張晉輝11）中國科學(xué)院文獻情報中心，北京1001902）中國地震臺網(wǎng)中心，北京100045

基于TDA和TI的國際地震預(yù)警專利情報分析

張晉輝1，2）
1）中國科學(xué)院文獻情報中心，北京100190
2）中國地震臺網(wǎng)中心，北京100045

張晉輝，2016.基于TDA和TI的國際地震預(yù)警專利情報分析.震災(zāi)防御技術(shù)，11（2）：427—433.doi：10.11899/zzfy20160227

地震預(yù)警是人類進行災(zāi)害防御的科學(xué)前沿領(lǐng)域。本文基于德溫特創(chuàng)新索引數(shù)據(jù)庫中關(guān)于地震預(yù)警技術(shù)的專利數(shù)據(jù)，采用TDA和TI兩大專利情報分析工具，結(jié)合二者的優(yōu)勢功能，對地震預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)展開多角度的專利情報分析，包括專利國家與地區(qū)分布、專利權(quán)人分布、專利申請逐年變化趨勢等專利基本情況分析和專利矩陣、專利地圖分析，以期為該領(lǐng)域的科研人員、政府部門和相關(guān)企業(yè)提供信息支撐。

地震預(yù)警專利分析TDATI

引言

地震是嚴重威脅人類生存和財產(chǎn)安全的毀滅性自然災(zāi)害之一，進入21世紀后短短十余年內(nèi)，全球發(fā)生里氏8.0級以上的強烈地震達25次之多（數(shù)據(jù)來自中國地震臺網(wǎng)地震目錄，截止到2014年12月31日），成為繼20世紀中葉之后一次全球性新的地震活動高潮（鄧啟東，2012），地震相關(guān)研究再次為國際科學(xué)界所關(guān)注。然而，地震預(yù)報一直是一個世界性的科技難題，各國科學(xué)家都承認目前還無法做到準確的地震預(yù)報。地震預(yù)警（Earthquake Early Warning，EEW）作為一種全新的人類進行地震災(zāi)害防御的科學(xué)前沿技術(shù)逐漸走入公眾的視野。它是指地震發(fā)生時，離震中最近的地震臺對已經(jīng)發(fā)生的地震進行震級和破壞程度的初步檢測，然后通過數(shù)據(jù)中心傳遞到可能受影響的地區(qū)，讓這些地區(qū)能夠提前幾秒或十幾秒采取應(yīng)急措施（趙紀東等，2009）。地震預(yù)警系統(tǒng)主要利用電磁波與地震波、地震縱波與橫波的速度差來實現(xiàn)地震發(fā)生后的及時預(yù)警（袁志祥等，2007）。國外一些國家，如日本、美國、墨西哥等已經(jīng)建立起比較完善的地震預(yù)警系統(tǒng)（Allen等，2009），而且取得了一定的成效。

專利是記載專利內(nèi)容的文件資料及有關(guān)出版物的總稱。研究專利可幫助我們及時了解相關(guān)領(lǐng)域的最新技術(shù)研究進展，洞察技術(shù)發(fā)展趨勢，預(yù)測技術(shù)發(fā)展動向，洞悉技術(shù)競爭對手、同行的研究進展以及避免重復(fù)研究和開發(fā)。本文旨在利用Thomson DataAnalyzer和ThomsonInnovation兩大專利分析工具對地震預(yù)警技術(shù)相關(guān)專利文獻進行統(tǒng)計分析，以揭示當前國際地震預(yù)警技術(shù)專利申請的現(xiàn)狀、領(lǐng)先國家和機構(gòu)、技術(shù)研發(fā)熱點等，分析我國的專利持有情況及與國外的差距，以期為相關(guān)研究人員和政府部門提供參考和借鑒。

