国际网球专利技术领域竞争情报的可视化分析

张元梁，司虎克

网球运动被称为当前世界上第二大球类运动，最早是在12世纪前后萌芽在法国宫廷中的贵族娱乐活动，随后在英国诞生，最后在美国得到进一步的发展和普及，目前已经有近千年的历史。1885年，网球传入中国，由于起步较晚，在技术、理论以及推广等方面明显落后于国外。经过一百多年的发展，国内网球运动开展程度以及相关技战术、运动水平有了长足的进步和提升，并涌现出一批优秀的网球运动员，如2011年中国运动员李娜获得法网冠军。通过对网球领域研究文献进行查阅发现，国内、外对网球的研究大多集中在网球技战术、运动训练等方面，而尚未从专利技术成果角度为切入点，进行网球项目在专利技术领域的研究。专利作为一种科技发明成果，在促进科技和经济的发展等多方面起到了重要作用。从1474年威尼斯共和国推出世界首部专利法到现在全球已申请的专利有4 700多万件，并且，每年都以100多万件的新增专利迅速增长［7］。随着当前世界各国在科技和经济等领域竞争程度的日益激烈，各国企业也针对专利竞争情报展开研究，探索发现竞争对手的技术动向和核心领域，从而制定自己的科技研发战略。专利分析的核心内容是对某领域的专利说明书、专利公报等题录数据中隐含的大量专利信息利用统计学方法进行整理、分析，挖掘专利数据信息中的隐性情报，从而为企业在产品技术创新和投资等方面的战略决策提供参考［2］。专利分析不仅是企业发现技术空洞，争夺技术优先权的前提，也为了解和探究对手技术体系提供了宝贵的情报信息［8］。本文旨在通过《德温特专利数据库索引》得到国际上近十年内的网球专利文献，并对专利数据进行分类统计分析和数据挖掘，从专利数据中探索和发现国际网球专利技术现状以及发展趋势的竞争情报，为我国在网球专利技术领域的研究提供借鉴与参考。

1 数据来源与研究方法

所谓的信息可视化，是随着计算机技术的不断发展以及海量数据的出现，人们利用计算机软件对大量的数据通过一定的算法进行整理分析，从而以可视化的形式将抽象的数据信息展现出来。可视化的方法在探索学科领域发展历程以及预测未来的发展方向上被广泛应用［3］。

由于目前可视化软件在信息处理上各有自己的优缺点，本文结合不同软件的优缺点主要采用Bibexcel、Ucinet6.0和CitespaceII［10，11，14］可视化 软 件 对 专 利 数 据 的IPC、专 利 权 人、热点技术领域分布以可视化图谱的形式展现出来。

本文数据来源于《德温特创新索引》数据库，为了检索到专门针对网球的专利，本文采用标题关键词检索，检索式为“关键词＝tennis＊Not第二关键词table＊”，时间范围为2002年1月1日—2012年11月25日（本文以所选的时间范围为准，不考虑专利从申请到授权公布之间的时滞性），共检索到2 085条网球专利记录（不包括同等专利）。对检索到的网球专利文献题录数据以纯文本的格式进行了下载（主要包括标题、摘要、专利权人、IPC分类代码等）。通过大型文献处理软件Bibexcel对文献进行整理分类，并生成各指标的共生矩阵，然后，导入Ucinet网络分析软件，生成IPC共生网络图谱；另外，利用由美国Drex－el大学信息科学与技术学院的美籍华人陈超美教授开发的信息可视化软件CitespaceII［1］生成专利权人、热点技术主题等指标的共现图谱，并针对图谱的分布进行分析研究。

