王燕鵬，王學(xué)昭，2，陳小莉，李宜展，劉細(xì)文，2

（1.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心，北京 100190；2.中國科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院圖書情報與檔案管理系，北京 100190）

1 引言

迄今為止，人類社會已經(jīng)歷了三次工業(yè)革命的洗禮，每一次工業(yè)革命的爆發(fā)都深刻地改變了人類的生存環(huán)境、生產(chǎn)形態(tài)、生活方式以及整個社會面貌[1-2]。18世紀(jì)60年代，以英國紡織機(jī)械化為開端，以蒸汽機(jī)的改良和廣泛應(yīng)用為標(biāo)志，集群化的創(chuàng)新形成以蒸汽動力為核心的技術(shù)體系，機(jī)械代替手工勞動帶來生產(chǎn)力的巨大變革和飛越，直接引爆第一次工業(yè)革命[3]。19世紀(jì)50至60年代，電磁學(xué)、熱力學(xué)、化學(xué)研究的進(jìn)步催生出一系列嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，促進(jìn)形成以電力技術(shù)為主導(dǎo)，以內(nèi)燃機(jī)、新通信手段和化學(xué)工業(yè)為主要標(biāo)志的技術(shù)體系，德國和美國率先發(fā)起以電力和內(nèi)燃機(jī)為代表性技術(shù)的第二次工業(yè)革命[4]。20世紀(jì)中葉，尤其是第二次世界大戰(zhàn)后，美國開始了以高科技革命為基礎(chǔ)的第三次工業(yè)革命，以原子能、電子計算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域[2,5]。

縱觀世界格局變遷，集群式技術(shù)創(chuàng)新與工業(yè)變革相伴互動，處于技術(shù)前沿的國家往往率先發(fā)起工業(yè)革命，科技成為國家角逐的決勝之地，高精尖科技創(chuàng)新成為推動社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展、創(chuàng)建國家競爭力新優(yōu)勢的重要驅(qū)動力，甚至是最重要因素[6]。為充分把握第四次工業(yè)革命的歷史機(jī)遇，世界各國必然會布局一系列重點科技領(lǐng)域，以一批關(guān)鍵技術(shù)為抓手，推出一系列的政策、戰(zhàn)略、規(guī)劃、計劃和具體舉措，推動產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)開展研發(fā)攻關(guān)，實現(xiàn)原始創(chuàng)新突破和關(guān)鍵技術(shù)掌控，以期在第四次工業(yè)革命中占據(jù)科技先發(fā)優(yōu)勢。在此背景下，本文立足于情報研究視角，對世界主要國家近年來發(fā)布的科技政策戰(zhàn)略、前沿研發(fā)等重要動態(tài)新聞文本開展定量分析和挖掘，揭示各國為應(yīng)對第四次工業(yè)革命開展的重點領(lǐng)域技術(shù)布局，明確其主要科技發(fā)展舉措，以期為我國布局第四次工業(yè)革命戰(zhàn)略科技領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)、實施相應(yīng)發(fā)展舉措提供情報參考。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心持續(xù)開展科技政策戰(zhàn)略、前沿研發(fā)等重要動態(tài)新聞的跟蹤監(jiān)測，內(nèi)容以重大科技問題、前沿技術(shù)、創(chuàng)新路徑、科技政策、戰(zhàn)略、科技管理制度等為主，信息主要來源于世界主要國家政府等官方機(jī)構(gòu)，一定程度上可以代表國家意志，能夠反映各個國家在應(yīng)對第四次工業(yè)革命時關(guān)注的關(guān)鍵領(lǐng)域技術(shù)以及采取的科技發(fā)展舉措。

2013年4月，在漢諾威工博會上發(fā)布了《保障德國制造業(yè)的未來：關(guān)于實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略建議書》，“工業(yè)4.0”概念在國家層面上被正式提出，并成為《德國2020高技術(shù)戰(zhàn)略》的十大未來項目之一[7]。2014年年末，美國先進(jìn)制造業(yè)合作指導(dǎo)委員會發(fā)布了《加速美國先進(jìn)制造業(yè)》的最終報告[8]。2015年，我國出臺了實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個十年行動綱領(lǐng)《中國制造2025》[9]。2016年，日本在第五個《科學(xué)技術(shù)基本規(guī)劃》中提出“超智能社會”（Society 5.0）概念[10]。由此可見，全球圍繞第四次工業(yè)革命的戰(zhàn)略布局在2014年前后進(jìn)入高潮。因此，本文以2014—2019年上半年監(jiān)測的科技政策戰(zhàn)略和前沿研發(fā)動態(tài)新聞作為分析數(shù)據(jù)，共解析出2182條動態(tài)新聞內(nèi)容，利用每條動態(tài)新聞的標(biāo)題及全文開展文本分析工作，利用動態(tài)新聞的年期歸屬數(shù)據(jù)開展時序分析。數(shù)據(jù)樣例如表1所示。

