基于专利分析的山东省信息技术对三次产业作用图谱研究

梁洪艳 季小妹 聂智磊 陈 建

(齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科技发展战略研究所， 山东 济南 250014)

0 引言

我国信息领域关键核心技术取得一定的突破，基础性、战略性信息技术产业及配套产业建设不断优化[1]。山东省信息技术发展速度也在飞速提升，《数字中国建设发展报告(2018)》对2018年各地区信息化发展情况进行评价，山东省排名第10，属于信息化发展中高水平地区[2]。信息技术的快速发展带动传统产业改造升级，推动传统产业快速发展。关于信息技术对产业的影响问题一直是学者研究的热点，学者们从理论与实证两方面进行探究：①理论层面。卢小宾、黄红梅[3](2001)通过分析信息技术对传统产业管理的影响，研究信息技术影响下的传统产业管理模式的优化。李继文[4](2001)、郑英隆[5](2001)等从产业结构优化升级的角度证明了信息化的发展可以推动产业结构优化升级。刘虹涛、靖继鹏[6](2002)认为信息技术在传统产业改造中，能加快传统产业的产品更新周期，提高资源利用效率。曹光伟[7](2020)通过探究信息技术对产业经济的影响，提出更好发挥信息技术在产业发展中的作用。王栋[8](2020)通过分析信息技术对于波特的“钻石模型”四种决定因素和两种外部力量的影响，揭示了信息技术对于旅游产业竞争力的影响。②实证层面。张敏、马泽昊[9](2013)利用1998-2010年我国31个省份的面板数据，讨论了信息化对我国区域经济增长以及产业结构的影响。张文婷[10](2016)基于系统矩估计法研究发现：不同区域信息化发展水平对三大产业的影响不同。昌忠泽、孟倩[11](2018)利用1995-2012年省级面板数据对信息技术促进产业结构优化升级的消费需求、创新驱动、劳动力禀赋、劳动生产率等效应进行了检验。

学者们大多采用Citespace、SPSS、UCINET等软件对文献进行可视化分析。信息技术图谱研究方面有：李丽霞、任卓明、张子柯[12](2020)抽取1999—2018年SNSF数据库的科研基金项目完整信息，分析了信息技术学科科研基金中的关键词知识图谱的演化情况。徐宽、高倩[13](2019)利用CiteSpace II对我国农业生产信息化相关的文献进行可视化分析，揭示国内农业生产信息化领域的研究重点，探讨该领域未来的研究趋势。金雪涛、刘怡君[14](2020)利用 CiteSpace 软件分析比较了中外文献数据库中，在数字经济背景下文化创意产业研究的文献数量、学科领域、关键词共现、研究内容时区以及研究空间转换。赵程程[15](2021)利用知识图谱软件 Citespace 绘制人工智能技术创新网络图谱，识别出 AI 创新关键路径及重要节点企业/科研机构、中国人工智能领域最有发展潜力的创新主体和重要创新主体，并对其创新合作特征进行分析。

虽然关于信息技术对产业的影响方面的研究成果较为丰富，并且已有的研究也从理论研究与实证研究两个方面进行了探讨，但很少有学者从专利角度出发，对信息技术的投入进行分析，衡量信息技术在三次产业中的投入情况。并且，绘制信息技术投入的路径图谱方法也鲜有应用，这种方法可以直观显示信息技术在三次产业应用领域中的变化情况。因此，研究从专利视角出发，分析山东省2006-2020年信息技术在三次产业中的投入情况，并分析其路径图谱变化，有利于揭示信息技术投入对山东省各产业发展的作用，提出未来信息技术投入的发展策略。

1 基于IPC分类标准的信息专利划分

基于《三次产业划分规定(2012)》[16]，根据国际专利分类标准(International Patent Classification，IPC)将与信息技术、信息产业相关的发明申请专利对应到三次产业领域，从而对信息技术投入进行分析。

2018年3月，国家统计局根据《国民经济行业分类》(GB/T 4754—2017)，对《三次产业划分规定(2012)》中行业类别进行了对应调整，本研究根据调整后的三次产业划分规定将IPC分类号中的部、大类与三次产业相互对应，如表1所示，具体各部与各大类名称解释可见IPC分类标准。

