基于专利的中国区域技术合作网络演化研究

张 莹，许端阳，赵志耘

(1. 中国科学技术信息研究所，北京 100038;2. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

近些年来，利用专利研究技术合作的成果越来越多［1-5］。但是，目前中国学者从动态角度，特别是从地理空间视角对区域技术合作网络动态演化规律的综合研究较少，无法全面反映中国技术合作空间分布形态的演化过程。因此，本文分别构建1991—2010 年四个阶段的区域技术合作网络，对中国区域技术合作网络的基本特征、空间结构及区域个体合作模式进行静态揭示和动态演化研究，为中国区域技术创新战略布局及政策制定提供事实参考。

1 研究方法

1.1 样本选择与数据处理

作为技术合作的一项重要成果，专利一直以来都是衡量技术创新的重要指标［6］。本文通过分析专利权人的地理特征，识别技术合作的空间演化规律。综合考虑数据库的数据规模和可获得性，选用万方中外专利数据库，为保证数据的完整性，获取1991—2010 年专利权人大于或等于2 的合作申请发明专利，根据专利权人的省份信息，筛选中国大陆区域合作专利21796 项，其中不包括大陆地区与境外地区(包括港澳台)及港澳台地区间的合作。专利权人为自然人的合作专利因无法根据姓名准确判断其所在地区，本文未考虑此类合作专利。

1.2 方法与工具

社会网络分析是度量及分析复杂网络结构和特征的有效方法，既能揭示各种虚拟网络的微观结构和内在关系，也广泛应用在整体网络的地理特征和空间效应的研究中［7］。区域技术合作有典型的社会网络特征，创新主体所在地区为点，合作关系为连线，因此本文选用社会网络分析方法研究区域技术合作。

区域技术合作网络中的节点有特定地理位置信息，但现存的如Ucinet、Pajek 等社会网络分析工具不能显示这种空间特性，因此本文选用大数据分析软件Tableau 对专利数据可视化。Tableau 软件将包括地图在内的多个视图整合，操作简单，可视化效果好。为了更好地揭示区域技术合作的演化路径，本文将1991—2010 年分为四个阶段:1991—1995、1996—2000、2001—2005 及2006—2010，分别对研究各阶段技术合作的社会网络特征、网络空间结构、区域节点个体合作模式的演化。

(1)区域技术合作网络特征研究。借助社会网络分析软件Ucinet，比较1991—2010 年四个阶段技术合作网络的网络规模、网络边数、平均合作频次、网络密度、度数中心势及中介中心势等网络基本特征指标。

网络规模:网络中包含的全部行动者数目，本文研究中国大陆地区(不含港澳台)的区域技术合作，因此最大网络规模为31。

网络边数:节点间连线数量，反映区域技术合作关系。

平均合作频次:合作专利总数与网络边数之比，为中国区域间技术合作次数的均值。

网络密度:实际关系数与理论上最大关系数之比，密度越大，网络对其中行动者产生的影响可能越大。

中心势:网络关系在整个图上的分布情况，旨在界定网络图是否具有中心趋势，反映网络的整体向心程度。

(2)区域技术合作网络空间结构研究。利用Tableau 将区域合作关系映射到地图上。随着技术合作数量增多，区域间连线颜色加深，线型变粗。网络的核心-边缘结构分析可以揭示网络中哪些区域分别处于“核心”、“半边缘”和“边缘”地位，并找到这些结构之间的关系［8］。核心- 边缘结构矩阵模型根据原矩阵和理想矩阵的相似程度判断矩阵中核心与边缘的界限［9-10］，将网络中的节点分为两组，一组关系紧密，是网络的核心，另一组关系则相对薄弱。

本文结合区域技术合作空间网络图谱，利用社会网络分析工具Ucinet 的核心-边缘分析模块得出1991—2010 年四个阶段的核心-边缘结构，计算各阶段核心区与边缘区的技术合作联系密度，剖析中国区域技术合作网络的空间结构特征。

(3)区域个体技术合作模式研究。各区域合作广度、深度反映区域技术合作模式的发展。本研究中，区域合作广度为与该区域有合作的其他区域数量，即区域节点度数，广度越大表示与该区域合作的其他区域越多，技术合作越广泛;合作深度为该区域技术合作频次与合作广度之比，深度越深，与其他区域的合作关系越稳定。构建“广度-深度”二维矩阵，横坐标表示合作广度，纵坐标表示合作深度，标准为20 年的平均值，将地区分为四类:

