基于专利计量的全球设施畜牧业关键技术发展态势分析

任 妮，孙艺伟，李 果，陆学文

（江苏省农业科学院信息服务中心，江苏南京 210014）

设施畜牧业是在现代工业发展之后，采用先进设施和饲养技术为畜禽创造适宜的生活环境，并保证饲料营养，使分散的畜禽养殖转变成规模化工厂养殖[1]。作为我国现代农业产业体系中的主要组成部分，畜禽产业的发展状况直接关系着我国的经济发展情况。目前我国畜禽产业正处于加快转型的重要时期，先进的技术与装备能够加速实现设施畜牧产业快速发展的目标。

基于专利计量的技术发展态势分析借助于情报研究的思路、工具与方法，可以深入、全面地展示某一技术领域的发展历程、研究现状、前沿分布、发展态势等，被广泛应用于化学、农业、医药、冶金、建筑、计算机、生物、能源等数十个学科领域[2-9]。例如，Hyun 等[10]利用专利文献对纳米技术融合轨迹的发展趋势和分类模式进行了研究，Leydesdorff 等[11]利用专利地图技术分析了光伏电池技术的研究动态，郭美荣等[12]利用专利分析方法围绕植物工厂技术展开态势分析研究。本文旨在以国内外专利数据为分析对象，综合利用专利计量分析、社会网络分析、专利地图等技术方法，全面形象地展现相关技术的发展脉络，并针对国内相关技术研发的优劣势提出发展策略和建议，为该领域管理人员和科技人员提供情报支撑。

1 数据源及方法工具

本文选择DI 和Incopat 数据库作为数据源。首先，通过调研分析确定检索关键词及分类号，确定技术分类体系（图1）及检索式。其次，利用Incopat 数据库进行检索调试，最终检索日期是2017 年8 月15 日，共获得专利数据为54 505 条。最后，通过主题识别处理，确定相关专利的公开号，导入TI 数据库进行检索、同族专利合并，然后下载数据，最终得到设施畜牧领域相关专利共计40 256 项。

本文主要采用专利信息计量、专利地图和社会网络关系等研究方法，主要利用DDA、DI、Excel、Ucinet、Tableau 等工具进行数据处理、统计分析及可视化展示。

2 设施畜牧技术发展趋势分析

分析某个领域的时间发展趋势可以了解该领域的技术发展态势和动向[13]。如图2 所示，设施畜牧技术最早出现于1888 年，至今可以分为4 个发展阶段。

第一阶段是萌芽期（1888—1974 年）。1974 年之前，全球设施畜牧技术的专利总量为7 379 项，平均每年申请85 项，平均年增长量为2 项，该阶段专利申请数量非常少且发展呈现小幅波动增长状态。

第二阶段是波动发展期（1975—2006 年）。1975—2006 年，随着经济发展和需求的拉动，全球畜禽业发展速度加快，全球设施畜牧技术的专利总量为13 926 项，平均每年申请435 项，平均年增长量为12 项，该阶段专利申请量时高时低，总体呈现明显的波动式增长状态。

第三阶段是平稳发展期（2007—2010 年）。2007—2010 年，中国进入现代化畜禽业发展阶段，全球设施畜牧技术的专利总量为3 199 项，平均每年申请800 项，平均年增长量为165 项，该阶段专利申请量增长速度明显加快且保持稳定劲头。

第四阶段是快速发展期（2011 年至今）。2011—2016 年，同样受中国现代畜禽业快速发展的影响，全球设施畜牧技术的专利总量为19 195 项，平均每年申请2 533 项，平均年增长量为525 项，该阶段专利申请量增长速度迅猛。

图1 全球设施畜牧领域的技术主题分类图

图2 全球设施畜牧领域专利申请的时间发展趋势图

3 设施畜牧技术重点研发力量分析

3.1 国家分析

3.1.1 技术原创国和市场国情况分析 了解目前设施畜牧领域技术在全球的原创国和市场国分布情况，有助于国内科研机构和企业了解该技术分布密集区和空白区[14]，从而利于进一步市场开发。

3.1.1.1 申请量分析 由图3 可以看出，技术输出地以东南亚、北美洲和欧洲地区最强，这些地区的技术投入、创新水平和活跃程度等方面占据优势。技术原创国共有70 个，可见该技术领域得到了很多国家的重视。排在前五位的国家分别是中国、美国、德国、日本和英国。其中，位于榜首的中国拥有14 961 项专利，占全球总申请量的36.5%，是全球设施畜牧技术的最大输出国。