表1 科技政策戰(zhàn)略和前沿研發(fā)動態(tài)新聞數(shù)據(jù)樣例

2.2 研究方法

本文在對科技前沿和政策動態(tài)新聞文本進(jìn)行預(yù)處理的基礎(chǔ)上，利用NLP（natural language process‐ing）方法從中抽提技術(shù)/政策短語和國家實體，利用科學(xué)計量學(xué)方法開展關(guān)鍵科技領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)和科技發(fā)展舉措分析。具體研究過程如圖1所示。

圖1 研究技術(shù)路線圖

2.2.1 基于NLP和文本挖掘的技術(shù)/政策短語抽取和國家實體抽取研究

本文利用TextRank算法抽取動態(tài)新聞文本中具有實際意義的技術(shù)短語和政策短語，并利用詞性標(biāo)注和詞典匹配的方法抽取動態(tài)新聞文本中的國家實體，上述過程通過Python語言來實現(xiàn)。抽取出的技術(shù)短語和政策短語導(dǎo)入到DDA（Derwent Data Ana‐lyzer）軟件中做進(jìn)一步的規(guī)范化，通過人工判讀的方式對其中出現(xiàn)頻次較高的短語進(jìn)行歸類。其中，描述某一科技領(lǐng)域、范圍較廣且泛化的短語歸為“科技領(lǐng)域短語”，如“生物技術(shù)”“材料研究”等；描述某一科技方向或主題、范圍較窄且具體的短語歸為“技術(shù)短語”，如“量子技術(shù)”“人工智能技術(shù)”等；描述科技發(fā)展舉措的短語歸為“發(fā)展舉措短語”，如“研究項目”“合作研究”等。

2.2.2 基于科學(xué)計量學(xué)方法的關(guān)鍵領(lǐng)域技術(shù)和舉措分析

基于上述抽取出的科技領(lǐng)域短語、技術(shù)短語、發(fā)展舉措短語以及國家實體，利用頻次統(tǒng)計、時序分析和共現(xiàn)分析等科學(xué)計量學(xué)方法，開展關(guān)鍵領(lǐng)域技術(shù)和舉措分析，包括關(guān)鍵科技領(lǐng)域及熱度變化、關(guān)鍵技術(shù)及熱度變化、關(guān)鍵技術(shù)國家布局、重點科技舉措及國家布局、驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步的科技發(fā)展舉措等分析內(nèi)容。

3 第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵領(lǐng)域技術(shù)和舉措分析

3.1 關(guān)鍵科技領(lǐng)域分析

（1）生物與農(nóng)業(yè)、材料、航空航天與空間、數(shù)字與通信、能源、海洋、傳統(tǒng)制造業(yè)是第四次工業(yè)革命中全球重點關(guān)注的關(guān)鍵科技領(lǐng)域。

