基于科学计量的奥林匹克运动会专利技术的情报分析

张克赛，邓万金，黄旭佳

引言

近年来，科学技术逐渐成为现代奥林匹克运动发展的重要驱动力。2008年北京奥运会将科学技术与奥林匹克运动会的首次结合，阐明了科学技术在奥运会中的重要意义，从此，“科技奥运”便成为奥运会的主旋律。专利技术代表着某一领域的前沿水平，是衡量国家科技水平的重要标志[1]。最大限度地开发和利用专利技术信息，能够使其转化成可利用的专利情报，是国家和企业在科技奥运领域取得竞争优势的重要保证[2, 3]。将专利技术应用于奥运赛事领域的实质是科学技术知识及成果的应用和转化，从而引起运动器材、比赛场地、竞赛公平性等领域发生质的飞跃[3]，进而促使运动训练、运动竞赛以及竞技体育管理等领域发生相应的变革[3, 4]。本文以奥林匹克运动会相关专利技术为切入点，探索其发展状况与趋势，并将奥林匹克运动会专利技术与竞争情报相结合，对奥林匹克运动会专利技术的学科领域分布、专利权人分布、发明人分布、IPC分类、DMC分布以及核心专利分布等方面进行分析[5]，探究奥林匹克运动会专利的热点领域信息，了解世界发达国家在奥林匹克运动会领域专利技术的研究方向，为我国在奥林匹克运动会领域专利技术的发展献计献策。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

Web of science数据库囊括Web of Science核心合集(WOS)、生物预测数据库(BIOSIS Previews)、中国科学引文数据库(Chinese Science Citation DatabaseSM)和德温特索引专利数据库(Derwent Innovations Index, DII)等，且较为权威，是本研究的有力工具[6, 7]。本文以WOS(Science Citation Index, SCI和Social Sciences Citation Index, SSCI收录)和DII数据库为基础来源，以“Olympic games”为逻辑检索，时间跨度：1975—2022年，共检索348项专利；以“Olympic games” or “patent technology” or “sport” and “patent”为逻辑检索，不限时间跨度，检索并筛选 篇文献。此外，研究还以中国知网CNKI为数据库(北大核心和CSSCI收录)，以主题词“奥运会”或“专利技术”或“体育”且“专利”，不限时间跨度，检索并筛选 篇文献,如表1所示。

表1 数据检索标识

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

为了针对高质量文献进行研究，在Web of science核心数据库中设置SCI和SSCI收录为选项，以主题词“Olympic games” or “patent technology” or “sport” and “patent”为条件，筛选出 篇与研究相关的文献；以及在中国知网(CNKI)中设置北大核心和CSSCI收录为选项，以主题词“奥运会”或“专利技术”或“体育”且“专利”为条件，筛选出 篇与研究相关的文献直接引用。并且，在深圳大学图书馆，奥运会及国际专利等相关网站上查阅和研习专利知识、知识域可视化、专利计量等相关书籍资料构建本研究的脉络和知识框架。

1.2.2 专利计量和可视化分析

引文空间(CiteSpace)文献计量工具因其特有的共被引分析，可以有效挖掘目标领域的知识基础，识别出具有关键影响的文献，并利于把握的前沿热点，从而在近几年被不同学科广泛应用[8]。不仅如此，引文空间还可以对德温特索引的专利数据进行计量统计分析和相应知识图谱的绘制，从而对某一领域的专利情报进行分析，梳理科学发展情况[9]。本研究拟运用CiteSpace(5.5.R2版本)和Excel软件，对DII收录的1975—2021年348项奥运会主题的专利数据进行计量分析，掌握奥运会相关专利技术研究的时空分布特征、关键专利演进和核心技术构成。

1.2.3 逻辑分析法

对奥运会专利分布的学科领域、专利权人[5]、国际专利分类(IPC)、德温特手工代码(DMC)[10]、关键专利演进和核心技术构成进行归纳整理和推理分析，以揭示奥运会相关专利技术的特征情况和内在规律，分析流程如图1所示。

2 奥运会专利的时间分布

通过对奥运会专利技术的逐年申请数量情况进行分析，可以得出奥运会主题专利技术的变化进程以及未来的发展趋势[11]。如图2所示，奥运会主题的专利技术申请趋势可以分成3个阶段：①发展初期(1975—2004年)，在此阶段共申请了有关专利共77项，年平均申请2.56项；此阶段专利制度发展完善程度较低，1997年申请量为10项，为该阶段之最。②快速发展期(2005—2011年)，此时奥运会主题专利的研究进入了明显的短暂快速增长阶段，七年间共申请了有关专利112项，年平均申请16项，2007年达到最多的29项。③发展波动期(2012—2021年)，此阶段，十年间共申请有关专利163项，年平均申请16.3项。虽然从逐年趋势上看变化波动比较明显，但年均申请量与上一阶段基本持平且有略微增长。从数据的整体线性预测来看，1975—2021 年奥运会专利申请量的拟合为y=0.4611x-3.5782，R2=0.5968。奥运会主题的专利申请整体规模较小，但从线性拟合上来看，预计未来的申请将呈现小幅度上升的趋势。

