中国与 “一带一路”国家专利合作特征与技术态势研究

高 珺，余 翔

(华中科技大学管理学院，湖北 武汉 430074)

0 引言

专利是科技创新的有效载体，随着 “一带一路”政策的推进与落实，以专利为依托的国家技术合作正进一步加强。目前研究多以单个技术领域作为 “一带一路”技术合作研究基础，而国家之间参与的整体情况、合作态势以及发展趋势并不明朗，有必要从整体网络出发，研究 “一带一路”国家间的合作创新态势。一方面，“一带一路”国家之间创新能力、资源禀赋以及对外合作程度均不同。具体到中国与 “一带一路”国家间技术合作，有必要从中观角度识别合作的主要 “一带一路”国家以及合作侧重的技术领域、合作专利中主要申请人国籍以及中国企业参与度程度，进一步明晰中国与 “一带一路”国家间技术合作现状。另一方面，从中观上可知中国与 “一带一路”国家之间技术合作领域的传统分类，但具体到合作技术点以及技术主题态势，传统技术领域分类过于粗略，因此有必要进一步挖掘抽取关键信息，从而获得中国与 “一带一路”国家之间更为清晰的专利合作特征与技术态势。

基于以上现状分析与存在问题，本文针对 “一带一路”国家之间专利合作整体趋势，以中国为主体，由表及里地分析和展现中国与 “一带一路”国家之间专利技术合作的深层次信息。

1 文献综述

1.1 专利国际合作方面

郑佳[1]通过USPTO识别发明人国籍并定义中国国际合作专利，对中国参与国际合作专利年度申请量与技术领域进行分析，衡量中国专利影响力，发现计算机通信领域专利国际合作比例占比最高。刘云等[2]以集成电路领域国际合作专利为对象，运用社会网络分析方法，研究各国合作现状以及合作潜力。王文平等[3]分析专利合作的发明人和专利权人国籍，研究了金砖五国的国际技术合作特征。Liu等[4]利用社会网络分析方法研究全球纳米技术合作的演进过程，识别主要技术合作者。Giuditta等[5]通过国际技术合作引力模型，分析全球技术协作网络的结构与演变，研究一个国家的网络强度对开展国际合作的影响。Wang等[6]使用1976—2010年专利数据，分析中国与其他国家开展国际技术合作的轨迹和模式。

1.2 “一带一路”国际技术合作研究方面

许多学者基于论文数据，对 “一带一路”国家的科技合作网络进行研究。叶阳平等[7]基于专利和论文的比较分析，研究中国与 “一带一路”国家科技合作现状，王友发等[8]、王继民等[9]通过Web of Science核心合集数据库，识别 “一带一路”主要科技合作国家与论文合著领域，分析 “一带一路”国家之间论文合作态势演变。顾伟男等[10]构建 “一带一路”科研合作矩阵，研究合作等级结构以及网络形成机制。吴建南等[11]以资助论文为数据来源，梳理科研合作整体态势、学科分布等，提出结合 “一带一路”国家科学技术资源的特色来推动合作。

少数学者以专利作为技术合作研究对象。阳昕等[12]以中国与 “一带一路”国家跨国专利合作为研究对象，识别主要技术领域。陈欣[13]以 “一带一路”国家在5个IPC合作领域联合申请专利作为数据集，分析网络发展态势和主要合作国家。张明倩等[14]运用社会网络分析方法对 “一带一路”跨国专利合作网络进行研究，发现经贸、语言、文化的互通与融合对 “一带一路”科技合作有积极影响。

还有学者从合作对象或某项技术领域出发，对 “一带一路”专利合作进行研究。高伊林等[15]通过对 “一带一路”国家与中美两国在专利合作模式上的分析比较，提出中国与 “一带一路”国家合作建议。王鑫静等[16]分析 “一带一路”国家科技创新与碳排放效率数据，研究科技创新对碳排放效率的影响。叶春蕾等[17]分析了中国与 “一带一路”国家在农业领域的科技合作情况。

上述研究大多以65个 “一带一路”国家作为研究对象，数据收集限于某项或某几项技术领域，技术分析也多局限在IPC技术领域层面。因此，本文从专利合作网络视角出发，以与中国签订合作的 “一带一路”国家作为研究基础，分别从宏观角度—— “一带一路”国家之间专利合作演化、中观角度——中国与 “一带一路”国家专利合作主要国家及技术领域识别、微观角度——合作专利关键信息分析三个层面，系统分析中国与 “一带一路”国家专利合作特征、演化和技术发展态势。

