杜若鵬 寇遠(yuǎn)濤 朱亮

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)重點實驗室，北京 100081）

采用信息計量分析與專家分析相結(jié)合的方法，對中國番茄發(fā)明專利技術(shù)信息進(jìn)行分析。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2009 年以后中國番茄發(fā)明專利申請量顯著增加，2010—2020 年公布的申請量占全部申請量的91.0%。按照栽培、植保、生物技術(shù)、機械化數(shù)字化和加工等6 個研究領(lǐng)域進(jìn)行分析，在栽培和加工兩個領(lǐng)域中，番茄專利技術(shù)研究最為活躍，具有絕對的數(shù)量優(yōu)勢，而生物技術(shù)領(lǐng)域的專利技術(shù)研究呈現(xiàn)日益加強的態(tài)勢。將專利技術(shù)內(nèi)容進(jìn)一步細(xì)分為21 個分支進(jìn)行分析，種植技術(shù)、肥料基質(zhì)、育苗嫁接、調(diào)味品、食品等技術(shù)分支為番茄專利研發(fā)的重點方向，而基因工程、分子標(biāo)記、自動化數(shù)字化為當(dāng)前和近期未來的番茄熱點研究方向。

專利是技術(shù)創(chuàng)新最重要的成果形式之一。專利信息數(shù)量龐大，來源廣泛，在生產(chǎn)、經(jīng)營、科研中具有重要的價值。由于公開發(fā)布的專利需要經(jīng)過嚴(yán)格的審查和新穎性評估，因此專利文獻(xiàn)是反映相關(guān)技術(shù)最新研究動態(tài)的高質(zhì)量信息源（尹忠博等，2018）。利用信息計量分析的方法（文庭孝，2014）對專利信息文獻(xiàn)進(jìn)行加工、整理和分析，可以獲得能夠反映相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢動態(tài)的情報，為技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)的立項決策提供重要參考。

番茄是重要的蔬菜作物，也是生物學(xué)研究中的模式植物。中國是番茄生產(chǎn)大國，面積和產(chǎn)量均居世界第一（李君明 等，2021）。有關(guān)番茄的研究在中國蔬菜科學(xué)研究中占有十分重要的地位，近10年來每年僅在“中文核心期刊”上發(fā)表的番茄相關(guān)論文達(dá)400 多篇（杜若鵬 等，2020）；近幾年中國番茄發(fā)明專利每年申請量達(dá)500 多件。馬桂蓮等（2018）曾對截至2017 年公布的2 859 件中國番茄發(fā)明專利申請進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中國番茄專利的申請主要集中在番茄營養(yǎng)的制備、番茄栽培技術(shù)、番茄育種方面，其次為番茄的生物技術(shù)及遺傳工程研究等領(lǐng)域。張志剛等（2018）對1985—2017 年公布的2 943 件中國番茄發(fā)明專利申請信息進(jìn)行了分析，得出：番茄專利核心技術(shù)主要是關(guān)于食品或食料的制備和處理、園藝栽培、微生物或酶及其組合物、肥料或農(nóng)藥或土壤調(diào)理劑等組成的混合物等內(nèi)容。上述研究都根據(jù)分析結(jié)果提出了中國番茄發(fā)明專利集中研發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域，但是由于其技術(shù)領(lǐng)域或技術(shù)內(nèi)容的分類及其表述是完全遵照國際專利分類方法（international patent classification，IPC）解釋的，與人們通常所習(xí)慣的技術(shù)研究領(lǐng)域分類不一致，不便于專業(yè)技術(shù)人員參考理解。另外，根據(jù)IPC 提出的專利技術(shù)重點研究領(lǐng)域偏于寬泛，如“園藝栽培”“生物技術(shù)及遺傳工程”等，而專業(yè)人員感興趣的是更具體一些的研究方向或技術(shù)分支的相關(guān)信息。