表1 基于IPC分类号的三次产业划分情况

2 我国及山东省信息技术投入发展现状

2.1 数据收集

利用incoPat专利数据库中的专利数据和相关专利信息构建研究数据集，采用关键词与国际专利分类号(IPC)共同检索的检索策略，以信息技术、信息产业为关键词主题进行专利检索，检索日期为2006-2020年，共检索出129863篇中国发明申请专利。其中，重点筛选了山东省近15年的发明专利申请，总共获得5363篇专利。

2.2 信息技术投入的发展趋势

从检索结果中可以发现，全国的专利申请数逐年增加，近15年发明申请专利的平均值为8562.13篇，在2018年达到峰值，2019年有所下降，但2020年又呈现上升趋势。图1中虚线为2006-2020年中国专利申请数的趋势线，呈二次函数趋势增长，表明全国信息技术投入与产出不断增多，信息技术水平不断提高。

图1 2006-2020年中国专利申请数趋势

2006-2020年我国信息发明专利申请前10位的省市如表2所示，分别为北京、上海、河南、广东、浙江、江苏、安徽、四川、山东以及福建。其中，山东省发明专利申请数占全国发明申请数的4.12%，在全国排名第九位，表明山东省信息技术投入水平处于中高水平，信息技术发展水平位于全国前列，但与信息技术比较发达的北京、上海、河南、广东以及浙江等地区相比仍然有比较大的差距，山东省的信息技术水平仍需进一步提高。

表2 2006-2020年我国信息领域发明专利申请累积数前十位的省市

2006-2020年，山东省发明专利申请数呈现先上升后下降再上升的趋势(见图2)。2013-2014年专利申请数上升幅度较大，增加了526篇，2014-2015年较为平稳，2015-2016年专利申请数又大幅下降，专利减少533篇。2016-2020年虽有所波动，但整体呈上升趋势。总体而言，山东省发明专利申请数呈波动上升趋势，发明专利申请数的平均值为356.47，近15年有6年超过了平均值。山东省信息技术从2014年开始飞速发展，信息技术也逐渐融入山东省各个产业中，带动其他产业快速发展。

图2 2006-2020年山东省信息领域发明专利申请数变化

3 山东省信息技术投入对三次产业发展的影响

3.1 信息技术投入对产业发展的影响

将与信息技术、信息产业相关的发明申请专利对应到三次产业领域，图3-5分别为面向三次产业发明专利申请数，以各年份的信息技术专利申请数作为各产业信息技术投入，分析山东省面向三次产业领域的信息技术投入对其的作用。

由图3可知，面向第一产业领域的信息技术专利申请数量较少，2006-2013年，面向第一产业领域的信息技术专利申请数为0，表明这一时期服务于第一产业的信息技术投入较少。从2014年开始，信息技术投入大幅上升，到2015年面向第一产业的专利申请数达到近15年的顶峰，2016年有所回落，从2017年开始呈现逐年下降的趋势。

图3 山东省面向第一产业领域的信息技术投入

从图4中可以看出，山东省面向第二产业领域专利申请数的变化趋势同第一产业大致相同，2006-2013年，信息技术投入相对较少，但逐年上升，2013-2014年信息技术投入也大幅上升，2015年达到峰值，之后又大幅下降，并呈现出逐年下降的趋势。总体而言，近15年面向第二产业领域的信息技术投入大致分为两个阶段，第一阶段为2006-2015年，该阶段信息技术的投入逐年增加；第二阶段为2015-2020年，该阶段信息技术投入逐年下降。从图4中可知，2014-2015年为信息技术专利申请高峰时期，这一时期，专利申请以A部(人类生活必需品)为主，A部专利申请数量达到全部申请数量的46.3%，尤其是在2015年，A部申请数量高达61.7%，这表明信息技术正在逐渐融入人们的日常生活中。

图4 山东省面向第二产业领域的信息技术投入

由图5可知，面向二、三产业交叉领域的信息技术投入呈波动上升的趋势，同服务于一、二产业领域一样在2014年信息技术投入大幅上升，2016年又有所回落。同一二产业相比，服务于交叉产业领域的信息技术投入较多，并且在2020年达到近15年的峰值。近年来，交叉产业领域专利申请以G部(物理)以及H部(电学)为主，在2019年G部与H部分别占全部专利申请的66.59%和23.65%，到2020年G部与H部的专利申请比例为71.27%和20.68%。

