粤港澳大湾区海洋技术创新动态网络演化研究＊

■ 王方方 黄浩岚 杨焕焕

1.广东财经大学经济学院 广州 510320

2.上海财经大学城市与区域科学学院 上海 200433

0 引言

继党的十八大作出建设海洋强国重大战略部署之后，党的十九大报告进一步提出要加快建设海洋强国。海洋的复杂性、不确定性与高风险性决定了海洋经济发展的高新技术特征，也决定了必须依赖于科技协同创新才能实现海洋的深度开发（陈明宝，2019）[1]。海洋技术创新能力与技术创新协同水平直接影响着海洋经济的发展程度与海洋生态的可持续发展能力。随着粤港澳大湾区建设的推进，企业、高校、科研机构、政府和中介机构开始走向联结，广东海洋创新联盟、粤港澳海洋技术创新联盟相继成立，越来越多的涉海单位和个人通过创新网络进行研发，大湾区海洋技术创新逐渐呈现网络化的发展态势。

在此背景下，本文尝试以动态网络的视角研究粤港澳大湾区海洋技术创新网络的结构特征演化，将有助于推动大湾区海洋技术创新网络优化升级，对解决大湾区海洋技术协同创新存在的问题、拓展蓝色经济空间、打造国际科技创新中心等，均具有重要的理论价值和实践意义。

1 文献回顾

创新网络作为一个动态的复杂系统，它的规模与结构随着时间变化而不断改变，其演化的过程近年来逐渐成为学术研究的重点。刘晓燕等（2014）认为，技术创新网络演化宏观上表现为网络的结构伴随着外部环境和内部环境的变化而不断调整，微观上表现为网络组织内部各个网络节点间的连接关系的演化[2]。

关于创新网络演化内容，已有研究主要从两个层面进行分析：一是区域网络层面，如吕国庆等（2014）利用长三角装备制造业联合申请发明专利数据，分析了1985～2010年长三角装备制造业产学研创新网络的结构及空间特征[3]。二是节点组织层面，如蔡宁和潘松挺（2008）通过对海正药业公司创新网络演化过程分析，认为网络强弱关系与技术创新模式存在耦合性，关系强度的动态变化会影响技术创新模式[4]。

关于创新网络演化研究方法，学者们借助社会网络分析对技术创新网络演化进行了许多研究，如刘国巍（2015）基于生命周期和拓扑结构双重视角，实证探究广西产学研合作创新网络的时空演化路径[8]；叶琴等（2017）从多维邻近的视角出发，采用社会网络分析方法对东营石油装备制造业集群创新网络演化进行了分析[5]。

梳理上述文献发现，学者们对技术创新网络的研究维度较为单一，多集中于合作关系这一单模网络的探讨，较少把技术创新看作多模网络来分析，或多或少忽视了创新主体与技术知识、区域间存在的联系。本文以多模、动态的网络视角分析粤港澳大湾区海洋技术创新网络的演化，可能做出的贡献主要体现在以下两方面：一是以粤港澳大湾区海洋技术为研究对象，在社会网络分析的基础上引入动态网络分析（Dynamic Network Analysis,DNA），拓展了技术创新演化分析的视角；二是不仅研究技术创新整体网络的演化特征，而且对关键创新主体、创新领域、创新区域进行测度分析，综合宏观微观两个层次以全面揭示粤港澳海洋技术创新网络的演化状况，为有效推动创新协同、网络升级提供参考。

2 技术创新动态网络测度模型

动态网络分析由卡内基梅隆大学教授Carley 及其团队在社会网络分析的基础上，将元网络模型、多智能体建模和机器学习等方法结合起来而形成。与传统的社会网络分析相比，动态网络分析善于处理大型的、动态的（dynamic）、多模的（multi-mode）、多边的（multilink）不确定性网络[6]。近年来，姜春林（2019）、吴菲菲（2019）、翟东升（2018）等国内学者开始将动态网络分析应用于技术创新网络演化研究中，并取得了一定成果[7-13]。本文在此基础上，通过进一步丰富动态网络指标体系，建立技术创新动态网络测度模型。