本文通過采用信息計量學(xué)分析與專家分析相結(jié)合的方法，從專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域分類的角度，對國家知識產(chǎn)權(quán)局公布的中國地區(qū)番茄發(fā)明專利技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行分析，挖掘其技術(shù)發(fā)展的趨勢和熱點，以期為番茄科技創(chuàng)新提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

數(shù)據(jù)來源于“萬象云企業(yè)版專利檢索平臺”。該平臺囊括了全球100 多個國家和地區(qū)的專利信息，其中中國地區(qū)的專利數(shù)據(jù)來自中國國家知識產(chǎn)權(quán)局，每周3 次進(jìn)行同步更新，確保了專利數(shù)據(jù)的有效性、及時性與權(quán)威性。

以專利名稱包含“番茄”或“西紅柿”為檢索策略，專利地區(qū)和專利類型分別選擇為“中國”和“發(fā)明專利”{檢索式：專利類型=（發(fā)明專利）AND 地區(qū)=（中國大陸 OR 中國臺灣 OR 中國香港OR 中國澳門）AND 〔專利名稱=（*番茄*）OR 專利名稱=（*西紅柿*）〕}，共檢索到1986—2020年12月31日公布的中國專利局受理的發(fā)明專利申請5 007 件。

以文獻(xiàn)計量統(tǒng)計為基礎(chǔ)，使用Java 與Python 編程語言，實現(xiàn)對材料數(shù)據(jù)的IPC 分類號聚合統(tǒng)計分析，再結(jié)合農(nóng)業(yè)專家意見將相近研究方向或主題進(jìn)行歸并調(diào)整，形成6 個研究領(lǐng)域。然后針對每個研究領(lǐng)域，對專利名稱進(jìn)行高頻特征詞統(tǒng)計、詞根統(tǒng)計和共詞分析等，形成研究領(lǐng)域特征詞集，經(jīng)過專家判定分析后形成研究領(lǐng)域正則表達(dá)式。依據(jù)表達(dá)式對材料數(shù)據(jù)進(jìn)行快速細(xì)分主題、自動聚類。聚類結(jié)果由專家審核分析后進(jìn)行人工合并或調(diào)整，形成不同的技術(shù)領(lǐng)域和技術(shù)分支信息。最終根據(jù)技術(shù)分支統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)一步分析番茄發(fā)明專利技術(shù)變化趨勢。

為了提高特征詞抽取的準(zhǔn)確性，對材料數(shù)據(jù)進(jìn)行停用詞與干擾詞屏蔽，過濾掉如“一種”“具有”“及其”等與研究主題無關(guān)的干擾詞。同時，所有的特征提取詞均通過《農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表》及《農(nóng)業(yè)專業(yè)詞表》進(jìn)行篩選，保證抽取的特征詞具有農(nóng)業(yè)專業(yè)性。

2 分析結(jié)果

2.1 中國番茄發(fā)明專利申請量的年度分布

發(fā)明專利申請量是指專利機構(gòu)受理的技術(shù)發(fā)明專利申請的數(shù)量，能夠反映技術(shù)發(fā)展的活躍程度，以及發(fā)明人謀求專利保護(hù)的積極性，申請量越多，表明該技術(shù)創(chuàng)新力越高。

中國1985 年建立了專利制度（1985 年4月1日起《中華人民共和國專利法》施行），1986 年有了第一件番茄發(fā)明專利申請。1986—2000 年，中國番茄發(fā)明專利申請量很少，僅為31 件，平均每年僅2 件；2001—2009 年逐步增加，總計418 件，平均每年46.4 件；而2009 年之后大幅上升，2010—2020 年公布的申請量占全部申請量的91.0%，每年為134～709 件，其中2015、2016 年和2017 年這3年申請量最多，分別為607、709 件和696 件，占所有申請量的12.12%、14.16%和13.90%（圖1）。需要注意的是，由于發(fā)明專利從申請到公開通常有6～18 個月或更長的滯后期（王友華 等，2018；代麗榮，2019），圖1 中2018—2020 年公布的專利申請量（用虛線表示）會比實際的申請量低，所以不能據(jù)此數(shù)據(jù)得出近幾年我國番茄專利申請量呈明顯下降趨勢的結(jié)論。