图5 山东省面向交叉领域的信息技术投入

在三次产业中，服务于二、三产业交叉领域的信息技术投入最高，其次是服务于第二产业领域的信息技术投入，服务于第一产业领域的信息技术投入最少。其中，服务于交叉产业领域的专利申请数是服务于第二产业的两倍。2006-2013年面向第一产业领域的专利申请数为0，面向第二产业领域以及二、三产业交叉领域的专利申请数虽然也比较少，但却在逐年上升。这一时期信息技术水平较低，发展较慢，信息技术还没有渗透到第一产业，但已经逐渐渗透到二三产业中，主要侧重在二、三产业的交叉领域。2014-2015年，服务于一、二产业的专利申请数达到近15年的顶峰，与2013年相比，增长幅度很大，二、三产业交叉领域较2013年也有较大增长。这一时期山东省信息技术水平提升较快，发展迅速，2013年开始国家发布了信息化发展规划等一系列政策文件，信息产业、数字经济逐步得到重视，促进了信息技术投入的发展。信息技术逐渐渗透到三次产业之中，与传统产业相结合，促进产业结构优化升级。2016-2020年面向一二产业的专利申请数下降幅度较大，之后一直保持较为平稳的状态，面向产业交叉领域的专利申请数虽然也有所下降，但之后一直保持上升的趋势。这一时期信息技术投入相对而言较为稳定，信息技术已经成为影响三次产业发展的重要因素，成为三次产业发展不可或缺的部分。

3.2 山东省信息技术投入的构成

图6为2006-2010年、2011-2015年、2016-2020年三个时期山东省专利申请技术构成前五位所占百分比情况。由图6中可知，三个时期专利申请前五位所占百分比均超过50%，2016-2020年，专利申请前五位占比达到74%，表明山东省专利申请的技术领域比较集中。其次，三个时期关于信息技术方面的专利申请构成前五位中均有G06(计算；推算；计数)、H04 (电通信技术)以及A61(医学或兽医学；卫生学)，其中G06(计算；推算；计数)、H04 (电通信技术)占比虽有所波动，但始终是山东省专利申请中非常重要的部分,并且到2016-2020年这一时期二者已经成为占比最高的两位，尤其是G06，占比达到43%，几乎达到所有专利申请数的50%。而A61(医学或兽医学；卫生学)则从2006-2010年的8%上升到2011-2015年的24%，到2016-2020又下降到4%，这表明三个时期中，2011-2015年这一时期为山东省A61(医学或兽医学；卫生学)专利申请的快速发展时期，这一时期医学或兽医学、卫生学领域为山东省信息技术投入重点领域。另外，这三个时期中，除A23(其他类不包含的食品及食料及其处理)、B41(印刷;排版机；打字机；模印机(4))属于第二产业领域外，其余均属于二、三产业交叉领域，这也表明二、三产业交叉领域一直是山东省信息技术投入的重点。

图6 2006-2010、2011-2015、2016-2020年山东省专利申请技术构成前五位百分比

图7为山东省2006-2010年、2011-2015年、2016-2020年三个时期专利申请技术构成前五位的变化图谱，从图中可以看出，三个时期专利申请技术构成情况变动较大，排名第一位的分别为B41(印刷；排版机；打字机；模印机(4))、A61(医学或兽医学；卫生学)、G06(计算；推算；计数)，2006-2010年占比第一的B41到2011-2015年这一时期已经移出技术构成前五位，表明B41在这一时期已经不是山东省信息技术投入的重点领域。2006-2010年排名第五的A61到2011-2015年上升到第一位，到2016-2020年，又下降为第四位，表明山东省在2011-2015年这一时期对A61加大信息技术投入， A61为山东省信息技术投入的重点领域。2006-2010年排名第二的G06在2011-2015年排名有所下降，为第三名，但到2016-2020年，G06上升为第一位，且占比高达43%，表明G06一直为山东省信息技术投入的重点领域，且其重要程度不断上升。

其次，从图7中可以看出，B41(印刷；排版机；打字机；模印机(4))、G07(核算装置)在2006-2010年为专利申请的重要组成部分，分别排名第一位和第四位，但到2011-2015年这一时期，二者均已掉出专利申请前五位，到2016-2020年G07又重新上升到第三位，成为专利申请的重点。2011-2015年A23(其他类不包含的食品或食料；及其处理)以及C09(染料；涂料；抛光剂；天然树脂；黏合剂；其他类目不包含的组合物；其他类目不包含的材料的应用)发展成为专利申请的前五位，但二者仅在2011-2015年这一时期为重点研究领域。2016-2020年专利申请技术构成前五位中，G01(测量；测试)发展成为第五名，成为专利申请的重要组成部分。