由图4 可以看出，技术受理地与输出地高度相似，非洲、中西亚、以及南美洲部分国家尚未成为受重视的技术输出和保护地。技术申请国共有71 个，可见很多国家在该技术领域进行了市场布局。排在前五位分别是中国、美国、日本、英国和韩国。其中，位于榜首的中国拥有14 860 项专利，占全球总申请量的36.9%，其设施畜牧市场受到全球的关注。

3.1.1.2 影响力分析 图5 为全球设施畜牧领域影响力TOP13 的技术原创国对比情况。以美国为代表的北美地区专利被引频次最高，该地区的原创技术具有很强的创新性和影响力。各专利原创国的总被引频次差距非常大，表明设在各地区输出的技术影响力之间差距悬殊，美国远高于其他原创国。各专利原创国项均被引频次的差距同样非常大，表明在各地区输出的技术质量和价值差距悬殊，排名前三的分别是世界知识产权组织、欧洲专利局和荷兰。

图6 为全球设施畜牧领域影响力TOP11 的技术市场国对比情况。同样以美国为代表的北美地区专利被引频次最高。各专利市场国总被引频次的差距小于原创国，美国仍排名第一。各专利市场国项均被引频次的差距也非常大，排名前三位的分别是澳大利亚、欧洲专利局和加拿大。我国的专利申请量遥遥领先，专利质量及影响力却明显很低。

3.1.2 重点国家的技术构成分析 技术构成分析可以了解不同研究对象的技术布局情况[15]。本文综合考虑技术原创国及市场国的专利数量及总被引频次指标情况，选择了9 个重点国家构建国家-技术矩阵图（图7）。

总体来看，各国家的设施畜牧技术布局差异性不大，重点集中在“笼舍技术”、“饲喂技术”和“环境控制技术”三大类别，且各国在该领域的研究覆盖面都比较广泛。具体来看，“挤奶技术”申请量最多的是荷兰，且远高于其他国家，这与荷兰的奶牛养殖业发达相匹配。“捡蛋技术”、“家禽的饲喂与饮水联合技术”、“家禽的其他技术”和“驯服技术”申请量最多的均是美国，可见美国的家禽养殖技术非常发达，在家畜驯服技术方面占有优势。日本在“捡蛋技术”方面的申请量与美国接近，其家禽养殖技术也相对发达。除此以外，我国在其他技术方向的专利申请量都远高于其他国家。

图3 全球设施畜牧领域技术原创国的专利申请分布地图（单位：项）

图4 全球设施畜牧领域技术市场国的专利申请分布地图（单位：项）

图5 全球设施畜牧领域影响力Top13 的技术原创国情况对比图

图6 全球设施畜牧领域影响力Top11 的技术市场国情况对比图

3.2 申请人分析 申请人作为市场主体反映了主流技术掌握在哪些参与者手中[16]。全球设施畜牧专利涉及的申请人数量共有21 644 个，其中20.5% 来自我国。前100 位申请人中公司占比达到47%，其次是科研机构和个人，占比分别达到21%和20%；占比最少的为大学，仅12%。

3.2.1 申请人的申请量和影响力分析

3.2.1.1 申请量分析 本文选取了专利申请量不少于100 项的13 个申请人作为分析对象（图8）。13 个申请人的申请量差距较大，我国专利申请人的产出数量占具优势。专利申请数量排在前三位的分别是VAN DER LELY NV C、MU YUAN BREED CO LTD 和TETRA LAVAL Group，表明他们在该领域的技术投入和创新成果较多。且排名前五的申请人均为设施畜牧相关的企业，说明在设施畜牧技术领域企业是重要的研发投入群体。

图7 设施畜牧领域9 个重点国家的技术布局图

图8 全球设施畜牧领域高申请量申请人情况对比（单位：项）

3.2.1.2 影响力分析 本文选取了专利总被引频次不少于300 次的13 个申请人作为分析对象（图9）。13 个申请人之间的影响力及专利质量差距非常大，我国没有申请人进入高影响力申请人行列。VAN DER LELY NV C、MAASLAND NV 和TETRA LAVAL Group 的总被引频次排名前三位，结合申请量可知，3 个申请人在设施畜牧技术领域处于绝对领先的地位，影响力非常高。PROLION BV、TEXAS IND INC 和EMBREX INC 3个申请人的项均被引频次排名前三位，且他们专利数量较少，其专利质量非常高。