中國番茄發(fā)明專利申請量的變化與國家推動科技創(chuàng)新戰(zhàn)略的實施密切相關(guān)。2008 年《國家知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略綱要》頒布實施，2012 年國家實施“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略”，并將實施知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略作為支撐國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的重要基礎(chǔ)構(gòu)成，極大促進(jìn)了創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展，由此中國番茄發(fā)明專利數(shù)量快速增加。

2.2 中國番茄發(fā)明專利的IPC 分布

IPC 是世界各國專利機構(gòu)通用的分類方法，它根據(jù)技術(shù)內(nèi)容將發(fā)明專利按照部（1 個字母）、大類（2個數(shù)字）、小類（1 個字母）、主組（1～3 個數(shù)字）、分組（2～4 個數(shù)字）逐級進(jìn)行分類，賦予每個專利一個IPC 分類號碼。IPC 對于專利檢索幾乎是必不可少的工具，而且通過分析IPC號代表的技術(shù)分支的發(fā)明專利申請數(shù)量情況，可以了解相關(guān)專利技術(shù)發(fā)展的熱點及趨勢。

通過分析發(fā)現(xiàn)，5 007 件中國番茄發(fā)明專利分屬于755 個IPC 分類號，絕大部分屬于A 部（生活必需品）和C 部（化學(xué)、冶金）。申請量居前的20 個小組如表1 所示，其中A01G 1/00（園藝；蔬菜栽培）、C05G 3/00（一種或多種肥料與無特殊肥效組分的混合物）、A01G 22/05（水果作物，例如草莓、西紅柿或黃瓜栽培）這3 個小組的專利申請量居前，分別為439、299 件和250 件，占總量的8.77%、5.97%和4.99%，表明在中國這些技術(shù)研究成果比較多且具有明顯的應(yīng)用與發(fā)展優(yōu)勢。

但是從表1 也可看出，IPC 的分類方法及類別的描述術(shù)語，與科研和生產(chǎn)實際中人們習(xí)慣的按照專業(yè)技術(shù)研究領(lǐng)域的分類方法和表述用語有很大不同，也與國內(nèi)農(nóng)業(yè)敘詞表的分類不同。IPC 分類較細(xì)，有時會把本應(yīng)屬于同一技術(shù)研究領(lǐng)域的內(nèi)容分類到不同的類別中。另外，IPC 分類類別的技術(shù)描述語句一般都較長，往往是包含多個領(lǐng)域詞語的解釋，而不是一個技術(shù)領(lǐng)域的名稱。所以，對于從事番茄研究的專業(yè)人員來說，通過直接參考番茄發(fā)明專利技術(shù)的IPC 分類信息來掌握相關(guān)技術(shù)發(fā)展全局和發(fā)展趨勢，往往難以達(dá)到一目了然的效果。因此，為了便于讀者理解和掌握，有必要對中國番茄發(fā)明專利技術(shù)IPC 分類分布信息進(jìn)行數(shù)據(jù)加工處理，形成與專業(yè)人員所熟悉的學(xué)科和研究領(lǐng)域分類相一致的中國番茄發(fā)明專利技術(shù)分類分布信息。

表1 中國番茄發(fā)明專利申請量居前的20 個IPC 分類小組

2.3 中國番茄發(fā)明專利技術(shù)的研究領(lǐng)域分布

將5 007 件番茄發(fā)明專利依據(jù)其IPC 分類號聚合成了46 類，然后按照專業(yè)分類習(xí)慣，人工將內(nèi)容相同的類別合并調(diào)整為栽培、育種、植保、生物技術(shù)、機械化數(shù)字化和加工（包括貯藏保鮮）等6個研究領(lǐng)域及其所包含的21 個技術(shù)分支。

