科技奥运的实证解读——以奥运技术相关专利为例

王 琪

(天津师范大学体育科学学院，天津 300387)

百年奥运发展历史证明，科学技术作为现代奥林匹克运动存在方式，是现代奥林匹克运动发展最重要的驱动力之一。2008北京奥运会提出了“科技奥运”的重要理念，是现代奥运史上首次明确地把科学技术的作用与举办奥运会相结合，也是对奥运会中科学技术价值的完美诠释。“科技奥运”的一个重要含义是应用先进、适用的科学技术支撑奥运会，以满足奥运会对科学技术的需要。对于科学技术而言，“专利文献是各种具有应用价值的技术发明的实际记录。它包含有相当丰富的详尽的技术情报。世界上的技术发明有90%～95%发表在专利文献上，而除了专利文献库外，世界上有80%～95%的专利文献情报是其他技术文献中获取不到的”［1］。因此，在现代科技情报工作中，专利文献是一种极其重要的技术情报源。1998年，联合国教科文组织发表的《1998年世界科学报告》中指出，技术活动可以通过专利局公布的专利数量描述，这里不把专利看作一种工业手段，而是看作处于知识前沿的技术能力的标志［2］。可见，通过对奥运会相关技术专利的计量分析，可以了解世界各国用于奥运科技创新活动与科技发展状况，这对于进一步理解科技奥运的重要内涵，以及为我国追踪科技奥运发展前沿和未来科技奥运战略的制定有一定的价值。

专利计量是科学计量学中的新兴领域，国外专利计量研究始于20世纪70年代。“专利计量”最早由纳林(Francis Narin)于1994年在《Scientometircs》上提出，英文可用Patent Bibliomatrics或Patentometrics表示。其定义具体如下:将数学和统计学的方法运用于专利研究，以探索和挖掘其分布结构、数量关系、变化规律等内在价值［3］。国内专利计量研究起步较晚，直到1985年，国内才出现关于专利引文的初步介绍。而目前的体育学界尚未见到专利计量的相关文献。

在当前的科学计量与专利计量方法中，一种有效获取知识、发现知识和探测知识前沿的新领域与新手段——以知识单元为分析基础的知识图谱和知识可视化方法，正在蓬勃兴起。作为科学计量学最新发展的科学知识图谱是“以科学知识为对象，显示科学知识的发展进程与结构关系的一种图形，它是以科学学为研究范式，以引文分析方法和信息可视化技术为基础，涉及数学、信息科学、认知科学和计算机科学诸学科交叉的领域”［4］。利用这种研究方法，可将科学前沿领域的海量文献数据信息转换为可视化图像，展示单凭个人经验难以直观获得的学科前沿领域的总体图景、发展态势与结构特征等等。基于此，本文拟从专利文献的新视角以及利用科学知识图谱的新方法来对科技奥运进行实证分析。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文的数据来源于德温特创新专利引文索引数据库(Derwent Innovation Index，DII)。该数据库是以德温特世界专利索引(Derwent World Patent Index)和德温特世界专利引文索引(Patents Citation Index)为基础形成的专利信息和专利引文信息数据库，于1948年在英国创建，目前隶属于Thomson Reuters集团，是世界上最大的专利文献数据库。德温特数据库目前共收录1963年以来来自全球40多个专利机构的近2 000万条专利文献记录，并且每周增加25 000条专利文献记录。为了尽可能地涵盖所有奥运会专利数据，在美国科学情报研究所(ISI)网络检索平台Web of Knowledge的德温特数据库中用检索式 TS=Olympic Game* 进行检索，下载了1975—2010年的与奥运会相关的专利数据356条;为了保证所选数据是专门针对奥运会而设计，还对原数据进行人工筛选，专利文献内容介绍一般包括“新颖性”、“用途”、“优势”、“特征描述”，如果专利文献的用途介绍中的首要用途为奥运会，说明该专利直接针对奥运会而设计。选择首要用途为奥运会的313条专利文献数据(以下简称奥运专利)作为本文的统计数据，数据最后更新日期为2011年1月17日。

1.2 研究方法

采用一般统计与科学计量学中的共现分析法，共现分析是将各种信息载体中的共现信息定量化的分析方法，通过共现分析可以发现研究对象之间的亲疏关系，挖掘隐含的或潜在的有用的知识，它正成为支持知识挖掘和知识服务的重要手段和工具［5］。本文还借助了代表科学计量学最新发展、由美国华人学者陈超美博士开发的处于国际领先水平的信息可视化软件CiteSpace进行科学知识图谱的绘制。