2 国际网球专利的时间分布

通过对2002—2012年十年间的国际网球专利申请量进行统计分析可以明显看出（图1），21世纪以来国际上对网球专利技术的开发研究整体上呈上升趋势。由2002年的143项到2011年的251项，上升了75.52%（2012年由于专利申请的时滞性只有152项）。进一步分析图像的走势发现，专利申请数量基本呈波浪式上升的趋势。随着当今科学技术迅猛发展，高科技元素不断地向竞技体育领域渗透，大量的高科技体育用品（鹰眼技术、电子计分设备、各类纤维材料的球拍以及服装和运动鞋等）不断地应用于竞技比赛和日常的训练当中，从而为训练、比赛以及网球运动的整体发展提供了有力的物质保障基础。这也正是国外网球技术领先国家发展研究的重点之一，体现出网球运动的发展不单纯依赖网球自身技战术的变革，也与网球相关的科技含量有密切关联的专利成果的持续呈现有着密切关系的特点。这无疑对我国网球运动项目的进一步发展给予了启示，即在大力普及开展网球运动的同时，有必要进一步重视网球运动项目专利技术创新的研究。通过追踪国外网球技术专利研发路径与技术特征，结合国内网球运动项目发展目标以及自身研究条件，研发科技含量高的网球专利技术，从而力争打破国外对网球专利技术的垄断。

图1 国际网球专利年度申请量分布曲线图Figure 1. The Annual Distribution of International Tennis Patent Application

3 国际网球专利的空间分布

3.1 学科领域分布

2002—2012年国际网球专利共涉及到了18个学科领域，主要分布在仪器、体育科学、工程设计、化学、材料科学、计算机科学、建筑工程学等。在以上7个学科申请的网球专利超过了100次，共5 233次（中间有的专利跨多个学科），占到了96.27%（表1）。可以看出，网球专利还主要集中在网球器材的材料以及比赛中所用到的一些精密仪器方面。而综合内科医学、通信技术、交通运输、农业科学、成像科学摄影技术等领域也有所涉及。说明当前网球专利已经渗透到了各个不同的学科领域，深化不同学科之间联系的同时也从不同学科的角度促进了网球专利技术的发展。

3.2 专利权人分布

对检索的德温特专利文献数据通过CitespaceII先进行数据格式转换，转换成其能识别的格式，然后，将数据导入到CitespaceII中，时间分片间隔选择2，c、cc、ccv阈值选择默认值，其中每个时间片选择显示前30，从而得到专利权人的知识图谱（图2）。统计分析显示，共有1 858个专利权人，其中图中生成了前146个专利权人节点，26条连线。

图2中节点的圆环大小表示专利权人出现的次数，连线表示专利权人合作发明的专利，连线越粗共现的次数越多。对图中节点最大的前11个专利权人进一步统计分析得到表2的数据。

表1 国际网球专利的学科分布一览表Table 1 The Subject Distribution of International Tennis Patent

图2 国际网球专利权人的分布图（2002—2012年）Figure 2. International Tennis Patent Map（2002—2012）

表2 本研究前11位国际网球专利权人一览表Table 2 The Top Eleven High International Tennis Patentee

从表2中可以看出，专利权人主要集中在国际上的大型企业，其中日本、美国在数量上遥遥领先。在日本的主要专利权人中，住友橡胶工业集团是日本大型的轮胎制造商，注册成立于1917年，旗下还有SRI轮胎贸易公司以及邓禄普轮胎公司，公司于1930年开始生产高尔夫球与硬式网球和运动器材，除了轮胎生产，目前已经成为日本重要的网球器材生产商。普林斯通（BRIDGESTONE）公司是世界上最大的轮胎和橡胶制造商之一，其子公司普林斯通体育用品公司目前也进行网球器材方面的制造。另外，日本东丽工业股份公司主要生产化学纤维制品，美津浓体育用品有限责任公司是世界领先的运动器材、服装和鞋类生产商。科乐美游戏公司是日本最大的游戏软件生产商，在网球游戏方面也申请了大量的专利。美国的高产专利权人中耐克是世界上最大的体育用品生产商，在网球专利方面同样也占有技术的制高点。另外，维尔胜、海德和百宝力都是网球器材的老牌生产商，不仅在产品销量上领先，在专利技术上也有较高的地位。从图2可以看出，专利权人之间的合作大多在本国国内的一些企业中，各国家的专利权人各自进行独立创新，从侧面也反映出“技术是第一生产力”，各个企业都纷纷进行独立创新，并不断进行加新维护。