2.1 动态网络元矩阵

动态网络分析采用了元矩阵（meta-matrix）这一表示方法，元矩阵包括主体、知识、资源、位置、任务等要素及这些要素构成的网络集。由于专利网络是技术创新网络的主要输出，故本文根据专利数据的特点，以专利权人作为反映技术归属的主体（Agent），以IPC分类号作为表示技术领域的知识（Knowledge），以专利地址为区域（location），建立三维动态网络分析元矩阵，如表1所示。

表1 动态网络元矩阵

根据研究目的和问题情境，通过增加或减少节点类型、节点之间的交互关系网络，可以对元矩阵进行拓展或收缩。本文利用上述三维动态网络分析元矩阵构建出四层子网络，即合作网络（AA）、知识网络（AK）、主体分布网络（AL）和知识关联网络（KK），如表2所示。合作网络以专利权利人为节点、合作关系为边，可采用合作次数加权。知识网络以专利权利人和IPC分类号为节点、技术拥有关系为边，可通过权利人专利中技术出现频率加权。主体分布网络以专利权利人和区域为节点、隶属关系为边，如果专利权利人隶属该区域，则权重为1，否则为0。知识关联网络以IPC 分类号为节点，技术共现关系为边，可由IPC分类号共现频率加权。

表2 动态网络子网络层

2.2 动态网络相关指标及定义

动态网络分析提出了许多指标，既包括网络节点数、连接数、度中心性等传统网络分析的指标，也包含认知需求（Cognitive Demand）、知识排他性（Knowledge Exclusivity）等动态网络专有的指标。本文将动态网络分析中的相关指标映射到基于专利的粤港澳大湾区海洋技术创新网络中，利用这些指标来测度海洋技术创新网络，下面对相关指标进行定义说明。

2.2.1 网络密度

网络密度（Density）指网络中实际存在的连接数与可能存在的最大连接数的比值。网络密度越高，则网络节点的联系越丰富。设A 为m 行n 列的二进制网络，网络中实际存在的连接数为L，则A 的网络密度计算公式是：

2.2.2 总度中心性

总度中心性（Total Degree Centrality）描述的是网络中某个节点与其它所有节点的联系程度，反映的是专利权人与其他成员合作的情况，分值越高，则与其他成员的合作越多，越容易接触其他人的想法和理念。设网络A 有n 个节点，其最大连接值为Ⅴ，则节点i 的总度中心性的计算公式是：

2.2.3 入度中心性

入度中心性（In Degree Centrality）描述的是某个节点被关注的程度，其值越高，则该节点的吸引力越强。在知识网络和主体分布网络中，入度中心性分别表示专利权人在某个知识领域、区域所的聚集程度。设m 行n列矩阵A，其最大的连接值为Ⅴ，第j 列的入度中心性计算公式为：

2.2.4 出度中心性

出度中心性（Out Degree Centrality）与入度中心性相对，描述的是某个节点对其他节点的关注程度，反映了专利权人节点与知识节点之间的连接情况，体现创新主体涉及技术领域的广泛程度。设m 行n 列矩阵A，其最大的连接值为Ⅴ，第j列的入度中心性计算公式为：

2.2.5 完全排他性

完全排他性（Exclusivity Complete）指的是行的完全排他性，即某行节点与某些列节点有关联，而这些关联是其他行节点所不具备的，反映的是专利权人节点对知识节点的垄断程度。设A 为二进制网络，使其连接值为一个二进制变量：如果有其他节点链接到相同的目标节点，则其值为0，否则为1，则行完全排他性的计算公式为：

2.2.6 杰卡德相似系数

杰卡德相似系数（Jaccard Similarity Coefficient）指的是两个节点之间相互的影响强度，可由两个节点之间的重叠邻居的数目来度量，重叠邻居的数目越多，节点间的影响影响强度越大，相似性越高[14]。在知识关联网络中，杰卡德相似系数表现为技术的共现强度。网络A第i行和第k行的共现强度计算公式为：