1　專利數(shù)據(jù)來源與分析工具

鑒于此次分析的目的，本文選取美國科學(xué)情報研究所出版的德溫特創(chuàng)新索引數(shù)據(jù)庫（Dervent Innovation Index，簡稱DII）為數(shù)據(jù)源，選取Thomson Data Analyzer（簡稱TDA）和Thomson Innovation（簡稱TI）作為數(shù)據(jù)加工、清洗整理和統(tǒng)計分析工具。

德溫特創(chuàng)新索引數(shù)據(jù)庫是世界上國際專利信息收錄最全面的數(shù)據(jù)庫之一，該數(shù)據(jù)庫將原來的德溫特世界專利索引與專利引文索引加以整合，收錄了自1963年以來全球40多個專利機構(gòu)的1000多萬條基本專利，3000多萬項專利資料，是經(jīng)系統(tǒng)、嚴格地規(guī)范整理而成的最具權(quán)威的專利數(shù)據(jù)庫之一，也是本文數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)源（廖劍嵐，2004）。

TDA和TI都是美國Thomson公司開發(fā)的專利分析軟件，具有強大的專利情報分析功能，是目前使用最為普遍的兩個專利分析工具（馮浩然等，2008；劉文平等，2012），二者各有優(yōu)勢，互為補充。TDA在數(shù)據(jù)導(dǎo)入和清洗、數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖表生成（如矩陣分析）方面具有獨特功能，能夠從專利授權(quán)機構(gòu)、專利技術(shù)領(lǐng)域分布、合作機構(gòu)、發(fā)明人產(chǎn)出情況和專利家族等多個角度對專利數(shù)據(jù)進行分析；而TI在深層次專利分析和數(shù)據(jù)挖掘（如引證樹、文本聚類和專利地圖）方面更具優(yōu)勢。在實際的專利情報分析工作中，往往需要將二者結(jié)合使用。本文重點通過TDA的矩陣分析和TI的專利地圖功能，展示二者在地震預(yù)警專利情報分析中的實際應(yīng)用。

本文選擇檢索時間跨度為所有年份，使用檢索式："earthquak*early warning"OR"seism* early warning"OR"earthquak*warning"OR"seism*warning"，在DII的主題字段中進行檢索，樣本采集時間為2015年4月15日，將檢索得到的數(shù)據(jù)下載并導(dǎo)入TDA中，經(jīng)過數(shù)據(jù)去重后共得到數(shù)據(jù)記錄553條，采用自動和人工的方式對數(shù)據(jù)進行了清洗，然后利用TDA和TI的專利分析功能對數(shù)據(jù)進行分析。

2　分析與討論

2.1專利基本分析

經(jīng)檢索，筆者發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中與地震預(yù)警技術(shù)相關(guān)的專利可以追溯到1978年2月2日前蘇聯(lián)申請的專利，其專利號為SU744689-B，標題為“Seismic Alarm Signalling Circuit-has Calibrated Acoustic Vibrations Simulator Connected to Pulse Generator and Servo Switch”，該專利提出了一種傳輸?shù)卣痤A(yù)警信息的信號傳輸電路。

地震預(yù)警技術(shù)專利申請比較集中的學(xué)科領(lǐng)域主要包括工程學(xué)、儀器及儀表學(xué)、通信和計算機科學(xué)，分別占全部記錄數(shù)的86.1%、74.5%、41.6%和28%（很多記錄存在學(xué)科交叉現(xiàn)象）。其中以工程學(xué)最多，達到了476條。

2.1.1專利的國家與地區(qū)分布

專利國家與地區(qū)分布是指地震預(yù)警技術(shù)相關(guān)專利申請的地區(qū)覆蓋范圍，通過該分析可以揭示某技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠牡赜蚍植紶顩r，反映某技術(shù)專利申請的領(lǐng)先國家和地區(qū)，為技術(shù)合作和技術(shù)引進提供參考。圖1是地震預(yù)警領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量排名前8位的國家或地區(qū)分布圖。

