基于专利引文网络的智能物流技术演进路径研究

文/曹 蕾 来尧静

一、引 言

随着经济全球化、竞争国际化，电子商务、跨国贸易和物联网等新兴产业要求物流企业寻找更多降低成本的有效途径，以提高市场竞争力、优化供应链、加快产品流通。这不能仅依靠物流管理者的知识，还要配合智能化技术，因此物流智能化成为物流产业发展的重要方向之一。学者张可薇，王亚臣等对智能仓储的概念、学术含义、研究范围等作了详细的界定并展望了智能仓储理论和应用的发展趋势。张国栋以智能化仓储物流发展现状和未来趋势为行业内相关企业提供了可借鉴的措施。符瑜认为以先进物流技术为基础的智能物流是我国传统物流转型升级的必然趋势。高连周基于云计算和物联网对智能物流发展模式进行研究，分析了物联网及云计算对物流产业发展产生的影响。周素伟认为物流行业大量采用大数据分析、云计算等智能技术促使物流业越来越成为技术密集型行业。

此外，汪传雷从专利信息角度对国际和我国物流产业进行分析，认为虽然物流产业作为国民经济重要组成受到重视，但物流产业对专利的认识还比较浅显。尤其在技术发展趋势方面，更是欠缺整体上对专利信息的有效利用。专利技术对后续创新活动具有强有力的引导作用，可以促进技术进化并引领技术发展方向。

本文将利用专利引文网络研究技术演进路径的相关理论和方法，梳理物流行业智能技术发展现状，并寻找引导技术发展方向的核心技术。

图1：2000-2018智能物流技术专利公开量拟合曲线

二、从专利看智能制造的整体形象

1.智能物流技术发展的总体趋势

物流行业涉及采购、仓储、运输等多个环节，每个环节中应用的智能技术大类多、小类杂、且还存在交叉的可能性，单以技术为主题词进行检索可能会造成专利信息丢失，所以检索式的制定过程中要根据检索结果进行反复修改，才能确保符合实际情况。经过不断修改后，本文最终以检索式：(TS=(logistics) OR TS=(Intelligent logistics)) and MC=(T01-J05A2B OR T01-N01A2E OR Q35-B OR T01-N02B2B OR T01-J07D1 OR T04-K03B OR Q32-A08 OR T01-J05A2A OR T01-N01D3 OR T01-J05B4P OR T04-K02B OR T01-S03 OR Q22-A02 OR T01-N01D OR T01-C03C)在德温特专利数据库中共检索到12044个专利项目，考虑到专利从申请到公开有十几个月的延迟，所以检索时段为2000年至2018年。

利用originpro软件对2000年至2018年这个时间段内专利数据按照时间序列进行统计，得到如图1的全球专利申请公开量拟合曲线。

表1：智能物流热点技术IPC及其释义

2.技术发展生命周期分析

根据技术生命周期理论，专利技术的生命周期通常符合四个阶段的周期性变化，依次为：萌芽期、发展期、成熟期、衰退期。因此，综合专利公开量拟合曲线将智能物流技术生命周期划分为三个阶段：

萌芽阶段：2000年-2008年，进入新世纪以来，度过金融危机的世界经济发展逐渐复苏，借以频繁的贸易活动推动国家/地区的经济发展，使得物流行业的发展也逐渐活跃，但在互联网发展刚刚起步的时代，物流行业运营模式和技术研究依然处于传统层面，技术专利的研发进程缓慢。

波动增长阶段：2008年-2014年，随着经济全球化发展理念的提出，国家与国家、地区与地区之间的贸易活动已不仅仅满足于频次，对速度快、低成本的要求有进一步提高，加大了对物流技术研究的重视程度，但受智能技术认知局限性的影响，该阶段的专利申请和公开量只是小幅波动增长。

快速发展阶段：2014年-2018年，该阶段可以说是智能物流技术进入全面发展的时期。结合国家专利公开量来看，2014年之前，各个国家专利公开量都很少，2014年之后显著上升。究其原因，一是近几年在智能制造发展的热潮下，物流行业智能技术得到空前发展；二是电商行业、海外购物的快速发展，促进了与之相配套的物流行业的蓬勃发展，对提高效率和质量、减轻人力劳动提出了更高的要求。所以专利公开量上升幅度逐年加大，以绝对的倍数增长。

3.热点技术研究分析

IPC（International Patent Classification）分类号作为国际唯一通用的国际专利分类，是分析核心热点技术时常用的指标工具。通过解读检索的2000年-2018年全球智能物流技术IPC分类号来确定当前物流行业智能技术的重点领域，如表1，以IPC小类提取排名前十五的智能物流热点技术进行统计分析。

三、智能物流技术的演进路径分析

1.专利引文网络的研究思路

引文网络分析原作为统计学中分析方法的一种，在日趋完善的发展过程中，可应用的范围不断扩大，其中一个重要的专利管理方法—专利引文分析，学者们通过专利引文网络进行可视化的处理，提取核心专利文件，从而进行技术预测和技术评价。

其次，通过专利引文网络提出来的核心专利号，包含了大量可查询的专利信息，如技术主题、专利权人，主IPC号等，因此可以通过核心专利从动态角度有效的展现关键技术转移过程。

最后，结合上文智能物流行业的整体发展现状，利用Pajke软件中内置的SPNP算法提取核心专利，再以核心专利中的技术为突破口，确定技术演进路径，为领域内的相关企业预测技术发展趋势。