Ⅰ类:高广度- 高深度区域，分布在第一象限，合作对象广，合作深入，跨区域技术合作模式趋于稳定，是网络的核心构成。

Ⅱ类:低广度- 高深度区域，分布在第二象限，合作广度低，合作范围狭隘，但合作深度高，已形成稳定的合作关系。

Ⅲ类:低广度- 低深度区域，分布在第三象限，是网络的边缘节点，合作参与度及合作深度都处在较低水平。

Ⅳ类:高广度- 低深度区域，分布在第四象限，合作区域合作对象多，但合作不深入，是网络的重要组成部分。

2 研究结果

2.1 1991—2010 年中国区域间合作专利变化趋势

中国区域合作专利数量呈指数增长趋势，1991年到2000 年增速缓慢，2000 年以后总量加速增长，从1991 年的70 件跃升到2010 年的5599 件，增加了5529 件，然而区域合作专利数占发明总量的比例一直在0.5%到2.5%间浮动，整体上稳步增加，但由于发明专利总量增速过快，比例增速相对较缓(见图1)。

图1 1991—2010 年中国大陆区域技术合作数量及其占发明专利总数比例示意图

20 年来，跨区域技术合作数量呈增加趋势，但空间发展不均衡 (见图2)。1991—1995 年，区域技术合作总量均在300 以下，大部分低于25次，整体处在较低水平，区域差异不明显;1996—2000 年，北京优势崭露，东部地区如辽宁、上海大幅增加;2001—2005 年，北京、上海、广东发展迅速，河南、四川增速明显，区域间差异开始显现;2006—2010 年，空间分布层次明显，东部沿海地区保持领先，中部地区快速增长，西部地区较上一阶段有增加但与中东部相比仍有较大差距。

2.2 1991—2010 年中国区域技术合作网络特征

网络特征指标。20 世纪90 年代初，中国几乎所有的省、市、自治区已开始寻求跨区域技术合作，但合作十分有限，平均合作频次低，网络密度小。20 年来，网络密度明显增加，网络边数整体上大幅增长，跨区域的合作范围不断扩大，网络越来越复杂。1991—2000 年平均合作频次稳步上升;2006—2010 年，频次增速迅猛，技术合作力度空前，反映了中国区域技术合作处在高速发展期;中心势方面，1991—2010 年网络中介中心势和度数中心势均处在较低水平，说明网络不存在明显的集中性、向心性，中介中心势的下降反映了中国区域技术合作网络呈现越来越高的分散性，网络结构趋于稳定。

图2 1991—2010 年中国大陆各区域合作专利数量分布图

表1 1991—2010 年中国大陆区域技术合作网络特征

2.3 1991—2010 年中国区域技术合作网络空间结构变化

用tableau 软件将区域技术合作网络可视化，过滤合作频次小于10 的区域节点，将复杂的网络简化为关系较稀疏的网络 (见图3)。1991—1995 年，网络呈现以北京为中心的拓扑结构;1996—2000 年，东部地区之间的合作是网络的重要组成，北京- 辽宁、北京- 上海合作突显，甘肃、四川、河南等中西部地区与东部地区的合作加强;2001—2005 年，跨区域技术合作不断增多，网络结构复杂，东部地区间合作更紧密，中西部地区与东部地区的合作增加，但中部地区之间、西部地区之间、中部地区与西部地区之间的合作还较薄弱;2006—2010 年，东部地区之间的合作关系仍最多，尤以北京- 上海、上海- 广东、北京- 广东的合作最突出，中东部各地区与东部地区之间的合作关系进一步增多，中部地区间的合作、西部地区与中部地区间的合作逐渐紧密，西部地区间的合作有增加但仍处在较低水平。

图3 1991—2010 年中国大陆区域技术合作网络简化图

由此可见，中国区域技术合作网络呈现一定的核心-边缘结构。为揭示网络空间结构的演化，利用社会网络分析工具UCINET 研究1991—2010 年网络内部核心-边缘结构及联系密度(见表2)。结果显示，1991—2010 年核心区涵盖了中东部的大部分地区，西部地区多为边缘地区。1991—2010 年，核心区之间的联系密度从0.486 跃升至0.963，几乎所有核心区域间都存在技术合作;核心区与边缘区的联系密度由0.143 增至0.727，联系空前紧密;边缘区之间的联系密度有增长但增速较缓。这说明中国区域技术合作中，核心区之间的紧密合作关系是技术合作网络中的关键，边缘区间的技术合作仍较为薄弱且增长较缓，这种核心-边缘结构会对中国区域技术合作的空间格局发展产生影响。