統(tǒng)計6 個研究領(lǐng)域的發(fā)明專利申請量發(fā)現(xiàn)，加工領(lǐng)域的申請量最多，為1 968 件；第二為栽培領(lǐng)域，為1 753 件；第三為生物技術(shù)領(lǐng)域，為536 件；其余的植保、育種、機械化數(shù)字化領(lǐng)域，分別為455、158 件和137 件（圖2）。

分別對各研究領(lǐng)域中不同技術(shù)分支的發(fā)明專利申請量進(jìn)行統(tǒng)計，對于少數(shù)可以屬于兩個或多個分支的發(fā)明專利采用了交叉分類。結(jié)果表明：在專利總申請量最大的加工領(lǐng)域，調(diào)味品（539 件）、食品（399 件）、番茄紅素（380 件）和飲品（275 件）的專利申請量較大，保鮮質(zhì)檢（93 件）和香料飼料染料等（42 件）很少；在栽培領(lǐng)域，種植技術(shù)（810件）、肥料基質(zhì)（686 件）和育苗嫁接（325 件）的專利申請量較大；在生物技術(shù)領(lǐng)域，基因工程（387件）的專利申請量明顯高于分子標(biāo)記（120 件）和病原微生物檢測（110 件）；植保領(lǐng)域的病害防治（279 件）專利申請量較多，藥劑制備（110 件）和蟲害防治（94 件）較少；育種領(lǐng)域包括材料方法和繁種制種技術(shù)，兩者的專利申請量相當(dāng)；機械化數(shù)字化領(lǐng)域中，自動化數(shù)字化（102 件）的專利申請量多于機械化（圖3）。

2.4 中國番茄發(fā)明專利技術(shù)發(fā)展趨勢

2.4.1 不同研究領(lǐng)域發(fā)明專利申請量的變化 為了分析不同研究領(lǐng)域番茄發(fā)明專利技術(shù)的發(fā)展趨勢，對6 個研究領(lǐng)域番茄發(fā)明專利申請量的年度變化進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加工領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)發(fā)展最早，也最快，至2014 年其申請量每年都為6 個研究領(lǐng)域中最高，之后增加趨勢減緩，2017 年申請量有所下降；栽培領(lǐng)域?qū)＠暾埩吭?008 年之前很少，之后逐步增加，2013 年之后快速增加并超過加工領(lǐng)域；生物技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩吭?009 年之后呈平穩(wěn)增加趨勢，尤其是2019 年和2020 年在有些申請尚未公開的情況下，申請量仍呈明顯上升態(tài)勢；植保領(lǐng)域?qū)＠暾埩吭?010 年之前很少，之后有所增加，2015—2017 年增加較明顯；育種和機械化數(shù)字化領(lǐng)域發(fā)明專利申請量較少，但保持了少量增加的趨勢（圖4）。以上結(jié)果表明，在中國番茄發(fā)明專利技術(shù)研究中，栽培和加工兩個領(lǐng)域最為活躍，具有絕對的優(yōu)勢，而生物技術(shù)、植保和機械化數(shù)字化領(lǐng)域呈現(xiàn)日益增強的態(tài)勢。

2.4.2 不同技術(shù)分支發(fā)明專利申請量的變化 為了進(jìn)一步了解中國番茄不同技術(shù)分支發(fā)明專利技術(shù)發(fā)展的趨勢，對2000 年以后6 個研究領(lǐng)域中不同技術(shù)分支發(fā)明專利申請量的變化進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖5 所示，栽培領(lǐng)域中的種植技術(shù)和肥料基質(zhì)分支的專利申請量2012 年之后高速增長，育苗嫁接分支申請量增長也較明顯；育種領(lǐng)域中的材料方法分支呈波動增長趨勢，繁種制種分支近年增長更快，2017 年有所回落；植保領(lǐng)域中的病害防治分支申請量增長較快，近期略有回落，蟲害防治和藥劑制備分支呈小幅增長趨勢；生物技術(shù)領(lǐng)域中的基因工程、分子標(biāo)記和病原微生物檢測分支申請量均呈增長趨勢，尤以基因工程增長較明顯；機械化數(shù)字化領(lǐng)域中的自動化數(shù)字化分支申請量近幾年呈增長趨勢，尤其是2014 年以后增加明顯；加工領(lǐng)域近年來除裝置工藝分支申請量有所增加外，其他分支均呈下降趨勢。