2 结果与分析

2.1 奥运专利的时间分布

首先对奥运专利的时间分布进行了分析。德温特专利数据库的收录的起始时间是1963年，而直到1975年才有第一项奥运专利的数据。从1975—2010年的26年间，奥运专利共有313项，其时间分布如图1所示。

从图1的数据变化趋势中可见，在1975年至1998年之前，除了1981年和1991的数量出现了小高峰之外，这期间专利的数量较少，在1998年专利数突增至7项，并在这之后呈快速增长的趋势，2005年专利申请数又回落到7项，但之后一直保持高速增长，2008年达到26年来的峰值。值得注意的是，在整个26年间，与奥运会相关的专利数量总是定期出现一次突增，而突增的时间与从1976年以来夏季奥运会举办时间基本一致。上述现象从一定程度上反映了奥运会对科技的依赖越来越明显，奥运会也为开展相关科技研发提供了有效动力和良好契机。

2.2 受理奥运专利申请的主要知识产权机构及其受理数量

通过对受理奥运专利申请的主要国家和知识产权组织进行计量分析，可以了解主要科技研发者、机构和国家向哪些国家和国际知识产权组织申请奥运专利，进而洞悉世界奥运会科技研发的集中地以及衡量各国奥运科技开发综合水平与实力。

图1 1975—2010年奥运专利年度数量分布情况

德温特数据库中的每一条记录描述了一族专利，即同族专利。同族专利包括基本专利和同等专利。德温特数据库中的每一条记录的专利号码［Patent Number(s)，简称PN］项目中，都包括一个或多个专利号码，其中第一个专利号码为基本专利，其他的为同等专利。每一个专利号码由两个字母和10个以内的数字组成，比如 CN1561180，JP2006293554，US1710686等，其中前两个字母是世界知识产权组织(WIPO)设置的国家代码，CN代表中国，JP代表日本，US代表美国等。

统计结果显示，313项奥运专利共包括528个专利号码，其中包括27个受理国家(地区)/国际知识产权机构。从表1中可以看到，美国、中国大陆、世界知识产权组织、欧专局、日本、澳大利亚、德国、法国、韩国、俄罗斯是其中前10位知识产权机构，共受理480次专利申请，占总数的90.9%，这说明上述国家特别重视有关奥运会相关科技的发展和技术保护，我国也已成为全球奥运会相关科技研发的一支重要力量。2007年，我国科技部在《中国科技实力研究报告》中对我国从2002～2007年的科技发展状况作了总结，其中提到了国内发明专利年申请量连续三年超过国外申请量，2006年我国发明专利申请量居世界第四位［6］。可以说，我国整体科研产出和创新能力显著增强是我国的奥运会科技实力位居世界前列的重要保障。与此同时，我国不断重视科技助奥运的理念也是实现奥运会科技实力增强的直接动力。

表1 奥运专利申请的知识产权受理机构、受理数量及比例

2.3 拥有奥运基本专利的专利权人计量分析

2.3.1 各类专利权人的数据及比例

图2 1975—2010年各类专利权人的数量与比例

统计结果显示，在313项专利中，共有263位专利权人。个人作为奥运专利的专利权人的数量达到139项，占到总量的52.85%。企业作为专利权人的数量也达到了93项，占到总量的35.36%，这表明在奥运会相关科技的发展中，个人与企业发挥着不可替代的主导作用。企业与个人联合作为专利人的专利有20项，占到总量的26.66%。耐人寻味的是，高校和科研单位的专利数量较少。有学者曾对国际奥林匹克运动研究成果的机构分布做过统计分析，发现大学和科研机构是奥林匹克运动研究的中坚力量［7］。然而，作为科研论文产出的主要力量的大学和科研机构却在专利申请上的热情不高。

2.3.2 高产专利权人分布情况 在313项基本专利中，拥有两项专利以上的专利权人共有18个，我们将其称之为高产专利权人。

通过表2可以再次证明，从世界范围来看，个人和企业是奥运专利的发明主体;美国、中国和日本在拥有高产专利权人的数量远远高于其他各国(地区)，它们在奥运会科技领域处于世界领先地位;另外，从各企业以及个人的主要研发领域来看，为奥运会提供技术保障的领域涉及计算机、信息、环境、能源、通讯、制造业、服务业等等。这充分表明奥运会已不只是单纯的、孤立的体育现象，而是一项复杂而庞大的社会系统工程，它需要多学科、多角度、多行业因素的整合。