另外，从国外网球专利研发的高产机构中可以看出其显著特点，是除了专门的体育用品制造企业积极参与对网球专利技术研发外，其他国外大型的综合型企业（如轮胎和橡胶企业）也涉足网球专利的研发，并占据较大的比重。反映出该类企业凭借雄厚的综合科技研发实力，有利于通过充分发挥大型企业技术研发的比较优势，来推动与实现向体育用品专利技术的跨领域发展。反观我国国内体育用品企业，由于长期以来都是依靠劳动力成本低廉、自然资源丰富的比较优势占据着世界体育用品中低档市场，走的是劳动密集型的发展道路，对产品研发的忽视，使我国体育用品业在发展的同时也暗藏了巨大的危机。

如果说20世纪80、90年代是体育用品业成本竞争的时代，那么，在21世纪，与运动项目有关的自主创新技术竞争已成为影响体育产业以及体育用品业进一步发展的重要的、关键因素之一和新趋势。若要进一步推动我国网球运动项目的发展，不能仅局限在对网球运动技战术研究方面，而应拓展到与网球有关的自主创新技术层面的研发，真正重视和加强网球运动自主创新技术研究，不断研发与形成具有我国特点的网球专利技术，借鉴国外大型综合型企业成功参与网球专利技术的研发的优势和路径，实现网球专利技术研发机构参与多样化，以推动和实现网球运动的转型发展。

3.3 主要发明人分布

利用CitespaceII对专利发明人进行可视化图谱的绘制并对前20位发明人进行统计分析（图3、表3）。

图3 本研究网球专利技术主要发明人共现分布图Figure 3. High Inventor Co－occur Profile

表3 本研究网球专利技术主要发明人分布一览表Table 3 High Inventor Distribution Table

所有专利中共有2 089位发明人参与，从表3中可看出，发明人的分布呈现出高度离散和相对集中的趋势，图中节点的大小代表发明人发明专利的数量，连线的粗细代表发明人之间的合作强度，其中，发明人基本集中在日本、美国、中国、德国和英国。日本的这几位主要发明人发明专利的专利权人主要是日本斯瑞克松体育用品公司、日本住友橡胶工业集团以及发明人自身。美国的发明人发明专利的专利权人主要是王子体育有限公司、威尔逊体育用品公司以及发明人自身。中国发明专利的专利权人主要是东南大学、南京大树智能科技有限公司、厦门侨兴工业有限公司、东北农业大学、天津橡胶有限公司、哈尔滨工业大学。国外的专利创新人才大多是一些高技术的企业人才，国内除了来自一些企业，还有较多的高校科研人员。由于企业间存在直接的技术竞争关系以及产权归属等因素，使得发明人基本上都是国内之间的合作，跨国之间的技术合作交流较少（图3）。

从表3可以看出，我国存在一定的技术创新人才，但是技术研发的核心阵地多数都集中在了高校科研机构，并且，技术发明成果的转化程度明显不够，仅有数量上的优势，而专利质量较低（被引用频次的高低）。而国外的技术创新人才多数来自大型企业内部的研发团队，技术创新的成果转化和专利质量较高。因此，在加强研究型大学、科研机构的建设，强化企业内部技术研发团队实力的提升，培养高科技创新型人才的同时，还要进一步重视高校、科研机构与相关体育用品业的公司、企业合作开展技术研发，有利于其合作研发的专利技术成果及时、有效地向产业化转化。

4 国际网球专利的热点技术领域分布

4.1 国际网球专利IPC分布

专利的热点技术领域分布一方面反映了某一领域研发主体的主要研发方向；另一方面，也反映了某产品的技术来源，同时对未来的发展趋势进行预测［4－6］。国际专利分类（IPC）是由世界知识产权组织（WIPO）制定的一套专利分类标准，它包括了5个级别，分别是部、大类、小类、主组以及分组［9］。通过国际分类标准对网球专利的分布进行统计，并结合各个部类代表的专利摘要说明，可以了解网球专利主要分布的技术领域。然后，结合各个部类出现的频次多少进行热点技术领域的探索。本研究首先利用Bibexcel文献处理软件对IPC部类出现在10次以上的所有专利文献数据的国际分类代码IPC建立共现矩阵，以Excel格式保存，再用Ucinet 6.0将矩阵转换成Ucinet 6.0能够识别的D＃＃文件格式，将数据导入到软件并生成IPC共生图（图4），并对各个专利IPC分类进一步统计，得到前20个高频部类（表4）。