統(tǒng)計科技領(lǐng)域短語在政策前沿動態(tài)中的提及頻次并降序排列，選取頻次最高的20個科技領(lǐng)域進(jìn)行歸納分析。由表2可知，生物與農(nóng)業(yè)（生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)研究、農(nóng)業(yè)技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)）、材料（材料研究、新材料、材料技術(shù)）、航空航天與空間（航空航天研究、空間領(lǐng)域）、數(shù)字與通信（數(shù)字技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)）、能源（能源系統(tǒng)、能源領(lǐng)域、能源研究）、海洋（海洋研究、海洋科學(xué)）、傳統(tǒng)制造業(yè)（車輛技術(shù)、制造業(yè)發(fā)展、制造工藝）均是第四次工業(yè)革命中全球重點關(guān)注的關(guān)鍵科技領(lǐng)域。生物與農(nóng)業(yè)是第四次工業(yè)革命產(chǎn)業(yè)和技術(shù)革新的重要領(lǐng)域，生物與農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展直接影響人民生命健康、生存質(zhì)量和社會福祉。材料科技作為關(guān)鍵使能技術(shù)[11]，將帶動機(jī)械、化工、電子、航空、能源等大批產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，是第四次工業(yè)革命的基礎(chǔ)和重要推動力量。深海空天科技進(jìn)步將使得人類探索自然、利用自然的手段更快、更遠(yuǎn)、更強(qiáng)[12]。數(shù)字與通信科技推動數(shù)字空間、物理空間和生物空間的深度融合，數(shù)字新基建將成為第四次工業(yè)革命中社會生產(chǎn)方式變革的重要基礎(chǔ)和條件[13]。能源是維持生產(chǎn)生活和社會發(fā)展必不可少的核心要素，能源科技貫穿了歷次工業(yè)革命的始末，是推動和完成整個工業(yè)革命的核心技術(shù)要素，新型能源、綠色能源、能源高效利用將是第四次工業(yè)革命中能源科技發(fā)展的重要趨勢[14]。制造業(yè)在第四次工業(yè)革命歷史潮流中再次成為全球競爭的優(yōu)先事項，以新技術(shù)為抓手轉(zhuǎn)型升級制造業(yè)已成為引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的重要手段[15]。

表2 全球重點關(guān)注的關(guān)鍵科技領(lǐng)域（Top 20）

（2）生物、材料、航空航天、能源、數(shù)字等領(lǐng)域保持著較高的關(guān)注熱度，并且增長趨勢明顯，農(nóng)業(yè)和制造領(lǐng)域在主要發(fā)達(dá)國家中的關(guān)注熱度有所減弱。

以半年時間為窗口，以提及某科技領(lǐng)域的動態(tài)新聞數(shù)量占當(dāng)前時間窗口總動態(tài)新聞數(shù)量的百分比作為當(dāng)前科技領(lǐng)域的關(guān)注熱度，分析關(guān)鍵科技領(lǐng)域關(guān)注熱度的變化情況。由圖2可知，生物、材料、航空航天、能源、數(shù)字等領(lǐng)域保持著較高的關(guān)注熱度且增長趨勢明顯。在生物領(lǐng)域，2019年3月，英國研究與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)（UK Research and Innovation，UKRI）宣布投入4500萬英鎊推進(jìn)生物大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，用于支持未來藥物、癌癥遺傳學(xué)、再生醫(yī)學(xué)和農(nóng)作物疾病預(yù)防等研究領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)[16]。在材料領(lǐng)域，2019年1月，美國能源部宣布提供4500萬美元擬資助化學(xué)與材料領(lǐng)域的量子信息科學(xué)研究[17]。在能源領(lǐng)域，2019年2月，歐盟委員會宣布設(shè)立創(chuàng)新基金，在2020—2030年投入超過100億歐元，支持能源、建筑等部門的清潔技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新。相較而言，農(nóng)業(yè)和制造領(lǐng)域在主要發(fā)達(dá)國家中的關(guān)注熱度則有所減弱[18]。

圖2 全球重點關(guān)注的關(guān)鍵科技領(lǐng)域熱力分布圖(時間窗口為半年)

3.2 關(guān)鍵技術(shù)分析

（1）量子計算、人工智能、再生能源、納米技術(shù)、基因技術(shù)等已成為第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動力，與此同時，技術(shù)創(chuàng)新監(jiān)管也引起了充分重視。