根据（6）式，显然，JSCii= 1。为了便于全面比较，本文采用的是杰卡德相似系数的平均数，其计算公式如下：

其中，m为行网络矩阵A的行数，且i≠k。

2.3 技术创新动态网络测度模型

基于上述三维元矩阵和相关指标，构建粤港澳大湾区海洋技术创新动态网络测度模型（如表3），通过该模型，可对海洋技术领域关键实体进行挖掘，分析整体网络和关键实体在时间序列上的演变情况。

表3 粤港澳大湾区海洋技术创新动态网络测度模型

3 粤港澳大湾区海洋技术创新网络演化分析

3.1 数据选择及来源

本文的粤港澳海洋技术专利数据通过广东知识产权公共信息综合服务平台收集。数据检索范围包括中国发明专利、中国实用新型专利及中国香港专利，检索时间截止2018年12月31日，检索表达式为：名称=（海洋）and 地址=（广州or深圳or佛山or东莞or珠海or惠州or中山or江门or肇庆or香港or澳门）。经数据整理和清洗发现，1986年开始出现粤港澳地区申请的海洋技术专利，但相当长一段时间内，相关的海洋技术专利数量都停留于个位数，因此，综合考虑结果的可比性，按申请时间将专利数据划分为3 个阶段，即2009年以前，2009～2013年，2014～2018年。在剔除域外地区（如“山东省青岛市香港中路”）、无关主题（如“海洋主题玩具手表”）等不符合要求的数据后，共得从1986年到2018年粤港澳地区申请的有效专利数据957条。

3.2 粤港澳大湾区海洋技术创新整体网络演化分析

表4为3 个阶段粤港澳大湾区海洋技术创新网络整体结构特征演化情况，从中可知，海洋技术创新网络的规模不断扩大，节点数和连结数都在上升，这表明从事海洋技术研发的单位和个人数量在不断增加，产出专利涉及的领域也不断扩大。但大量新增的节点并没有带来大量新的连结关系，反而稀释了网络的联系程度，使网络密度不断降低，节点数量扩张程度与节点间的联系程度不相匹配，网络呈现出整体松散，局部紧密的特点。

表4 网络整体结构特征演化情况

3.3 粤港澳大湾区海洋技术创新关键实体演化分析

3.3.1 关键创新主体

通过合作网络的总度中性、知识网络出度中心性以及知识网络完全排他性可以挖掘出粤港澳大湾区海洋技术创新网络的主要合作者，测度主体创新的广度和深度。

通过表5可以看出专利权利人的合作情况及其变化。在2009年以前，总度数中心性排名前五中除了中山大学和珠海福德隆生物技术有限公司外，均为个人，此时的创新网络正处于探索阶段，合作规模较小。到了2009～2018年，佛山市安安美容保健品有限公司、中国科学院南海海洋研究所等单位开始崛起并保持中心地位，单位间的合作逐渐壮大。

表5 合作网络总度中心性

通过表6可以看出专利权利人的创新广度，即海洋技术研发涉猎的范围。中国科学院南海海洋研究所、中山大学在3 个阶段稳居知识网络出度中心性排行的前二，海洋技术创新领域广泛。此外，中国水产科学研究院南海水产研究所的创新广度也一直保持前列，佛山科学技术学院在2009年以来发展迅猛，知识网络出度中心性排名与分值均有上升。

表6 知识网络出度中心性

通过表7可以看出专利权利人的创新深度，即海洋技术专业化程度。在3 个阶段中，中国科学院南海海洋研究所、中国水产科学研究院南海水产研究所均保持较高的技术垄断性和知识独占性，不过，由于创新主体的增加，中国科学院南海海洋研究所的知识独占优势有被削弱的趋势。值得注意的是，清华大学深圳研究生院、哈尔滨工业大学深圳研究生院在2009年至2018年中表现出色，这一定程度上也反映出合作办学对海洋技术创新的促进作用。