从图4中可以看出，网球专利部类呈现出高度离散而又相对集中的趋势，高度离散是因为所有专利共涉及到了A、B、C、D、E、F、G、H 8个部（由于数量繁多图中仅显示出现频次在10次以上的部类），分布较为广泛，分别有生活需要、作业运输、化学冶金、纺织造纸、机械工程、物理和电学。相对集中主要是从各个部类出现的频次上看，图中明显可以看出主要分布在A63、A43、A41以及E01大类，从小类角度进一步分析可以看出A63B小类（体育锻炼、体操、游泳、爬山或击剑用的器械；球类；训练器械）其中仅前20个部类中就出现了1 813次，占总数（4157）的43.61%。

图4 国际网球专利IPC共生分布图（频次在10次以上）Figure 4. International Tennis Patent IPC Symbiosis Pattern（above 10times）

表4 2002—2012年国际网球专利IPC频次分布一览表（前20）Table 4 2002—2012International Tennis Patent IPC Frequency Distribution Table（Former Twenty）

另外，结合IPC各个部类的中文标签进一步详细分析可以看出，主要热门技术领域为A63B－049／02（网球球拍的框架）和A63B－069／38（网球练习用的特殊训练用品或器械）出现频次最高，分别出现319次和290次，共占到了29.21%。其他的高频热门技术还有 A63B－049／08（具有特别球拍柄结构的网球拍）、A63B－071／06（比赛或运动员用的指示装置或计分装置）、A63B－061／00（网球网或者用于网球或类似游戏的附属设备）、A63B－049／10（由木头以外的非金属材料做的球拍框架）、A63B－059／00（为其他游戏用的球棒、球拍或类似物）、A63B－069／40（用于投掷球的固定排列的装置）、A63B－047／00（搬运或处理球的装置）、A63B－051／02（拍 弦以及代用品）、A63B－039／00（不能充气的空心球）、A63B－049／04（有平衡装置的球拍框架）、A63B－049／14（球拍框架上的防护装置）、A43B－013／14（以结构形状为特征的鞋的部件）、E01C－013／00（专用于体育场或游戏场的铺面或基础）。从以上热门技术领域可以看出，虽然相关专利涉及的领域较为广泛，但是目前国际网球专利总的研究方向大部分还是集中在网球训练器材的研发创新上。在不断推出新发明的同时，对重要的核心专利各个专利权人都不断的注入新的内容，从而实现对专利的保护和发展。

除了以上这些热门技术领域之外，在其他部类中还有突显系数较高的一些新兴技术领域。例如，E01C－013／08（促进草生长的表面），A63C－019／00（运动场、溜冰场、地滚球草坪或滑水区的设计或布局；各种场地的覆盖物），A63B－051／14（穿弦 用 的 装 置），A43B－005／10（网 球 鞋 防滑装置），A63F－013／10（游戏过程的控制，如开始、进行、结束），A63F－009／24（应用电子线路而不提供其它手段的游戏），E01C－013／06（现 场 制 作 的 铺 面 ），A43B－007／14（带支撑脚部位的鞋－带保健和卫生设备），C08L－063／00（环氧树脂的组合物；环氧树脂衍生物的组合物，由碳－碳不饱和键以外的反应得到的高分子化合物的组合物）。

4.2 国际网球专利DMC分布

本研究为了能更好的体现网球专利的技术分布，同时也采用了经过德温特数据库技术人员标引的德温特手工代码（Derwent Manual Code）作为分类标准（其主要是应用分类），来观察专利技术的分布情况。对检索的德温特专利文献数据通过CitespaceII先进行数据格式转换，转换成其能识别的格式，然后，将数据导入到CitespaceII中，选择Keyword分析项，时间分片间隔选择2，c、cc、ccv阈值选择默认值，其中每个时间片选择显示前30，得到专利的德温特手工代码分布图谱（图5）。