2.4 奥运专利的热点技术领域及其演进

从1975年第一笔奥运专利至今已经经历了26年，为了解其涵盖的技术范围、不同时期的技术研发的热点及发展趋势，对主题词和德温特分类代码进行共现分析。主题词是专利文献主题的高度概括和凝练，它的来源包括论文标题、摘要和关键词等，频次高的主题词代表着热点研究或应用领域。德温特分类代码则代表了专利技术领域。利用Citespace软件的共现分析功能，将1975—2010的26年时间段按5年一个时间段，选择每个时间段中出现频次最高的30个主题词和分类代码，将生成的数据导入Pajek软件中，得到了由202个节点和666条连线组成的共词网络图谱。每一个三角形节点代表一个主题词，每一个圆点代表一个分类代码，字体越大，表示频次越高，而连线代表共现系数，连线颜色代表发生共现的时间。

在最新修订的德温特数据库中，专利首先分为化学(A－M)、工程(P－Q)、电气和电子(S－X)三大领域，这些领域又分为20个主要的学科领域或专业，包括A－聚合物和塑料、B－医药、C－农业化学、D－食品、清洁剂、水处理和生物工艺学、E－常规化学品、F－纺织和造纸、G－印刷、涂料、摄影、H－石油、J－化学工程、K－核能利用、化学爆破和防爆、L－耐火材料、陶瓷、水泥和电化学、M－冶金学、S－仪器、测量和测试、T－计算与控制、U－半导体与电子电路、V－电子元器件、W－通信、X－电力工程、P－通用、Q－机械。这些专业再进一步分类，每个类别都包含代表专业的字母，后面跟随两位数字。例如，T01是数字计算机、电子数据处理，界面和程序的控制、机械数字计算机的分类代码。因此，通过对某一技术领域的专利代码进行分析，可得知该技术主要集中在哪些部类，从而获知该领域的技术构成情况的热点分析。

表2 奥运专利主要专利权人基本情况

图3 1975—2010奥运专利主题词、专利代码共词网络知识图谱

从图谱中的德温特专利分类代码的节点大小，并结合图谱导出的数据来看，奥运专利技术涉及领域的频次依次为:工程(12次)、电气和电子(11次)、化学(3次)。从学科或专业领域来分析，奥运专利技术依次涉及了机械(7次)、通信(5次)、通用(5次)、计算与控制(3次)、聚合物和塑料(2次)、仪器、测量和测试(2次)、食品、清洁剂、水处理和生物工艺学(1次)、电力工程(1次)等八大学科或专业领域。

表3 奥运专利重要德温特分类代码

为了更加细致地了解主要奥运相关专利技术领域，有必要对图谱的结构进行分析。总体上看，图谱的主题词分为5个相对集中的聚类。根据图谱主题词共现的时间与图谱上方的时间色带来标注5个聚类的顺序，其中，聚类1出现的时间最早，时间跨度整个26年，表明从1975年至今，该技术领域一直是人们关注的焦点;聚类2出现于20世纪80年代早期;聚类3则出现在20世纪80年代末和本世纪初;聚类4出现在20世纪90年代末至本世纪初;而包含主题词和分类代码最多的聚类5的出现时间是在2000年以后。

表4 奥运专利重要主题词

根据德温特专利分类代码，聚类1是以“运动、游戏、玩具”为技术主题而形成的主题词聚类。“运动、游戏、玩具”是聚类1中中心性最高的专利代码，按照社会网络分析理论，中心性是指其所在网络中通过该点的任意最短路径的条数，是网络中节点在整体网络中所起连接作用大小的度量［8］，软件会用紫红色的圈来标注。该聚类的高频主题词有“跑道”、“跑道内侧”、“举重训练室”、“划船比赛”、“球的空气动力性能”等等，这说明在过去的近30年中，围绕奥运会赛前训练和比赛的模拟装置、场地设计方案、比赛器械的设计等一直是专利技术研发的重点领域。奥运会是全球最大的体育赛事，高水平的竞技运动是奥运会的核心，这也使得围绕运动员训练和比赛以及场地、器材展开科技研发也一直为世界各国科技人员所关注。