4.2.2 重点申请人技术构成分析 本文依据专利申请量及总被引频次选取8 个重点申请人，并对其在主要技术分支的申请量分布情况进行统计（图10）。可以看出，有部分申请人的技术分布存在共同之处，是相关申请人寻求潜在合作对象或者开展技术追踪的潜在竞争者。

图9 全球设施畜牧领域影响力Top13 的申请人情况对比图（单位：次）

图10 设施畜牧领域8 个重点申请人的技术布局图（单位：项）

具体来看，VAN DER LELY NV C、TETRA LAVAL GROUP 以及MAASLAND NV 3 个申请人的主要技术分布领域相似，都包含“家畜房舍”、“家畜饲喂饮水”、“环境控制技术”、“挤奶技术”、“动物标记技术”和“驯服技术”，且“挤奶技术”、“房舍装置技术”的专利数量都排在各自技术分支的前两位，表明3 个公司在设施畜牧技术领域有着相似的市场布局，存在着一定的竞争或者合作关系；对于我国的MU YUAN BREED CO LTD 和QINGDAO TIANRUI ANIMAL HUSBANDRY SCI 来说，前者专利申请主要分布在“家畜房舍”、“家畜饲喂饮水”和“废弃物处理技术”3个方面，后者则主要分布在“家禽笼舍”、“家禽饲喂饮水”和“废弃物处理技术”3 个方面，这一差异是由2家公司的养殖类型不同造成；CTB INC 的专利申请主要分布在“家禽饲喂技术”以及“家畜饲喂技术”2 个方面，饲喂技术研究是该公司的业务重点；GEA Group 的专利申请主要分布在“挤奶技术”和“房舍装置技术”，挤奶机械设备研发是该公司的重点方向；EMBREX INC 的专利申请仅包含“家禽其他技术”以及“捡蛋技术”。

4.3 发明人分析 全球设施畜牧业专利共涉及发明人35 901 人，其中我国占比达到38.2%。

4.3.1 发明人的申请量和影响力分析

4.3.1.1 申请量分析 本文选取专利申请量不少于100项的8 个发明人作为分析对象（图11）。8 个申请人中共有6 个来自我国，排名前四位的分别是QU Tiangui、QIN Yinglin、QIAN Ying、Van Den Berg Karel，4 人的专利研发量都在200 项以上，是该领域专利申请的主要力量。

图11 全球设施畜牧领域高研发力发明人情况图（单位：项）

图12 设施畜牧领域影响力Top9 的发明人情况对比图（单位：次）

4.3.1.2 发明人影响力分析 本文选取专利总被引频次不少于300 次的9 个发明人作为分析对象（图12）。可以看出，全球设施畜牧领域高影响力发明人之间的差距较大，我国没有发明人进入高影响力申请人行列。从总被引频次看，Van Den Berg Karel 和Cornelis Lely Van Der 的总被引频次远高于其他发明人，且发明数量也较多，表明他们是该领域综合实力最强的发明人。从项均被引频次看，Lely Edwin Van Der、Bom Cornelis Johannes Gerardus、Holladay John H 3 人最高，表明其专利技术含量非常高，受到该领域众多发明人的关注。

4.3.2 重点发明人技术构成分析 本文根据专利研发量及总被引频次选取8 个重点发明人，并对他们在主要技术分支的研发量分布情况进行了统计（图13）。

可以看出，主要发明人的技术研发既有共同之处，也存在着一些差异，相同技术分布的发明人可以寻求合作以研发更加高质量的专利。其中，QU TIANGUI 专利发明量位居第一，其专利分布领域也非常广，数量较多的有“家禽笼舍”、“家禽饲喂饮水”和“废弃物处理技术”3 个分支；QIN Yinglin 和QIAN Ying 2 个发明人专利申请的技术分布领域完全一样，主要包括“家畜房舍”、“家畜饲喂技术”以及“废弃物处理技术”，且各分支数量相近，联系其所属的机构，推测2 人存在较为稳定的研发合作关系；此外，Van Den Berg Karel和cornelis Lely Van Der 的专利技术分布领域也非常相似，其专利都主要分布在“挤奶技术”和“房舍装置技术”方面，不同的是，前者在“家畜饲喂技术”、“家畜其他技术”、“家畜饮水技术”和“幼畜哺乳设备”领域进行了更多研发，而后者在“清洁刷洗技术”以及“驯服技术”方面有更多研发；Eldon Hostetler 的专利申请主要分布在“家禽饲喂饮水”以及“家畜饲喂饮水”方面，表明该发明人长期致力于动物饲喂饮水技术的研发；Lely Ary Van Der 的专利申请主要分布在“挤奶技术”、“房舍装置技术”和“动物标记技术”；Holladay John H 的专利则主要分布在“家禽其他技术”和“捡蛋技术”。