2 研究设计

2.1 数据来源

从中国 “一带一路”官网(https://www.yidaiyilu.gov.cn)统计数据可知，截至2019年4月30日已有131个国家与中国签署了 “一带一路”合作文件，本文研究对象即为这131个与中国签订合作文件的国家。专利合作数据来源于WIPO的PATENTSCOPE数据库，以专利申请人国籍作为检索对象，以 “一带一路”131个国家英文代码作为检索条件，进行两两合作关系搜索，基本检索式为 “ANA:A国家 AND ANA:B国家”，提取合作专利的申请人国籍。矩阵横行和竖行均为专利申请人国籍，节点处数据代表国家之间合作次数，若一个专利中申请人国籍超过两项，则相互计数合作次数。如图1所示，合作专利1中有申请人国籍A、B、C国家，矩阵计数为A与B、B与C以及A与C各合作一次，以此类推，后续合作专利在之前数据统计基础上增加，如图1中合作专利2和3所示，从而获得 “一带一路”国家专利合作的131×131对称矩阵，同时获得中国与131个 “一带一路”国家专利合作数量，截取与中国专利合作数量大于10个的国家，总数为74个。进一步发现前30个国家合作数量占74个国家合作总数的91%，因此选择前30个国家作为中国与 “一带一路”国家专利合作的研究对象。

图1 专利合作矩阵示意图

2.2 研究方法

社会网络分析方法是根据数学方法、图论等发展起来的定量分析方法，包括行动者和关系等基本要素[18]。“一带一路”国家之间专利合作关系属于合作网络，因此本文从整体网络和个体节点出发对国家合作关系进行分析，得到整体网络发展特征。基于与中国合作专利前30名 “一带一路”国家，通过2-模网分析得到与中国合作的国家、技术领域以及合作申请人。根据合作专利标题提取关键词信息，数据清洗整理为CiteSpace识别格式，运用CiteSpace以及Mapequation软件分析中国与 “一带一路”国家技术合作发展态势。

3 中国与 “一带一路”国家专利合作演化及技术态势分析

3.1 宏观层面：“一带一路”整体合作演化分析

根据 “一带一路”国家专利合作网络年度数据矩阵，采用Gephi软件绘制出2014年、2016年以及2018年起3个时间节点的合作网络图[19]，节点表示国家，节点与节点之间的边表示两国合作，专利合作数量多少决定边的粗细，边越粗表示合作越密集。由图2可知参与国家数量整体变化不大，其中各国广泛与中国开展合作，中国处于网络相对核心的位置，同时中国与韩国、新加坡、马来西亚等国合作密切，网络中的核心国家之间合作数量密集度远远大于外围国家。

图2 “一带一路”国家专利合作态势演化

接下来运用网络规模、网络边数、网络连接次数、网络密度、平均聚集系数以及平均路径长度度量网络发展态势。表1显示2014—2018年网络规模、网络密度、平均聚集系数以及平均路径长度变化趋势平缓，但网络边数与网络连接次数增加趋势明显，表明合作日益紧密但集中在核心国家之间。

表1 “一带一路”专利合作整体网络指标

3.2 中观层面：合作专利技术领域与申请人分析

进一步分析中国与 “一带一路”30个国家合作专利的技术领域，根据合作国家IPC技术领域专利申请数据绘制图3所示的2-模合作网络图，节点大小表示专利数量，边的粗细表示共现次数。由图3可知，韩国、新加坡、意大利等国合作最多，目前中国与 “一带一路”国家专利合作的集中领域是H04电通信技术和A61医学卫生学。通过分析2-模网络中心度，得到合作国家以及IPC技术领域[20]的度数中心度，如表2所示。

图3 合作国家与专利技术领域2-模合作网络

由表2可知，韩国、新加坡、意大利、俄罗斯的网络中心度值明显大于其他国家，是与中国合作的核心国家。依据中心度数值排序可知，合作的IPC技术领域集中在H04电通信技术、A61医学卫生学、G06数据计算推算领域、H01基本电气元件、C07有机化学。通过对合作专利申请人国籍分析发现(见图4)，新加坡与中国在H04电通信技术领域合作占比最大，而整体上韩国与中国合作专利数量最多且合作技术领域分布更为均衡。韩国、新加坡与中国同属亚洲国家，汉语更是新加坡的官方语言之一，三个国家具有地理接近性和文化接近性。另一方面，韩国和新加坡外向型经济发展战略更加强调全球化经济合作。信息通信是韩国的支柱产业，三星、LG等韩国电子通信巨头长期深耕中国市场；新加坡政府颁布的 《2025年资讯通信媒体发展蓝图》也旨在强化新加坡未来信息通信领域的发展，这些因素均促成了中韩和中新在相关领域的专利技术合作。