表2 1991—2010 年核心区与边缘区技术合作的联系密度表

2.4 1991—2010 年不同地区技术合作模式的变化

1991—2010 年大部分地区的跨区域技术合作得到较大发展。1991—1995 年，各地区技术合作广度和深度水平较低，大部分区域属于Ⅲ类，区域技术合作处在初始阶段，北京、上海、辽宁、山东、广东等东部区域合作广度高，深度欠缺，合作模式尚不固定;1996—2000 年，北京、上海、辽宁成为Ⅰ类区域，合作深度有较大提高，合作模式渐渐形成;2001—2005 年，Ⅲ类区域大幅减少，各区域积极寻求跨区域合作，但合作深度较低，成为Ⅳ类区域，江苏、浙江、广东等东部区域的合作广度及深度稳步增加，合作关系趋于稳定，成为Ⅰ类区域。2006—2010 年，西藏成为唯一的Ⅲ类区域，其余大部分西部区域增加了合作范围，但合作关系还较弱，是Ⅳ类区域的主要组成;多数中东部区域成为Ⅰ类区域，跨区域合作关系趋于稳定，形成了较成熟的技术合作模式。

1991—2010 年中国大陆区域技术合作分布模式表明，大部分区域节点合作广度的提升先于合作深度，反映了地区进行跨区域技术合作的探索路径，即先扩大合作范围，随后逐步寻找深入合作对象，进而形成稳定的合作模式。在这20 年内，中国各个区域在技术合作广度、深度有着较大的提升，中东部各区域的合作模式逐渐趋于稳定，西部地区的技术合作还在探索阶段，合作广度广，但合作关系还较不深入。

图4 1991—2010 年中国大陆区域技术合作个体分布模式

3 讨论

1991—2010 年，中国区域技术合作逐渐成为常态，合作范围及合作深度不断增加。然而，中国区域间的技术合作主要在东部地区集聚，空间发展不均衡，这与中国区域经济社会发展息息相关［10］。20 世纪90 年代初，中央政府通过政策引导改善地区关系，推动区域经济技术合作战略，多地参与合作，但合作频次偏低。随着东部沿海地区经济快速发展，东部地区间合作日益紧密，并带动中部地区的发展。2000 年以来，中西部地区与东部地区的合作增多，与中西部地区自身经济实力和创新能力的提高及西部大开发、中部崛起等国家区域性战略的实施有很大关系。中西部区域技术合作与东部地区仍存在差距，主要原因可能有以下几个方面:

(1)技术发展离不开经济支撑，而中国区域经济差距十分明显。2001—2010 年，中国东部地区生产总值是中部地区增量的2. 37 倍，是西部地区增量的3 倍;就人均生产总值而言，中国东部地区约2. 97 万元，中部地区1. 38 万元，西部地区仅为1. 24 万元，东部地区远超中西部地区。

(2)创新投入方面，2010 年，东部地区R＆D人员全时当量总量约是西部地区的5 倍，2001—2010 年，东部地区R＆D 人员全时当量总量增加了117 万，西部地区仅增加不到13 万;东部地区R＆D 经费支出增加近2633 亿元，是西部增量的6.13 倍。可见中国的研发投入主要集中在中东部地区，导致了东部地区跨区域技术合作优势大于西部地区。

(3)东西部研发力量布局差距明显。企业、高校、研究院所等研发力量是区域技术合作的重要组成，但中东部地区的企业集聚程度远高于西部地区，且截至目前，西部地区共有985 高校7所、211 高校25 所、中国科学院研究机构26 个，东部有985 高校24 所、211 高校63 所、中科院研究机构88 个。

(4)区域产业布局也会在一定程度影响地区跨区域技术合作的发展。中国高技术产业在地理区位上形成以深圳、广州为核心的珠江三角洲，以江苏、上海为核心的长江三角洲，以北京、天津为核心的环渤海经济圈三大集聚中心［11］，2001—2010 年东部地区的高新技术产业总产值占全国总产值的86.86%。虽然近些年中国一直推动东部地区产业转移，但由于交通、信息、服务等产业基础条件较差，西部地区承接东部产业转移的效果则不太明显，不仅未出现大规模的承接产业转移，而且承接的多为资源密集型行业和劳动密集型行业［12］。

4 结论

(1)中国区域技术合作快速发展，合作网络趋于复杂。

(2)网络存在核心-边缘结构，东部地区间的合作是网络的重要组成部分，西部地区间的合作仍较为薄弱。

(3)各地区在合作广度、深度上有较大提升，中东部地区的跨区域合作关系已逐渐稳定，西部地区还在探索阶段。

因此，中国应当针对西部地区资源环境特点，加大国家研发力量在西部地区的布局，实施灵活的区域人才培养和引进政策。从区位要素优势出发，继续鼓励产业由东部地区向中西部地区扩散，培养西部地区的优势产业，增强西部地区创新能力建设，支持区域间技术合作，合理配置科技资源，减小西部地区与中东部地区的差距。

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