圖1　地震預(yù)警領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量排名前8位的國家或地區(qū)分布Fig.1　The number of patents in the EEW domain of the top eight countries/regions

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，地震預(yù)警專利的國家分布非常不均衡，專利主要集中分布在日本、中國、美國和韓國，這與這些國家對地震預(yù)警技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)保護方面的重視程度密切相關(guān)。日本占據(jù)了地震預(yù)警領(lǐng)域絕大部分專利，早在上世紀80年代初期，日本國家鐵路和沖電氣工業(yè)株式會社便開展了地震預(yù)警研究。1993年，優(yōu)光社株式會社就“車輛用地震預(yù)警設(shè)備”先在日本本土申請專利保護（JP7084061），后利用優(yōu)先權(quán)在澳大利亞、加拿大、歐洲、韓國、美國、中國申請了一系列同族專利對這項技術(shù)方案進行保護。同族專利數(shù)多，除了代表這是一項重要技術(shù)方案以外，還說明了專利權(quán)人在申請地域范圍潛在的市場戰(zhàn)略。

我國從上世紀末開始進行地震預(yù)警技術(shù)先期研究，已在測震臺網(wǎng)和強震動臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)實時處理、地震事件的實時檢測、基于有限臺站記錄的實時地震定位、基于地震動初期信息的震級測定以及地震動場實時預(yù)測等方面都取得了一些成果。作為地震高發(fā)地區(qū)，我國臺灣的早期警報系統(tǒng)和地震速報技術(shù)一直居于世界前列，專利持有數(shù)量也處于世界領(lǐng)先地位。臺灣的早期警報系統(tǒng)（EWS）是因1986年花蓮地震而開始推動建設(shè)的。經(jīng)過二十幾年的建設(shè)，至2009年底，據(jù)臺灣氣象部門稱，已完成“地震實時預(yù)警系統(tǒng)”，地震發(fā)生時，防災(zāi)單位、臺鐵、捷運、醫(yī)院、高科技產(chǎn)業(yè)等，將有“黃金20秒”的應(yīng)變時間（鄭東陽，2010）。但是，臺灣的地震預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)模式卻很難被大陸所借鑒，因為大陸面積廣大，涉及到的問題異常復(fù)雜，而地震預(yù)警系統(tǒng)的投資非常龐大，預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的部署需要社會各界的多方合作才可實現(xiàn)。

2.1.2專利權(quán)人的分布

專利權(quán)人是專利權(quán)的所有人及持有人的統(tǒng)稱，即專利申請被批準時，被授予專利權(quán)的專利申請人，它既可以是單位也可以是個人。通過專利權(quán)人分析，可以識別出技術(shù)領(lǐng)先的機構(gòu)或組織，并通過追蹤這些領(lǐng)先機構(gòu)的專利產(chǎn)出趨勢發(fā)現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)熱點和發(fā)展方向（韓景嫻等，2012）。在德溫特數(shù)據(jù)庫中專利權(quán)人字段標識為“Patent Assignees”，利用TDA的List Cleanup即數(shù)據(jù)清洗工具，將專利權(quán)人字段進行數(shù)據(jù)清洗，并經(jīng)人工干預(yù)整理后得到表1。

表1　地震預(yù)警領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量超過10件的專利權(quán)人列表Table 1　List of companies with the patent application number over 10 in the EEW domain

續(xù)表

從表中可以發(fā)現(xiàn)，持有專利數(shù)量最多的機構(gòu)是日本三洋電機公司，擁有73件地震預(yù)警技術(shù)相關(guān)專利，表明了該公司在全球地震預(yù)警領(lǐng)域?qū)＠暾埛矫娴念I(lǐng)先地位。表中除了成都高新減災(zāi)研究所之外都是日本公司，這也反映了日本在地震預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)保護方面的重視程度。我國的成都高新減災(zāi)研究所成立于汶川地震后，初步掌握了地震預(yù)警和烈度速報的核心技術(shù)，且已經(jīng)將這些技術(shù)融入到其開發(fā)的軟硬件一體化系統(tǒng)中，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)，并成功研發(fā)了以該所（Institute of Care-life）命名的ICL地震預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由5400個臺站組成，已經(jīng)延伸至31個省市區(qū)，覆蓋國土面積210萬平方千米。但是，我國持有地震預(yù)警相關(guān)專利的專利權(quán)人數(shù)量和專利數(shù)量都遠遠不及日本，說明在地震預(yù)警技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用和知識產(chǎn)權(quán)保護方面仍然任重而道遠。