統(tǒng)計技術(shù)短語在政策前沿動態(tài)中的提及頻次并降序排列，選取頻次最高的30個技術(shù)短語進(jìn)行歸納分析。由表3可知，量子計算、人工智能、再生能源、空間探索、納米技術(shù)、基因技術(shù)等已成為第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動力；同時，技術(shù)創(chuàng)新監(jiān)管也引起了人們的充分重視。量子計算具有經(jīng)典計算無法比擬的巨大信息攜帶和超強(qiáng)并行處理能力[19]，奠定了智能浪潮下的算力基礎(chǔ)，有望形成未來幾乎所有科技領(lǐng)域加速發(fā)展的“新引擎”。人工智能是智能化時代的關(guān)鍵使能技術(shù)，其強(qiáng)大的賦能性對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步有著重要影響，人工智能驅(qū)動的智能化變革主導(dǎo)了第四次工業(yè)革命，將會引發(fā)社會生產(chǎn)方式的深刻變革[20]。太陽能、生物質(zhì)能等再生能源的發(fā)展利用是第四次工業(yè)革命中貫徹綠色發(fā)展理念的重要基礎(chǔ)。納米尺度下的物質(zhì)會呈現(xiàn)出與宏觀物體和微觀粒子截然不同的特性，納米技術(shù)促進(jìn)了新型材料和超材料的快速發(fā)現(xiàn)，在醫(yī)學(xué)、能源、環(huán)境、信息和軍事等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[21]?；蚣夹g(shù)發(fā)展促進(jìn)了生命健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境、能源化工等領(lǐng)域的進(jìn)步，具有漸進(jìn)性、滲透性和顛覆性的影響[22]。硬科技的快速發(fā)展在推動第四次工業(yè)革命的同時，也可能帶來安全、倫理、公平等風(fēng)險和挑戰(zhàn)，因此，監(jiān)管研究、開放科學(xué)、風(fēng)險研究等軟科學(xué)課題也引起了充分重視。

表3 全球重點布局的關(guān)鍵技術(shù)（Top 30）

（2）量子技術(shù)、人工智能、氣候研究、傳感器技術(shù)、空間探索、制造技術(shù)等保持著較高的關(guān)注熱度，并且增長趨勢明顯，大數(shù)據(jù)和再生能源技術(shù)在主要發(fā)達(dá)國家中的關(guān)注熱度有所減弱。

以半年時間為窗口，以提及某技術(shù)的動態(tài)新聞數(shù)量占當(dāng)前時間窗口總動態(tài)新聞數(shù)量的百分比作為當(dāng)前技術(shù)的關(guān)注熱度，分析關(guān)鍵技術(shù)關(guān)注熱度的變化情況。由圖3可知，量子技術(shù)、人工智能、氣候研究、傳感器技術(shù)、空間探索等技術(shù)保持著較高的關(guān)注熱度，并且增長趨勢明顯。其中，量子技術(shù)和量子計算在2018年下半年出現(xiàn)關(guān)注高峰，人工智能、傳感器技術(shù)和制造技術(shù)在2019年上半年出現(xiàn)關(guān)注高峰，氣候研究和空間探索在2018年上半年和2019年上半年出現(xiàn)關(guān)注高峰。此外，再生能源和大數(shù)據(jù)技術(shù)近年來的關(guān)注熱度呈現(xiàn)波動減弱的態(tài)勢，可能是由于技術(shù)發(fā)展方向的逐步細(xì)化和具象化，籠統(tǒng)上位技術(shù)概念的使用逐漸在各國科技動態(tài)報道中減少。例如，再生能源細(xì)化為太陽能發(fā)電、生物質(zhì)原料等；大數(shù)據(jù)技術(shù)細(xì)化為人工智能、量子計算、計算系統(tǒng)等。

圖3 全球重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)熱力分布圖(時間窗口為半年)

（3）美、英、日、德、法等國和歐盟重點布局的關(guān)鍵技術(shù)包括機(jī)器人技術(shù)、人工智能、再生能源、空間探索等，同時，各個國家/地區(qū)的布局情況也存在一定差異。

統(tǒng)計世界主要發(fā)達(dá)國家/地區(qū)對上述關(guān)鍵技術(shù)的動態(tài)新聞報道次數(shù)，針對每個國家/地區(qū)選取報道次數(shù)最多的5項技術(shù)，以此分析重點布局情況。由表4可知，美、英、日、德、法和歐盟重點布局的關(guān)鍵技術(shù)包括機(jī)器人技術(shù)、人工智能、再生能源、空間探索等。例如，2019年1月，歐洲人工智能項目（Artificial Intelligence for Europe，AI4EU）正式啟動，項目匯聚了來自歐洲21國的79家頂尖研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)，聚焦人工智能資源建設(shè)，包括數(shù)據(jù)存儲、計算能力、智能工具及智能算法，旨在為潛在用戶提供智能技術(shù)服務(wù)和支撐，為其研發(fā)和生產(chǎn)過程提供集成的人工智能解決方案[23]；2018年10月，美國白宮發(fā)布了《美國先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)力戰(zhàn)略》，提出未來優(yōu)先關(guān)注技術(shù)方向，其中包括先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人、人工智能基礎(chǔ)設(shè)施等方向[24]；2018年12月，英國自然環(huán)境研究理事會（Natural Environment Re‐search Council，NERC）宣布出資2400萬英鎊支持第四批重點主題的14個項目，其中包括“深層地?zé)嶙鳛橐环N潛在的未來主要能源”項目[25]；2018年12月11日，日本政府召開宇宙開發(fā)戰(zhàn)略本部會議，發(fā)布《宇宙基本計劃》實施進(jìn)度表修訂版，補(bǔ)充并細(xì)化了空間項目內(nèi)容，使工程進(jìn)度更加具體、全面[26]。