表7 知识网络完全排他性

3.3.2 关键创新领域

通过表8中知识关联网络的杰卡德相似系数可知高频共现技术领域的演变情况。在前两个阶段，A部（人类生活必需）和C 部（化学；冶金）两大技术领域占据排名前五。具体来说，在2009年以前，A23J、C12R、A61K 等领域的技术共现强度较高，到了2009～2013年，上述几个小类的技术共现强度相对下降，而A01N、C07C 等领域的影响力则后来居上。在第三阶段，高频共现技术领域发生较大变化，E 部（固定建筑物）、G 部（物理）、F 部（机械工程；照明；加热；武器；爆破）的影响力迅速上升，C部（化学；冶金）继续保持优势地位，E03F、C07D、C07H、C07K、E04B等是此阶段共现强度较高的技术。

表8 知识关联网络平均杰卡德相似系数

通过表9中知识网络的入度中心性可知不同时期创新主体集中研究的技术领域，即热点技术领域的演变情况。在2009年以前，研究热度最高的技术领域是A23L，其次是A61K，再次是A61P 和F03B，这个时期，A 部（人类生活必需）与C 部（化学；冶金）都是研究的热点，但A部的热度比C 部高。在2009～2013年，C 部的研究热度开始超过A 部，C12N、C12P等领域的研究热度均有不同程度提升。到了2014～2018年，以A61P、A61K 等技术为代表的A 部和以C12P、C12N 等技术为代表的C 部仍保持较高研究热度，但排名前三的热点技术已经被B63B、E02B、G01N所取代。

表9 知识网络入度中心性

3.3.3 关键创新区域

由表10可知，在3 个阶段中，海洋技术创新主体集中分布在广州与深圳，其中，广州的密集程度领先于深圳，但深圳发展势头强劲，两地差距正不断缩小。在2009年以前，除了广深外，涉及海洋技术研发的地区还有香港、中山、珠海，这个阶段香港与深圳水平相当。在2009～2013年，佛山、澳门也开始有海洋技术方面的成果产生，海洋技术创新最密集区域是广州，其次是深圳，再次是中山，再再次是珠海、佛山，最后是香港、澳门。在2014～2018年，佛山在海洋技术领域发展迅猛，区域创新密集程度超过珠海、中山，仅次于广深。这一阶段，除了香港、澳门相对退步外，惠州、东莞、江门、肇庆等地也均有海洋技术成果涌现，总体而言，粤港澳大湾区海洋技术在不断扩散，创新主体在越来越多区域分布。

表10 主体分布网络入度中心性

4 结论与建议

本文利用粤港澳大湾区11个城市1986年至2018年的专利数据，通过构建技术创新动态网络测度模型，分析了粤港澳大湾区海洋技术创新网络在3个不同阶段的演化状况。研究发现：（1）粤港澳大湾区海洋技术创新网络的规模正不断扩大，但结构的改善相对滞后，网络呈现出整体松散，局部紧密的特点。（2）科研院所是海洋技术创新的主力军，尤其是在创新的深度广度，均领先于企业与个人。（3）随着创新网络的发展，A部（人类生活必需）和C 部（化学、冶金）两大海洋技术创新领域的重要性出现不同程度的下降，海洋技术创新领域多元化趋势明显加强。（4）海洋技术创新主体集中分布在广州、深圳两地，深圳、佛山等城市在海洋技术创新上发展迅猛，香港、澳门则出现了相对停滞的情况。

为了促进粤港澳大湾区海洋技术创新网络进一步升级发展，首先要搭建合作平台，打造创新市场，调动网络中原本相对孤立的节点走向连结，使新增的节点带来新的连结，从存量和增量上优化网络结构，推动整体网络升级发展。其次，要以点带面，支持、培育关键创新主体，尤其是要加快培育与发展关键创新企业，将经济形式的合作引入创新网络，推动创新网络从基于社会关系的连结转向市场关系的连结，加快海洋技术成果的转化应用。最后，要鼓励创新主体进行跨领域研发，优化区域创新布局，培育各具特色的优势产业，强化创新链分工，打造以深圳为核心、广深港澳科技创新走廊为骨架的大湾区海洋技术创新生态体系，形成长期、高效的区域海洋技术创新网络。