图7 2006-2010、2011-2015、2016-2020年山东省专利申请技术构成前五位的变化图谱

图8显示的是2015-2020年信息技术快速发展5年中山东省专利申请数排名前五位的构成。由图8-9可知，2015年占比最高的为A61(医学或兽医学；卫生学)，2016年开始专利申请中占比最高的为G06(计算；推算；计数)，并且所占比例逐年增加，由2015年的9%增加到2020年的60%，稳居山东省专利申请的第一位，成为专利申请中的主要组成部分。其次，仅2015年中的A23(其他类不包含的食品及食料；及其处理)、C11(动物或植物油；脂、脂肪物质或蜡；由此制取的脂肪酸；洗涤剂；蜡烛)服务于第二产业领域，其余5年专利申请前五位的均为服务于二、三产业交叉领域，表明信息技术投入始终侧重于交叉领域，其次为第二产业领域，最后为第一产业领域。

图8 2015-2020年山东省技术专利申请技术构成前五位

图9为2015-2020年山东省专利申请技术构成前五位的路径变化图谱，直观显示出2015-2020年技术构成前五位的变化路径。其中，G06从2015年的第三位上升到2016年的第一位后，一直保持在第一；H04则呈现波动上升的趋势，由第四位上升到第二位，之后又回落到第三位，在2019年上升到第二位；G07、G01也呈现波动上升趋势，且除2015年外，一直位于前五位中。从图9中可以看出，自2016年以来，G06、H04、G01、G07一直是保持在技术构成前五位中，是信息技术投入的重点领域。

图9 2015-2020年山东省专利申请技术构成前五位的变化图谱

4 结论与讨论

近几年来，山东省信息技术水平快速提高，信息技术投入对三次产业的作用逐渐加大。研究基于专利分析探讨山东省信息技术投入对三次产业的作用，并根据IPC分类标准将与信息技术、信息产业相关的发明申请专利对应到三次产业领域，分析山东省2006-2020年信息技术投入对三次产业的变化及影响，得到以下结论：

(1)2006-2020年全国专利申请呈二次函数趋势增长，山东省发明专利申请数位于全国第九位，占全国发明专利申请数的4.12%，但与信息技术高水平地区仍有一定的差距，信息技术水平还需提升。

(2)2006-2020年山东省发明专利申请数整体上可分为三个阶段，第一阶段为2006-2015年，信息技术水平呈上升趋势，2013-2014年上升幅度加大；第二阶段为2015-2016年，信息技术投入水平呈下降趋势，属于调整期；第三阶段为2016-2020年，信息技术投入水平呈上升趋势。

(3)2006-2020年面向三次产业领域的信息技术投入密集程度依次为二三产业交叉领域、第二产业领域、第一产业领域。服务于一、二产业领域的信息技术投入在2014-2015年间达到顶峰，而交叉领域的信息技术投入一直呈上升趋势。

(4)通过分析得到：在2006-2010年、2011-2015年、2016-2020年山东省的信息技术专利申请前五位所占百分比均超过50%，且在这三个时期，G06(计算；推算；计数)、H04(电通信技术)、A61(医学或兽医学；卫生学)一直位于前五位，虽然占比有所波动，但一直是信息技术投入的重点领域。

(5)2015-2020年山东省专利申请中G06与H04一直保持在前五，且除A23(其他类不包含的食品及食料；及其处理)、C11(动物或植物油；脂、脂肪物质或蜡；由此制取的脂肪酸；洗涤剂；蜡烛)外，其余技术均服务于二、三产业交叉领域，山东省信息技术的投入侧重于交叉领域。对山东省近6年的专利申请构成进行分析，G06逐渐发展成为占比最高的领域，第二产业的信息技术投入趋于弱化。

本文通过路径图谱分析直观地显示出服务于三次产业的信息技术专利申请的技术构成以及其演变路径，更直观地反应信息技术在三次产业中的应用，发现了信息技术应用的领域不再局限于单一的产业，而是逐渐从第一产业、第二产业领域向交叉产业领域转变。同北京、上海、广东、浙江等信息产业发展中高水平地区相比，山东省仍然有一定的差距，仍然需要加强信息技术的投入，促进信息技术与产业的深度融合，积极地开展技术创新，推动信息水平快速提升。