所有的网球专利共涉及到了1 177个不同的技术领域，根据这些技术领域出现的频次多少进行从高到低排序，其中，出现频次在5次以上的有95个技术领域。对这些领域通过图5可以看出，主要的技术领域形成了集群现象，主要集中在A大类（聚合物－Plasdoc）、W大类（通信技术－Communications）、T 大类（计算 －控制技 术－Computing and Control），其中，A大类包括的节点最多，并且节点分布相对比较密集。对出现频次较高的前10个主要技术领域统计分析表明（表5），A大类中的 A12－F01B（Balls，Racquets，Clubs，Bats，球 类、球 拍、俱 乐 部）和 A12－F01（Sports and Games Equipment，运动比赛设备）出现频次最多，分别为243次和119次，共占到了17.36%。另外，A大类出现频次较多的还有 A12－C04（服装和鞋子材料）、A05－F01E（聚酰胺应用）、A05－G01E（聚氨酯；聚亚安酯）、A12－S08D（强化塑胶和强化塑料）；W大类中有 W04－X01E（体育用品）、W04－X01K1P（运动休闲活动设备）、W04－X02C（电子游戏）、W04－X01A（训 练 设 备 ）、W04－X01F（地 面 材 料 ）、W01－C01D3C（无线电通信）、W04－X01A1（监视器、监控器）、W04－X01C3（计分显示器）等技术领域；T大类频次较高的有 T01－S03（软件程序）、T01－J30D（运动训练中的计算机处理程序）、T01－J30B（电子游戏）技术领域；此外，F大类（纺织品、纤维素制品）中出现频次较高的还有F04－G（纺织纤维材料）、F04－E（工业产品）等技术领域。以上是网球专利在应用分类中的热门技术领域，针对目前的热门技术领域可以为企业专利技术研发的战略制定提供依据，并预测新技术领域的发展方向。

图5 国际网球专利DMC技术共生分布图Figure 5. International Tennis Patent DMC Technology Pattern

表5 本研究频次较高的前10个DMC部类一览表Table 5 The Top Ten DMC By Frequency

4.3 国际网球专利技术热点主题演进可视化分析

专利文献数据中的题名虽然字数不多，但都是对专利的高度浓缩和概括，体现了专利的本质特征和技术主题。因此，本文利用CitespaceII对检索到2002—2012年的国际网球专利文献的题名（Title）进行主题词共现分析，c、cc、ccv都选择默认值，选择显示每时间片的前15，从而得到网球技术领域专利的热点主题演进图谱，其中有96个节点和103条连线（图6）。

图6 国际网球专利技术热点主题图谱Figure 6. International Tennis Patent Technology Hot Topic Map

表6 国际网球专利文献高频主题一览表（前10）Table 6 International Tennis Patent Literature High Frequency Themes（the First Ten）

从图6中可以看出国际网球专利在近10年间主要的技术主题分布，其中，网球拍（tennis racket or tennis raquet）（367次 ）、网 球 （tennis ball＊s）（259 次 ）、网 球 场 （tennis court）（125次）3个主题词出现的频次都超过了100次，是国际网球专利的主要研发主题。除此之外，网球运动员（tennis player）、球 拍 框 架 （racket frame）、网 球 鞋 （tennis shoe）、网球网（tennis net）、网球比赛（tennis game）、网球俱乐部（tennis club）、网球肘（tennis elbow）等33个主题词出现频次超过了10次，也是热门的技术研发主题。网球鞋（tennis shoe）的突显系数为4.01（突显系数高的主题词说明是近几年刚刚突显出来的新词），说明网球专利在网球鞋领域的创新目前还是较新的方向，值得我们关注（表6）。