图4 “一带一路”国家与中国技术合作领域及申请人国籍数量排序

表2 “一带一路”国家与中国合作专利2-模网络中心度排序前10名

图5所示为中国与 “一带一路”国家合作专利主要申请人各年度的2-模合作网络图，可见中国与 “一带一路”国家专利申请人在2013—2014年的合作较为宽泛，在H04电通信技术、H01基本电气元件以及G06数据计算推算技术领域具有一定程度集中，其中，电通信技术合作对象相对固定，主要为高通、联发科技、英特尔、诺基亚、摩托罗拉等公司。相比于2013-2014年合作较为分散的特点，2015-2016年和2017-2018年在合作对象上进一步集中，且华为公司对外合作数量显著大幅增加，逐渐发展成为网络主导核心。随着2013年智能手机在全球普及，信息通信产业快速发展，使得2015-2018年电通信技术领域科技合作态势发生明显变化和集中。通过表3进一步统计申请人合作数量可知，除了华为公司以外，大部分合作专利申请人属于跨国公司，如CNH公司、联发科技新加坡、高通公司等，说明跨国公司广泛参与 “一带一路”技术合作，跨国公司全球化布局有利于国家间的专利技术合作。值得注意的是，随着近年来西方国家对中国5G技术领域的持续打压，中国与西方国家电通信技术领域合作受到巨大阻力，预计未来以华为公司为代表的中国电通信企业将会进一步增强与 “一带一路”国家本土企业的专利合作。

图5 专利IPC技术领域与申请人2-模合作网络

表3 专利申请人合作数量前10名

3.3 微观层面：合作专利关键词抽取与技术态势分析

提取PATENTSCOPE数据库中2013—2018年中国与 “一带一路”国家合作专利名称[21]，首先进行数据清洗，手工去除of、with、or、for以及an等介词和冠词，去除device、apparatus、method、improve、use等无效词，每项专利名称加入申请年份；其次进行数据整理，将分词提取后的专利名称关键词与申请年份整理成CiteSpace软件[22]可识别格式；利用CiteSpace生成关键词共现分析的可视化图谱网络[23]，以Keyword为分析对象，数据时间为2013—2018年，形成表4和图6所示的关键词聚类图谱[24]，同时获得2013—2014年、2015—2016年及2017—2018年的关键词频次[25]以及中心度数据，见表5，用频次、中介中心度来分析中国与 “一带一路”国家合作专利的研究热点。

图6 关键词聚类图谱

表4 基于LLR算法的关键词聚类

采用LLR算法对关键词进行聚类，其中无线网络(wireless)、编码(coding)、成分构造(comprising)、载体载波(carrier)、磁体(magnetic)是最大的5个聚类，体现了中国与 “一带一路”国家之间专利合作的热点主题，“平均年份”代表聚类中专利申请年份，时间靠后的代表此聚类具有研究前沿性，涉及磁体、磁性、磁组(magnetic)等专利的申请年份较晚，体现了近年来技术合作的前沿热点，具体包括磁性隧道结存储元件、高磁通磁组装置、磁组相对磁极异位的电动装置、磁极错位发电装置、斜助式电磁装置、推吸双磁助电动机、跨磁隙发电机、磁能转换装置等。

通过分年度对专利标题关键信息进行提取，可以发现2013—2014年中国与 “一带一路”国家合作专利主要涉及无线通信网络、数字信息传输与存储、电路、半导体器件、照明设备、供电与配电设备、高分子化合物、杂环化合物、药物、医用配制品、生产作业材料、材料测试与分析、型材生产、金属冶炼等。2015—2016年无线通信网络、电通信技术、数字信息传输与存储技术更加具体，涉及无线局域网、地址、基站、通信接收、行道、网络节点、参数优化、MIMO系统、频谱共享以及5G相关技术；图像数据处理及通信技术随着网络通信技术发展而广泛布局，包括成像设备、图像处理方式、视频编码等；同时加强在医学、化学、冶金以及车辆装备领域合作专利布局，如药物制剂的特定治疗活性、有机化合物、胶体化学、传动装置、对金属材料的镀覆等。2017—2018年无线通信网络、电通信技术、数字信息、图像通信合作专利继续加强，同时合作领域更加具体，如全双工大规模MIMO、无线通信的智能传输系统、波束赋形等。其他结构零部件、医疗器械、电路、车辆控制、新型材料等领域专利合作紧密，具体专利标题关键词频次与中心度见表5。