2.1.3專利申請逐年變化趨勢

為了更清楚地觀察地震預(yù)警領(lǐng)域?qū)＠暾堉鹉曜兓内厔荩P者選取了2014年之前的專利數(shù)據(jù)繪制了圖2。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，2007年以前地震預(yù)警技術(shù)研發(fā)還處于萌芽期，而之后開始迅猛發(fā)展，并在2009年達到了高潮期，申請了112件專利，而近幾年呈現(xiàn)出下滑趨勢，但仍是研究熱點并逐漸趨于穩(wěn)定態(tài)勢。

圖2　地震預(yù)警領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量隨時間變化的趨勢Fig.2　Patent application number over time in the EEW domain

2.2專利矩陣分析

專利矩陣分析可以幫助了解各公司的技術(shù)分布，例如選擇專利數(shù)量最多，處于地震預(yù)警技術(shù)領(lǐng)先地位的日本三洋電機公司和我國的成都高新減災(zāi)研究所作為分析的對象，以期探尋二者的技術(shù)分布之間的異同，從而揭示技術(shù)領(lǐng)先專利權(quán)人的技術(shù)研發(fā)重點，為我國地震預(yù)警技術(shù)的發(fā)展指明方向。德溫特手工代碼是DII數(shù)據(jù)庫的一個特色，它由德溫特的標引人員分配給專利，用于表示技術(shù)發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新點及其應(yīng)用的專有代碼。它按分層結(jié)構(gòu)排列，具有“關(guān)鍵詞”和“敘詞表”的功能（沈君等，2012）。

表2　日本三洋電機公司的德溫特手工代碼統(tǒng)計表（前5）Table 2　Derwent manual code of SANYO Electric Co.Ltd.

表3　成都高新區(qū)減災(zāi)研究所的德溫特手工代碼統(tǒng)計表（前5）Table3　D erwent manual code of Chengdu Hi-Tech Disaster Reduction Inst.

對比表2及表3可以發(fā)現(xiàn)，在地震預(yù)警技術(shù)研發(fā)方面，日本三洋電機公司和成都高新減災(zāi)研究所都將地震警報、便攜式裝置和遠程信號傳輸作為技術(shù)重點，但是前者還關(guān)注了電話傳輸，成都高新減災(zāi)研究所則關(guān)注了溫度測量與控制和預(yù)警信息的科學(xué)分析。分析專利持有數(shù)量領(lǐng)先者的技術(shù)研發(fā)動向，可以為未來技術(shù)研發(fā)重點的調(diào)整提供重要參考和方向。

2.3專利地圖分析

TI的特色在于其強大的專利地圖生成功能。雖然TDA也可以做文本聚類和生成聚類地圖，但是TDA的數(shù)據(jù)處理時間較長，響應(yīng)速度慢，分析結(jié)果也不如TI直觀。

筆者選擇TI的分析工具中的ThemeScape，選擇對應(yīng)的分析語料（德溫特數(shù)據(jù)庫的標題和摘要字段），就可以自動生成專利地圖（圖3）。利用專利地圖可以直觀地了解某一技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埖恼w技術(shù)布局，揭示某一技術(shù)領(lǐng)域的專利情報。