5 国际网球专利的核心专利分析（2002—2012）

核心专利通常是通过专利被引证的次数高低来确定，一项专利被后来的专利引证的次数越高，说明此项专利的技术含量越高，质量越高，是该领域的重要核心发明创造。纳林曾经在文中指出，一个企业的专利数量的多少并不一定代表公司技术的先进程度高，相反，公司专利数量虽然不多，但是所享有的专利被引证次数很高，则其在技术上处于领先地位［12］。此外，他还对某企业专利的被引证情况进行分析，得出一项专利的被引高峰期一般出现在授权后的2～4年左右［13］。因此，本文对2002—2012年国际网球专利的高被引核心专利进行了计量分析，在此研究中将被引证次数在10次以上的专利定义为核心专利。

5.1 被引频次前10项核心专利分布

从表7可以看出，2002—2012年国际网球专利领域前10项最核心的专利中美国占了8项，占据明显的优势。其中，被引频次最高专利的是美国机械软件有限公司（MECHWORKS SOFTWARE INC）申请的，截止到检索日期已经被引证43次，该专利主要是通过计算机信号传输软件系统，对运动中各个指标进行监控，从而实现对训练和运动效果的评估。排在第2位的高被引专利是由Lutz M E发明的网球在空中运行的三维图像信号传输系统，目前鹰眼技术已在各类网球比赛中广泛应用，从而克服了人眼对高速运行的网球所产生的误差，以实现了运动员挑战裁判的权利。耐克公司的核心专利主要集中在运动鞋的科技研发上，其中，耐克公司对气垫减震鞋底的研究处于国际领先的地位。其他核心专利分别由美国运动营养与医学集团（BSN MEDICAL INC）以及Lutz M E等个人申请，主要集中在网球球拍的结构和材料设计方面，另外还有草地球场的设计。可以看出，专利数量的高产机构与前10个高被引核心专利的机构之间存在较大的差异，美国在核心专利技术上占据领先地位。

表7 国际网球专利技术被引频次前10项核心专利分布一览表Table 7 The Top Ten High Cited Core Patent Distribution Table

5.2 核心专利主要专利权人分布

从表8可以看出，在前10位核心专利专利权人中，美国和日本基本各占一半，美国占了17项，日本占了13项，说明两个国家在网球核心专利上占据绝对的优势。其中，排在第一位的是美国耐克公司（NIKE INC）有7项核心专利，其次是日本住友橡胶工业集团（SUMITOMO RUBBER IND LTD）有5项核心专利。

随着当前世界各国在科技和经济等领域竞争程度的日益激烈，专利领域的竞争也会日益突出。谁掌握了专利技术的优势，谁就能处在发展的领先地位。从以上数据可以看出，美国和日本在核心专利方面占据明显优势。

表8 本研究核心专利的前10个主要专利权人一览表Table 8 The Top Ten High Yield Core Patent Mechanism

6 结论

1.近10年间国际上网球专利的年度申请量整体上呈波浪式上升趋势，网球专利领域仍处于不断发展的阶段；所有专利共涉及到了18个学科领域，主要分布在仪器、体育科学、工程设计、化学、材料科学、计算机科学、建筑工程学等学科领域。热点技术领域主要集中在通信技术（Communications）、计算－控制技术（Computing and Control）、聚合物（Plasdoc），主要是一些网球器材的高分子材料、比赛中的计算机管理软件程序、服装、训练设备等。

2.主要专利权人和核心专利主要集中在美国和日本的一些大型的老牌体育用品制造企业，如耐克股份有限公司（NIKE INC）、东丽工业股份公司（TORAY IND INC）等。凭借对网球核心专利技术的掌控，从而占据了该领域的产品市场。既为该国的体育产业经济发展提供有力的技术支撑，另一方面也为网球运动技术发展提供了强大的体育器材技术支撑，体现了网球运动技术与科技专利研发两方面相互促进、共同发展的特点。这也成为国外网球技术水平领先的重要原因之一。

3.21 世纪，随着高科技元素不断向竞技体育渗透，使得科技与运动技能两者相互促进，高科技的体育用品可以促进运动技术和训练水平的提高，同时，运动技术和训练水平的提高又推动着科技的不断创新。因此，要提高国内网球的发展，不能仅局限于网球技战术和推广普及等方面的研究，也要重视网球运动相关专利技术的研发。

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