域在大陆专利引文网络中拥有最核心的战略地位，能对其他技术领域产生重大影响，因此可被视为大陆当前的核心技术领域。而台湾的核心技术领域为H01、G01、G06、H05 和A47[15]，与大陆高度重合—仅有G06这一个领域与大陆有所差异，这似乎进一步印证了两岸技术的竞争态势。
前20 个重要技术领域中，除了B32（层状产品）和B05（一般喷射或雾化等）以外，其他技术领域的点出度都明显低于或近乎等于点入度。这说明，相比于向外部提供有价值的技术信息，这些技术领域反而更倾向于从外部不断搜寻和吸收新知识，即更多地表现为知识的流入。相比，台湾的多个重要技术领域如B65（输送;包装;贮存等）、F16（工程元件或部件等）、A61、B32、B05、C23（对金属材料的镀覆等）和G05（控制;调节）等则更多地表现为知识的流出，即能更多地支持其他技术领域的创新。
3.3.2新兴技术领域比较
如前文所述，一个技术领域跨越的结构洞越多，就越显现出新兴技术的典型特征。而据表5的结构洞测算结果，大陆专利引文网络的前20个重要技术领域中，最具结构洞数量优势的5个领域依然是H01、G01、A61、H05和A47———这表明大陆的核心技术领域同时也为大陆当前最重要的新兴技术领域。相比，台湾最重要的新兴技术领域则是B32、C23、B01（一般的物理或化学的方法或装置）、B05和B23（机床;不包含在其他类目中的金属加工）[15]，不仅与大陆的新兴技术完全不同，也与台湾自身的核心技术领域完全不同---台湾核心技术领域的结构洞数量优势在其20大技术领域中的排名较低，并显著小于其新兴技术领域的结构洞数量优势。
由此，综合来看，两岸的核心技术领域虽高度重合，显现出竞争态势，但其在发展阶段和未来发展潜力上存在明显差异。相比，大陆的核心技术领域拥有更蓬勃的生命力和重大的技术创新潜力，应被同时视为重要的新兴技术领域; 而台湾的核心技术则发展得更为成熟，且其他新兴技术领域逐渐涌现。上述差异的存在很可能是由两岸专利引文网络的结构差异所导致的。大陆专利引文网络中，技术领域间的连结可能不够广泛，使得核心技术领域虽拥有较大的个体网规模，但其个体网的连通性较差，闭合性低，从而显现出广阔的发展空间，这在一定程度上也说明大陆专利引文网络还不够成熟。相比，台湾各技术领域间的连结可能更频繁，使得核心技术领域的个体网络也更成熟，并催生出其他新兴技术领域。
3.4描述性统计与专利引文网络分析结果比较
描述性统计主要用于反映各技术领域的数量特征，而网络分析则更强调从技术领域间的关系来反映各领域的网络地位和发展趋势。
由表6，描述性统计分析发现大陆近年来技术研发资源的主要流向及知识交流最活跃的技术领域为H04、H01、G06、H05和A61。而网络分析则另挖掘出了G01和A47这两个虽在描述性统计中不占明显数量优势，但在大陆专利引文网络中却拥有核心地位和结构洞数量优势的重要领域。相反，H04和G06这两个在描述性统计分析中脱颖而出的技术领域却由于未能和其他领域形成有利的网络联系，在大陆专利引文网络中表现一般，尤其是H04。说明这两者虽从其自身而言表现优异，但对其他技术领域的影响有限，这也限制了其自身日后的发展。另外，描述性统计分析结果的比较并没有发现大陆和台湾的显著差异，但网络分析结果的比较却深刻地揭示了两岸的不同。
4结论
本文以2000-2012年间中国大陆于美专局获得授权的发明专利及其专利引文为样本，以IPC体系为专利的技术领域划分依据，借助专利引文网络分析方法识别出了大陆当前的核心技术及重要的新兴技术领域，并与Cho和Shih针对台湾的分析结果展开了对比，深刻地揭示了两岸的异同。这不仅弥补了国内目前未能利用专利间引文关系实施国家（地区）层次的核心技术与新兴技术识别的不足，更为寻找两岸未来的战略合作空间提供了新的研究视角。
本文的主要研究结论如下：
第一，描述性统计分析与比较发现，H04、H01、H05和A61等领域同为两岸当前的主要技术领域，显现出两岸在技术研发中的资源分配和知识交流上的高度雷同。
第二，专利引文网络分析与比较发现，两岸核心技术，即当前技术竞争优势高度重合，都集中在H01、G01、H05和A47等领域，呈现出激烈的竞争态势。但在大陆方面，这些技术同时还拥有重大的技术创新潜力，因此也被视为当前最重要的新兴技术领域;而在台湾，这些核心技术已发展得更为成熟，且B32、B01、B05、C23和B23等其他新兴技术领域不断涌现，这都为两岸未来的战略合作提供了可能空间。
第三，相比于描述性统计，专利引文网络能从技术领域间的连结角度深入揭示各领域当前网络地位和未来发展趋势，并能更好地展示国家（ 地区） 间的技术差异，是识别核心技术和新兴技术的有效方法，能为国家（ 地区） 未来的技术发展规划和优势研发资源的合理分配提供重要支撑。
据此本文特对两岸未来的科技发展提出以下几点建议：
第一，大陆应继续加大H01、G01、A61、H05和A47等领域的投资，促进相关战略性新兴产业培育。据世界知识产权组织（World IntellectualProperty Organazition）的IPC与技术类别对照表[21]，上述领域主要包含了电子、通讯、医药、燃料电池和测量等类别的技术。这些技术不仅反映了大陆近年来持续科技投入的丰硕成果，构筑了大陆当前技术体系的战略核心，更具备未来的重大创新潜力和广阔发展空间。因此，需继续加大这些领域的投资，在现有技术水平基础上，充分挖掘其发展潜力，实现技术的更新与突破，从而为我国节能环保、新一代信息技术、生物和新能源等相关战略性新兴产业的培育提供技术保障。
第二，寻求两岸在H01、G01、H05和A47等领域的良性竞争与合作。虽然两岸当前的技术竞争优势都集中在上述领域，呈现出激烈竞争，但这同时也说明两岸具有相似的技术基础，存在可能的合作空间。尤其是鉴于这些领域在两岸发展中的阶段差异，两岸间的战略合作将具有更重要意义。一方面，大陆可从台湾学习更先进成熟的发展经验，加快自身技术水平的更新与突破;另一方面，台湾可通过合作分享大陆巨大的发展潜力，实现自身利益最大化。
第三，大陆可持续追踪台湾新兴技术方向，并寻求战略合作。相比大陆，台湾已呈现出新的技术发展方向---B32、B01、B05、C23和B23等（主要集中于化学工程、环境、机床和表面处理等技术类别）。密切关注台湾这些新兴技术的发展动态并寻求战略合作，实现两岸的联合研发，或许可为大陆未来的技术发展提供新的契机，并促进两岸在相关领域的共同跨越。