表5 年度关键词频次与中心度

进一步研究合作专利技术领域的变化态势，导出CiteSpace年度网络数据，运用Mapequation绘制图7所示的共词网络冲积图[26]，每个年度网络对应网络演化上的某个时间点，在相邻时间中形成某个技术聚类的变化态势。年度竖条中的色块宽度与所含关键词成正比，色块之间的横向流线体现了前一时间段和后一时间段的融合与分化。由图7可知，信息通信系统、无线电通信、控制系统以及信息传输(无线通信、联通、控制、上行线路)是近年来中国与 “一带一路”国家专利合作的主流技术领域，随着时间的推移，技术领域也越加细分化，并与多技术融合；编码技术(编码模式)2013—2017年独立持续增长，2018年逐渐融合到互联网信息技术当中；材料化学、高分子聚合物以及化合物技术(化合物与高分子聚合物)也处于逐渐发展融合过程。进一步对信息通信系统、无线电通信，控制系统以及信息传输关键词进行逐一识别，可知细分化领域包括输出电流检测电路、纹波抑制电路、本振电路、无线通信系统中的测距测量、高容量光传输、多变量控制系统、时分同步码分多址、无线局域网、信息上行传输和接收方法、跨信道调度、大数据测算、磁性磁组材料、极性码等，其中5G相关技术占比显著。

从上述研究结果可以明显发现：信息通信技术是技术融合分化的主流，随着人工智能、虚拟现实、云计算、物联网、大数据、高性能计算等产业发展，信息通信技术作为这些产业发展的技术基础，逐渐由独立科技突破发展到与各产业相互融合。从图7可以看出，至2016年以来，中国与 “一带一路”国家合作专利中信息通信技术与其他技术跨学科、跨领域合作已成为新态势，特别是新一代通信技术5G技术的发展在国家之间合作尤为突出，也说明了基于 “一带一路”倡议，国家之间加强合作，对促进新兴战略技术发展具有制度优势。

图7 关键词共词网络冲积图

《中国制造2025》以及 《国家创新驱动发展战略纲要》中均提出发展新一代信息技术产业和新材料技术，而信息技术、生物技术、新能源技术、新材料技术等交叉融合正在引发新一轮产业变革。因此，中国与 “一带一路”国家在信息通信技术领域和跨学科跨领域的专利合作态势响应了国家科技宏观发展战略。通过中观分析不难发现，中国与 “一带一路”国家专利合作国家较为集中，合作成效也主要在少数新兴技术领域，呈现强强聚集态势。在技术进一步融合分化背景下，交叉技术领域发展已成必然。因此，需要在发挥 “一带一路”国家技术产业市场各自优势和特色基础上，加快以信息通信为代表的重点技术领域融合突破和应用拓展。同时，通过加强经济、产业和人员交流，引导与非核心国家技术合作，鼓励官方和民间合作，继续牵头开展或参加科技合作项目，实现中国与 “一带一路”国家间更全面的技术合作发展。

4 结论与建议

本文通过整理中国与131个 “一带一路”国家的合作专利，从宏观、中观、微观三个角度分析中国与 “一带一路”国家的整体技术合作态势，结果表明合作专利整体集中在个别国家之间，边缘国家合作稀疏；韩国、新加坡是中国的主要合作国家，其次为意大利、俄罗斯等国；IPC技术领域集中在电通信技术、医学或兽医学、卫生学、计算、推算、计数以及基本电气元件等领域，一定程度上反映了中国近年来对外技术发展趋势；主要参与合作的专利申请人为跨国公司，但华为公司作为本土企业表现突出；2013年以来互联网、通信信息技术一直是专利合作的主流方向，数据传输与材料化合物近年来发展趋势明显。综上分析结果，提出如下建议：

宏观层面上，应密切关注与中国技术合作的主要核心国家，继续发挥核心国家的技术优势，在前期合作基础上进一步积累并扩大溢出效应。对于技术合作边缘国家，应发挥中国在合作网络中的核心作用，依托其他领域合作的先行经验，挖掘与各方优势技术的合作机会。同时，发挥各国在参与 “一带一路”倡议上的认同感，加强科技政策沟通，制定技术合作政策，促进多方技术融合创新。

中观层面上，近年来中国在通信信息技术方面发展迅速，而韩国和新加坡在通信互联网方面具有一定的技术积累和优势，可继续深入合作，同时应关注俄罗斯、马来西亚以及奥地利等相对非核心国的技术发展趋势，扩展未来合作。促进更多中国本土企业参与国际技术合作，密切关注 “一带一路”国家无线互联、数字编码、传输系统、医学化学材料等领域发展，建立海外研发中心，重视培养与相应技术优势国家融合发展的潜力，带动本土企业产业和贸易发展，推动技术合作。

微观层面上，注重专利合作的技术分化和融合。信息通信系统、控制传输系统以及高分子聚合物化合物等技术还存在与其他技术融合创新的巨大潜力，尤其是占比较大的无线通信技术。应该从整体出发，系统分析 “一带一路”国家在分支技术领域的优势，密切追踪新兴分支技术领域发展，有针对地加强技术研发，培养融合潜力，形成超前技术发展态势，增强技术竞争力。