2.确定核心专利技术演进路径的方法

考虑到德温特数据库每次最多只能下载500条专利项目但对下载的专利信息可以进行有目的性的选取等处理特点，本文主要选取并下载专利号（PN）和引用专利（CP），制定了如图2的关键步骤。

第一步：从数据库中导出数据。初步整理，转成软件Gephi识别的csv文件格式。

第二步：数据导入软件Gephi。Gephi运行对数据格式要求特别高，注意事项如下：1PN存在专利号，但后面的CP中的为空，视为无引用关系出现；2PN中存在多个专利号并存的情况，而CP中出现的被引用专利号并非与之一一对应，处理时需要在CP中没有对应项的PN将视为无引用关系存在而忽略。

图2：提取核心专利的方法和关键步骤

图3：基于SPNP算法提取核心路径示例图

图4：2000年-2014年智能物流核心专利引用网络图

第三步：用Pajek软件内置的SPNP算法提取核心专利，然后进行专利引文网络的可视化输出。该算法主要是依据节点对的数目进行筛选，计算公式如下：式中，表示链接上下游节点的有向边，代表被专利引证的节点数，表示引证专利v的节点数。软件以这个公式计算各个节点的SPNP值，正常情况下系统依据上述公式mainpath一次，如剩下的数据依然不可视，则需要手动调整阈值，如：当手动SPNP阈值取8时，软件就会删除SPNP值小于8的弱链接，保留引文网络中SPNP大于或等于8的实心节点和它们之间的连线，如图3。

3.核心专利演进路径分析

将在数据库里选取并下载好的全球智能物流技术专利的专利号（PN）和引用专利（CP）根据操作步骤一和二，得到如图4所示的智能物流技术专利引用网络图。

因为专利数据繁杂，输入时有16384个节点，29593条边，根本无法辨别出核心专利，需再根据操作步骤三导入Pajek中进行SPNP算法处理。

在智能物流技术发展生命周期分析中，划分了萌芽阶段、波动增长阶段和快速发展阶段三个生命时期，但考虑到前两个阶段的专利公开量很少，分开研究的意义不大，所以下文将萌芽阶段和波动增长阶段合并为一个生命时期，即2000-2014年和2014-2018年两个阶段。经过算法处理去掉弱节点和弱链接后，得到如图4、5两个阶段的核心专利引用网络图，表2、3为核心专利的技术主题释义。

（1）本阶段的核心专利引文网络中有9个节点，除一件中国专利外其余八件专利都是美国专利，在全球所有国家专利公开量都很少的情况下，美国在此时是掌握核心专利技术、占主导地位的，通过对技术主题的释义，这些专利都集中在电子信号的传输与接收、标签跟踪识别方法、关制造监视和控制数据系统上，而且从专利号上可以看出美国企业最早在2002年就开始进行这方面的研究和专利布局，而包括中国在内的其他国家此时的研发意识还很薄弱。

（2）本阶段本阶段的核心专利引文网络中有7个节点，值得说明的是这7个节点是Pajek软件自动mainpath一次的结果，足以说明这7个专利在引文网络中连通作用的强大，整个专利引文网络对这7个专利的依赖性最强。其次，这七个核心专利无一例外都是中国专利，毕竟自2014年以后中国专利公开量遥遥领先。通过对技术主题的释义，这些专利都集中在基于物联网的高效物流信息管理系统、基于射频技术对电子标签的跟踪和识别，并且出现了明显的应用领域，所以在此之后技术研发将会更加重视其市场前景。另外还可以通过末端分叉的专利分析未来技术研发方向。

图5：2014年-2018年智能物流核心专利引用网络图

表2：2000年-2014年智能物流核心专利技术主题释义

表3：2014年-2018年智能物流核心专利主题释义

四、结 论

将技术发展生命周期融入到专利引文网络可视化的构建过程中，利用大型网络分析软件Gephi和Pajek内置的SPNP算法提取核心专利路径，并以此分析核心专利技术，再结合IPC分类号确定的热点研发技术，本文对智能物流技术的发展有一定的借鉴意义，要点如下：

1.分析智能物流技术的专利申请公开量、技术生命周期、IPC分类号从整体上把握智能物流技术发展现状及趋势。全球智能物流技术发展已经进入全面发展的时期，且迅猛势头会持续保持，因此我国要重视在世界范围内的专利布局。通过IPC分类号可以发现，即使在技术生命周期的不同阶段，热点技术领域的变化稳中有同，基本集中在在G06Q部类，即机械和装备，智能物流技术发展核心领域始终是物流装备和仓储系统管理等一系列物流设备智能化研究。

2.我国企业正积极掌握智能物流核心技术，促使我国有望成为智能物流强国。从智能物流技术核心专利依赖程度越来越稳定来看，目前基于物联网的高效物流信息管理系统、基于射频技术对电子标签的跟踪和识别等技术已经进入稳步发展阶段，通过进一步对物联网、大数据、人工智能的应用，相关领域物流设备信息化、智能化管理以及智能仓储的发展一定能取得更显著的成效。

3.要提醒我国企业高度重视发达国家技术垄断的野心，在14年之前，美国在核心专利上占领绝对的主导地位，对智能物流技术的研发程度和超前的敏锐度都明显高于同期其他国家，但近几年来却放缓了专利申请的步伐，我认为并不是包括美日德在内的发达国家不再重视智能物流技术的研发，也许是他们在有意识的转变专利申请思路，改重量为重质。企业只有真正拥有核心技术才能掌握主动权，垄断市场，这是值得我国企业思考的。