表4 美、英、日、德、法和歐盟重點布局的5項關(guān)鍵技術(shù)

在上述關(guān)鍵技術(shù)布局的共性之外，各個國家/地區(qū)的布局情況也存在一定差異。歐盟重點布局了生物質(zhì)原料、食品技術(shù)、開放科學(xué)等，德國重點布局了納米技術(shù)。

3.3 科技發(fā)展舉措分析

（1）美、英、日、德、法等國和歐盟的共性科技發(fā)展舉措包括投資計劃、合作研究、政策研究和研究項目等，同時，它們的具體舉措也存在一定差異。

統(tǒng)計世界主要發(fā)達(dá)國家/地區(qū)對各類發(fā)展舉措短語的動態(tài)新聞報道次數(shù)，針對每個國家/地區(qū)選取報道次數(shù)最多的5項科技發(fā)展舉措，以此開展分析。由表5可知，美、英、日、德、法和歐盟的共性科技發(fā)展舉措包括投資計劃、合作研究、政策研究和研究項目等。美國以研究項目部署為主，此外還包括投資計劃、研究人員配套等；英國、德國和法國等歐洲國家采取的舉措中，合作研究較為突出；日本以基礎(chǔ)研究、投資計劃等舉措為主。

表5 美、英、日、德、法和歐盟的5項重點科技發(fā)展舉措

（2）驅(qū)動各類關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步的重點科技發(fā)展舉措各不相同，存在較大差異。

統(tǒng)計各類關(guān)鍵技術(shù)（Top 30）和各類科技發(fā)展舉措在動態(tài)新聞報道中共同出現(xiàn)的次數(shù)，據(jù)此分析驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步的重點科技發(fā)展舉措。由圖4可知，驅(qū)動各類關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步的重點科技發(fā)展舉措各不相同，存在較大差異。值得注意的是，政策研究在推動氣候研究、再生能源發(fā)展、氣候變化、開放科學(xué)、監(jiān)管研究等技術(shù)發(fā)展方面起到了重要作用；驅(qū)動人工智能技術(shù)進(jìn)步的重點舉措包括研究機(jī)構(gòu)投入、投資計劃、教育培訓(xùn)、企業(yè)支持和基礎(chǔ)研究等。

圖4 驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步的科技發(fā)展舉措分析

4 結(jié) 論

本文立足于情報研究視角，面向第四次工業(yè)革命關(guān)鍵領(lǐng)域技術(shù)和舉措布局分析的目的，利用NLP、文本挖掘和科學(xué)計量學(xué)等方法，定量揭示各國為應(yīng)對第四次工業(yè)革命開展的重點領(lǐng)域技術(shù)布局，明確其主要科技發(fā)展舉措。由此發(fā)現(xiàn)，世界主要國家重點關(guān)注生物與農(nóng)業(yè)、材料、航空航天與空間、數(shù)字與通信、能源、海洋、傳統(tǒng)制造業(yè)等科技領(lǐng)域，積極布局量子計算、人工智能、再生能源、納米技術(shù)、基因技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，并采取投資計劃、合作研究、政策研究和研究項目等發(fā)展舉措，推動上述科技領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。

第四次工業(yè)革命浪潮正以前所未有的態(tài)勢席卷而來，面對這一歷史機(jī)遇，我國應(yīng)從基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面審視我國在第四次工業(yè)革命關(guān)鍵領(lǐng)域和技術(shù)上的實力水平和薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)揮優(yōu)勢、補(bǔ)足短板、另辟蹊徑，牢牢掌握核心技術(shù)，實施積極的知識產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略，推動技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程，為第四次工業(yè)革命創(chuàng)造堅實的科技支撐基礎(chǔ)和強(qiáng)勁的技術(shù)驅(qū)動力。