聚类2是图谱中一个独立的聚类，该聚类各主题词之间联系非常紧密，表明该聚类所研发的技术内容较集中。德温特分类代码显示，聚类2的技术领域重点在“建筑辅助设施，特殊结构”上。与该专利代码相连的主题词中，频次最高的主题词为“奥运火炬”，另外，相关的主题词还有“火炬塔结构”、“移动甲板”、“主要接入平台”、“升降平台”、“点火运动员”等，这些主题词基本与火炬塔建筑设计相关。现代奥运会发展史表明，1976年蒙特利尔奥运会上，人们第一次将圣火热能转换成电波并经卫星传至加拿大，然后使用激光点燃火炬的现代科学技术传送奥林匹克火种，但这一做法后来受到了非议，从1980年莫斯科奥运会开始，又恢复了传统方式，进行了火炬接力传递，莫斯科奥运会也专门设计了巨型火炬塔。可以推测，围绕奥运会火炬塔的设计技术在1980年前后受科技人员特别的重视与这一历史背景有较大的关联。

聚类3的形成年代为20世纪80年代末至本世纪，整个聚类3的主题词主要集中在两个密切相关的专利技术领域，分别是“燃烧设备/流程”和“照明、点火”，这两个技术领域同属于德温特数据库中的“发光、发热”领域。与“燃烧设备/流程”相连的高频主题词有“燃油喷嘴”、“燃料容器”、“杯身”、“碳氢火焰”、“无水甲基”等，而与“照明、点火”相连的高频主题词有“不同的颜色”、“燃料供应”、“彩色火焰”等。通过原文的分析，发现这些主题词都与奥运火炬的设计相关，具体是关于燃料的选择、保持火焰稳定燃烧的装置设计。奥林匹克火炬是奥林匹克圣火的载体。1936年奥运会开始至今，火炬成为奥林匹克运动的重要遗产。奥运火炬除了外观设计，其内部燃烧系统是整个火炬的“心脏”。对于火炬燃烧系统来说，燃料选择和保证火炬稳定燃烧的问题是其最关键性的问题。奥运会历史上也曾在火炬上出现意外，雅典奥运会在火炬传递的两个最重要的仪式上都曾出现熄火现象。因此，不难理解，设计一支符合高科技要求的火炬是世界各国科技工作者重视的课题。

聚类4是20世纪90年代后期重点研发的技术领域，聚类4的专利技术领域主要包括:“计数，结算，自动售货机，自动取款机和POS系统(T05)”、“时钟和定时器(S04)”、“书籍，特殊印刷品(P76)”、“男子服饰用品，珠宝首饰(P23)”等。其中的三个专利技术分类代码通过“计数，结算，自动售货机，自动取款机和POS系统”与聚类5相连，而在后面的分析中，了解到聚类5与现代信息和通讯技术有关。这一方面体现了奥运会的相关配套服务是成功举办不可忽视的环节，另一方面也体现了为建设和完善电子商务支撑环境，充分满足奥运会的商务需求提供技术支持成为世界各国科技人员越来越关注的课题。

图谱显示，聚类5的形成时间是2005年－2010年，它代表了整个奥运相关专利技术的研发前沿。从该聚类所涉及的技术领域来看，它涉及了仪器、测量和测试(S)，计算与控制(T)，通信(W)，电力工程(X)，教育、密码学、广告(P85)等众多学科或专业领域。而这些技术领域相互联系、相互交叉形成了一个密集的技术群。在该技术群中，专利技术又主要集中在“通信”和“计算与控制”这两大领域。

在“通信”领域，“音频/视频录制和系统”(W04)不仅是聚类5，也是整个图谱中心性最高的分类代码，聚类5中的多个专利领域都与之相关。通信领域的其它重要技术还有“电话和数据传输系统(W01)”、“广播、无线与电话线传输系统(W02)”、“电视和无线电广播接收机(W03)”、“航空、海洋和雷达系统(W06)”。与“通信”领域密切联系的技术领域是“计算与控制”领域。其中，“数字计算机(T01)”、“电脑外部设备(T04)”是“计算与控制”中最主要的技术领域。上述两个核心的技术领域形成了一个庞大的信息技术群，表明目前奥运会相关科技的研发创新主要在基于计算机数字技术的信息、通讯技术领域。