4.3.3 发明人合作分析 本文以设施畜牧技术领域相关专利发明排名前100 的发明人为研究对象，以发明人之间的共现频次为指标构建了发明人之间的合作关系网络（图14）。可以看出图中有3 个较大的发明人合作网络，分别属于牧原食品股份有限公司、福建省农业科学院和中国农业科学院3 个申请人，表明这3 个机构有规模较大且相对稳定的研发人员团队，且团队内部合作都非常充分。

5 全球技术研发热点演进分析

本文利用TI 数据库的ThemeScape 地形图工具制作了该领域重点技术分布图，并利用全球设施畜牧专利申请的4 个发展阶段进行时间切片（图15）。可以看出，全球设施畜牧技术可以划分为11 个主题，分别是笼舍技术、饲喂饮水技术、挤奶技术、环境控制技术、孵化技术、剪毛技术、发酵床技术、动物标记技术、拴系技术、动物清洁刷洗技术、产床技术等。

图13 设施畜牧领域8 个重点发明人的技术布局图（单位：项）

图14 设施畜牧领域主要发明人合作图

图15 全球设施畜牧领域不同发展阶段的技术主题分布图

具体来看，萌芽期的全球设施畜牧领域专利申请数量不多，主要集中在挤奶技术、环境控制技术（空气流通、空气调节、猪场门板等）、畜禽的饲喂技术等，在拴系、洗刷、笼舍、孵化、标记等技术方向有零星分布。波动发展期专利数量有了一定量增加，主要的技术主题分布范围扩大，集中在挤奶技术、环境控制技术（空气流通、空气调节、猪场门板等）、饲喂技术、剪毛技术、家禽笼舍技术、拴系技术等方向，零星分布在标记、孵化、产床、畜禽饮水、洗刷等技术方向。平稳发展期因时间较短，专利文献数量较少，但集中度较为明显，主要集中在挤奶技术、空气流通技术、家禽饲喂技术、圈栏门板技术等方向，零星分布在笼舍、孵化、标识等技术方向。快速发展期专利数量增长迅速，覆盖范围快速扩大，几乎覆盖了所有技术主题，明显新增的有无线监测技术、废弃物处理技术、产床技术、发酵床技术、饲喂饮水联合技术等，重点分布在环境控制技术、饲喂技术以及笼舍技术3 个主题领域，但是在拴系技术、挤奶技术方面专利数量有所减少。总体来说，随着时间发展，设施畜牧技术领域的专利呈现出由数量少、集中度高向数量多、集中度低发展的趋势。

6 结 语

本文利用专利计量的方法对全球设施畜牧技术的发展态势进行了分析，主要结论：①全球设施畜牧技术的发展可以分为萌芽期、波动发展期、平稳发展期、快速发展期4 个阶段。②全球设施畜牧的技术输出国和市场国均主要分布在东南亚、北美洲和欧洲等地区，而非洲、中西亚以及南美洲部分地区尚未成为受重视的技术输出和保护地。③设施畜牧领域重点国家的技术布局重点集中在“笼舍技术”、“饲喂技术”和“环境控制技术”。④设施畜牧领域专利申请最活跃的群体是企业。⑤全球设施畜牧业专利申请人以及发明人之间的专利数量及影响力差距较大。⑥全球在该领域的技术分布在11 个主题，整体专利呈现出由数量少、集中度高向数量多、集中度低发展的趋势。粪尿废弃物处理技术、无线监测技术、发酵床技术是该领域的最新研究热点。⑦我国在设施畜牧领域的专利数量遥居全球首位，但质量及影响力却明显很低。

针对以上分析结果，建议我国相关管理和科技工作从以下视角进行调整布局：①加大政策支持与研究力度；②注重提高专利影响力和质量。在确保研发力的基础上，应注重引导对专利质量和影响力的重视，加速专利成果的产业化。③加强与国际的合作与学习交流，注重该领域国外成熟技术的引进与转化，可缩短研发周期，节约研发成本。④聚焦研发力量和方向，目前我国的研发方向过于分散，应集中力量加强核心技术攻关。⑤重视专利地国际布局。引导加强海外专利保护力度，尤其是欧美、东亚等关键市场。