根據(jù)番茄不同技術(shù)分支發(fā)明專利申請量的變化，大體可將其分為4 種類型：①增加趨勢十分明顯，且數(shù)量較大，例如生物技術(shù)領(lǐng)域中基因工程分支。② 雖然數(shù)量不大，但呈增加趨勢，例如育種領(lǐng)域的材料方法分支，生物技術(shù)領(lǐng)域的分子標(biāo)記和病原微生物檢測分支，機械化數(shù)字化領(lǐng)域的自動化數(shù)字化分支。③雖然有下降趨勢，但仍保持明顯的數(shù)量優(yōu)勢，例如栽培領(lǐng)域的種植技術(shù)、肥料基質(zhì)和育苗嫁接分支，植保領(lǐng)域的病害防治分支，加工領(lǐng)域的調(diào)味品、食品、番茄紅素和飲品分支。④數(shù)量一直較少，變化平緩或略有下降趨勢，例如育種領(lǐng)域的繁種制種分支，加工領(lǐng)域的保健品化妝品、保鮮質(zhì)檢、裝置工藝、香料飼料染料分支等。

2.4.3 番茄發(fā)明專利技術(shù)發(fā)展趨勢 番茄發(fā)明專利技術(shù)研究的重點和熱點應(yīng)從兩個方面挖掘，一是申請量多的技術(shù)分支，二是近年來申請量上升的技術(shù)分支。從數(shù)量上來看，種植技術(shù)、肥料基質(zhì)、育苗嫁接、調(diào)味品、食品等分支的專利申請量顯著高于其他分支，表明這些技術(shù)是中國番茄發(fā)明專利技術(shù)研發(fā)的重點。從增長趨勢來看，基因工程、分子標(biāo)記、自動化數(shù)字化等分支的專利申請量近年增加明顯。例如近5年以來基因工程的申請量達(dá)到223件，占其全部申請量的57%，分子標(biāo)記和自動化數(shù)字化分支的專利申請量分別占各自總申請量的63%和77%，表明這3 個技術(shù)分支為當(dāng)前和近期未來的研究熱點。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在2016—2020 年公布的基因工程分支發(fā)明專利申請中，與果實品質(zhì)相關(guān)的專利數(shù)量占41.7%（93 件/233 件），遠(yuǎn)高于2016年以前22.5%（37 件/164 件）的同類占比，表明果實品質(zhì)相關(guān)的專利技術(shù)研究已成為熱點之中的重點方向，這與近期番茄相關(guān)的科技創(chuàng)新研究中越來越重視果實品質(zhì)的趨勢（杜若鵬 等，2020）是一致的。

3 小結(jié)

本文對在中國研究申請的番茄發(fā)明專利技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)重點及熱點分析，采用信息計量學(xué)分析與專家分析相結(jié)合的方法，對已公布的中國番茄發(fā)明專利技術(shù)的國際分類信息按照專業(yè)上習(xí)慣的技術(shù)領(lǐng)域?qū)⑵浞诸悮w納合并成6 個大的領(lǐng)域，再進(jìn)一步細(xì)分成21 個技術(shù)分支。結(jié)果表明，種植技術(shù)、肥料基質(zhì)、育苗嫁接、調(diào)味品、食品等技術(shù)分支是番茄專利研發(fā)的重點方向，基因工程、分子標(biāo)記、自動化數(shù)字化為中國番茄專利技術(shù)當(dāng)前、近期和未來的熱點研究方向。采用該方法獲得的分析結(jié)果更具體、更直觀。采用信息計量學(xué)分析與專家分析相結(jié)合的方法對專利技術(shù)信息進(jìn)行研究分析屬首次嘗試，尚需進(jìn)一步改進(jìn)和完善。例如嘗試采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類模型訓(xùn)練等手段，提高分類效率與準(zhǔn)確性。