3 结论与展望

3.1 结论

通过上述奥运专利的时间分布、受理奥运专利申请的主要知识产权机构及其受理数量、拥有奥运基本专利的专利权人的计量，可以看到，美国、中国、日本、澳大利亚、德国、法国、韩国、俄罗斯是奥运科技较为发达的国家。尤其是美国、中国和日本在拥有高产专利权人的数量远远高于其他各国，它们在奥运会科技领域处于世界领先地位;个人和企业是奥运专利的发明主体，而作为科研论文产出的主要力量的大学和科研机构却在专利申请上的热情不高;从各企业以及个人的主要研发领域表明全方位、多层次、广领域、高水平的奥运会科技体系已经形成。

此外，通过对不同时期奥运专利的热点技术领域及其演进的知识图谱分析，也映射出了科技奥运的发展具有如下特征:①高速发展的科技奥运。从20世纪70年代以来，奥运专利文献有了突破，并在90年代后保持高速度发展，向人们展示了随着科学技术的迅速发展，科技在奥运会中扮演的角色越来越重要，现代奥运会科技创新活动日益活跃。奥运会开始更多地引进现代技术成果，并借助于技术的力量而得到快速发展。在此过程中，科技应用不断加速，现代高技术成果从其产生到在奥运会上的应用时间不断缩短。②科技对奥运会的全面渗透。从1975年第一项奥运专利至今，科技在奥运会中的应用范围不断扩大，技术全面地渗透到奥运中，从最开始的多限于奥运会竞赛相关的训练、场地、器材等方面，逐级扩展到奥运建筑、奥运火炬、奥运通讯、奥运比赛信息传输、奥运商务等众多领域。此外，奥运会应用的现代技术种类越来越丰富，尤其是当今世界上最先进的数字信息技术、通讯技术成为现代奥运会协调、管理、运行和成功举办的基础和保障。正是由于先进信息通讯技术的推动，才使得奥运传播的范围大大提升，使奥运成为一个真正意义最为广泛的人类体育盛会。③奥运会成为科技创新的引擎。随着科技与奥运的不断融合，“人们对现代技术的态度已经不再仅仅是满足于借助技术本身所提供的帮助了，而是转向根据自身需要来主动地、更积极地开发技术，以获得收益［9］。”例如，北京2008年奥运会在《奥运科技行动计划》中提出的总体目标为“以科技助奥为契机，提高我国科技创新能力和科技服务于经济、社会发展的水平，促进我国高科技跨越式发展”［10］。可见，奥运会应用科技的同时，反过来也客观上大大推动了信息通信技术创新。因此，我国有学者提出:奥运已经成为一个新的技术开发包，一个新的科技创新源［11］。

3.2 展望

在科学计量学界，专利计量已逐渐形成较为系统的指标体系，笔者仅仅对专利文献进行了初步的定量分析与知识图谱研究，但毕竟是第一次涉及这样较系统的专利计量研究，还有待进一步深入研究。①继续深入研究专利检索技术，全面了解各个专利数据库中奥运专利的信息，争取将检索工作做得更精确;②进一步拓展专利指标，并将所有指标都实际计量，更加完善奥运专利计量的完整性和科学性;③深入了解奥运专利的相关技术的构成，进一步提高奥运专利研究的实践指导性。

［1］邱均平编著.文献计量学［M］.北京:北京科学技术文献出版社，1988:435.

［2］栾春娟.基于专利计量与可视化手段的技术前沿探测——以波音公司为例［J］.情报理论与实践，2009(8):69－71.

［3］邱均平，马瑞敏，徐 蓓，等.专利计量的概念、指标及实证［J］.情报学报，2008(4):556 －565.

［4］刘则渊，陈 悦，侯海燕，等.科学知识图谱:方法与应用［M］.北京:人民出版社，2008.

［5］王曰芬，宋 爽，卢 宁，等.共现分析在文本知识挖掘中的应用研究［J］.中国图书馆学报，2007，3(168):59 －64.

［6］中国科技实力研究报告令人振奋 我国科技发展对世界影响力迅速提高［J］.今日科技，2007(10):54 －55.

［7］王 琪，方千华.基于知识图谱的国际奥林匹克运动研究现状及发展趋势［J］.武汉体育学院学报，2010(5):5－10.

［8］林聚任.社会网络分析:理论、方法与应用［M］.北京:北京师范大学出版社，2009:2.

［9］王 玲.科技与奥运契合过程及特征的历史解析［J］.东北大学学报(社会科学版)，2008(3):205 －210.

［10］中华人民共和国科学技术部.奥运科技(2008)行动计划［EB/OL］.http://www.most.gov.cn，2011 －01 －08.

［11］董传升.科技奥运的技术困境及消解［J］.体育科学，2004(10):2－8.