TI采用類似繪制等高線圖的方法來繪制專利地圖。圖3中的每個黑點代表一項專利，點擊圖中的黑點就可以顯示相應(yīng)的專利信息。內(nèi)容相近的專利距離也近，從而形成山峰，不同山峰代表某一技術(shù)領(lǐng)域中聚集的專利群。專利地圖用不同的顏色代表專利的密集程度，白色的區(qū)域代表專利密集程度比較高的區(qū)域，而藍色的區(qū)域代表專利密集程度比較低的區(qū)域（馬廷燦等，2012）。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，地震預(yù)警領(lǐng)域中專利密集程度比較高的區(qū)域包括電梯電話、通訊設(shè)施、安全確認、報告存儲、警報接收、地震波到達和能源供給等區(qū)域。了解這些區(qū)域的專利信息，可以幫助我們從海量的專利信息中快速掌握地震預(yù)警領(lǐng)域的技術(shù)分布概貌，為技術(shù)研發(fā)提供借鑒和參考。

圖3　地震預(yù)警技術(shù)的專利地圖Fig.3　ThemeScape map of patents in EEW technology

3　結(jié)語

在全球競爭日益激烈、知識產(chǎn)權(quán)保護意識日益強烈的今天，運用專利分析工具對專利情況進行分析，對幫助科研人員、政府機關(guān)和企業(yè)發(fā)現(xiàn)競爭情報，調(diào)整研發(fā)重點，繞開技術(shù)壁壘等，有著不可或缺的作用。TDA和TI都可以從多角度分析某一技術(shù)領(lǐng)域的專利情況，通過結(jié)合二者各自的專利分析優(yōu)勢，可以快速了解地震預(yù)警技術(shù)專利申請方面的技術(shù)情報，分析地震預(yù)警領(lǐng)域?qū)＠墨I的技術(shù)布局和競爭對手的市場戰(zhàn)略。

研究表明，地震預(yù)警技術(shù)的專利申請數(shù)量自2007年開始猛增，并在2009年達到峰值，近幾年呈現(xiàn)出下滑趨勢，并逐漸趨于穩(wěn)定增長趨勢。專利持有數(shù)量最多的國家為日本，我國地震預(yù)警技術(shù)的專利申請量也較多，地震預(yù)警技術(shù)相關(guān)的科研活動也比較活躍。中國地震局今年正式啟動了國家地震烈度速報與預(yù)警工程，這一舉措充分體現(xiàn)了我國政府建設(shè)地震預(yù)警系統(tǒng)和造福于公眾的決心，也必將進一步激發(fā)地震預(yù)警技術(shù)的研發(fā)。

當然，專利分析還具有一定的局限性。首先，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析取決于數(shù)據(jù)的準確性和完整性。檢索的選取往往具有主觀性，其全面性和準確性往往不可兼得；其次，有的企業(yè)為了保護自己的研究成果，并不將成果以專利的方式呈現(xiàn)出來；第三，企業(yè)之間并購活動，不斷變更的專利權(quán)人名稱會對準確分析競爭對手造成影響。這些都會使分析結(jié)果不準確，因此，需要將專利分析、科技文獻分析、市場信息分析以及與領(lǐng)域?qū)＜抑g的交流相結(jié)合，這樣才能得到科學(xué)可靠的分析結(jié)果。

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Analysis of Patent Information in International Earthquake Early Warning Based on TDAand TI

Zhang Jinhui1，2）
1）National Science Library，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China
2）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China

Earthquake early warning technology is in the scientific frontier of human disaster prevention.In this paper，we apply special functions of TDA and TI，and analyze the patent information in earthquake early warning technology based on patent data from Derwent patent database.This analysis is from multiple perspectives including the national and regional distribution of patent，the patentee distribution，and the change trend of patent application，the patent matrix，and the ThemeScape map，in order to provide information support for field researchers，government agencies and related businesses.

earthquake early warning；patent Analysis；TDA；TI

2015-09-21

張晉輝，男，生于1981年。工程師。主要從事地震科技情報研究。E-mail：zhangjhseis@126.com