图1 研究分析流程

图2 1975—2021年奥运会专利申请量年度趋势

3 奥运会专利的空间分布

3.1 学科领域分布

1975年至今的奥运会主题相关专利技术涉及24个学科领域，涵盖工程学、仪器仪表领域、电信学、计算机科学、体育科学、高分子科学、自动化控制系统领域、化学、运输领域、建筑技术和材料科学等。如表2所示，从专利的学科领域分布来看，奥运会有关专利主要集中在工程学、仪器仪表领域、电信学、计算机科学以及体育科学领域。这些学科当中，工程学和仪器仪表领域的专利项占比均超过80%，为奥运会专利发展的重点学科领域；电信学和计算机科学的专利项占比都在50%左右，为奥运会专利发展的次级主要学科领域；其中与奥运会高度相关的体育科学共计95项，占比也达到了27.298%。同时，奥运会主题专利技术还涉及了材料科学、普通内科领域、生物技术应用微生物学、影像科学摄影技术、声学、能源燃料领域、食品科学技术、音乐学、药理药学和光学等多个学科和领域。如上所述，奥运会专利技术存在多学科交叉融合的现象，共同促进了奥运会相关专利技术在不同学科领域的发展。

表2 1975—2021年奥运会主题专利的学科一览

表3 1975—2021年奥运会专利技术的专利权人

奥运会主题专利权人主要分布于中国、美国、加拿大和日本等国家，其中我国多为个人申请的形式，而美国多为企业组织申请的形式，加拿大和日本则是个人申请和企业组织申请形式并存[12]。Prosports Technologies Llc，Verizon Patent Licensing Inc和Int Business Machines Corp公司是美国的主要奥运会相关专利权人。其中，Prosports Technologies公司拥有13项奥运会相关专利技术，研发主要涉及比赛或运动员的指示或计分设备、运动员的身体保护装置、触觉信号系统、传输控制程序和通信协议等技术领域。Verizon Patent Licensing Inc公司拥有7项奥运会相关专利技术，研发主要涉及图片信号发生器、信息检索、数据库结构和体渲染等技术领域。Int Business Machines Corp公司拥有6项奥运会相关专利技术，研发主要涉及计算机辅助设计、图像增强、工作流程管理和信息分析等技术领域。我国的主要专利权人是韩秀香(11项)与杨佳妮(10项)，研发主要涉及奥运会主题周边、玩具等。加拿大的主要专利权人是Arseneau J、Arseneau M和Charette A，各持有相关专利技术8项，研发主要涉及数字图像传输、便携式影音设备、接收发射器和信号处理记录等技术领域。日本的主要相关专利持有者是Mikoratta Kk和Toshiba Kk，研发主要涉及图像采集、服务器、存储系统以及视频点播系统。近5年奥运会相关专利发明研究投入相对较大的专利权人有Verizon Patent Licensing Inc，Mikoratta Kk，Sharp Kk和Toshiba Kk。综上所述，虽然依据申请数排序我国专利发明靠前，但就奥运会相关专利探究我国研究覆盖领域，可以发现我国仍比较缺乏高新领域的研究创新，且在近五年研究投入有所减少。

4 奥运会专利的热点技术领域分析

4.1 奥运会专利技术IPC分布

国际专利分类(IPC)于1971年发布的《斯特拉斯堡协定》被提出，建立了一种完整的且具有标示性的等级分类体系，将各技术领域分为八大部分：人类生活必需(A)、作业；运输(B)、化学；冶金(C)、纺织；造纸(D)、固定建筑物(E)、机械工程；照明等(F)、物理(G)和电学(H)，此外每年会生成新版的IPC。分类给专利技术的总结归纳以及检索都提供了极大的便利。

统计分析奥运会有关专利技术的IPC分布，可以探知现有专利技术的着重点，探寻热电发展方向。IPC分布越多则说明该专利的覆盖技术领域越广，从而也具有更高的价值[13]。由统计得出的表4可知，奥运会有关专利主要涉及的IPC分布有A、G和H，即人类生活需要、物理和电学这几大类。作业、运输类(B)，固定建筑物类(E)，机械工程类等(F)虽有涉及但申请量仍处在较低的阶段。其中，专利分布数量最多的大类是H——电学，共有261项奥运会有关专利技术；其次是A——人类生活必需，总量为234项；第三位是G——物理，总量为169项(存在交叉类别覆盖存在交叉类别覆盖以及细分类别交叉)。由国际分类代码的数量占比前20项分析，奥运会有关专利的热点技术分布于A63h-003/36(零件；附属物)、A63h-003/16(用部件拼成的玩偶)、H04n-007/173(双向工作系统)、A63h-003/00(陀螺；玩偶、玩具动物)、A63h-003/46(肢体的连接)、A63f-003/00(棋盘游戏)和A63f-009/24(应用电子线路而不提供其他手段的游戏)等小类[5]。其中，A63h-003/36、A63h-003/16、H04n-007/173是数量最多的三项，分别为24项、21项和17项。位列4～10位的是A63h-003/00、A63h-003/46、A63f-003/00、A63f-009/24、G06f-017/30、H04n-007/18和A63f-013/00，分别占据14、14、13、13、13、13和11项。

由此可知，现有的核心专利主要聚集在附属零件、周边玩偶、双向工作系统、电数字数据处理等技术领域。奥运会有关的专利技术申请覆盖的IPC分布较为窄，主要集中在A、G、H、B、E和F这六大类之中，即该领域专利方向的潜在价值仍有待挖掘。并通过先前对近五年的专利申请中来分析，目前奥运会有关的实用新型专利有衰减的倾向，高新领域的技术更进一步成为现在以及将来的主题，科技含量有所提高。

表4 1975—2021年奥运会专利前20项IPC统计

Derwent Manual Code，DMC(德温特手工代码)也是按照特点用于专利分类的代码体系[3]。整体上来说，DMC与IPC相比，分类更明确和详细，显著提高专利检索的准确性。为进一步揭示奥运会有关专利技术的分布详尽情况，而运用DMC进行分析。

依据对1975年—2021年的奥运会相关专利的统计分析结果可得，奥运会有关专利主要涉及的DMC分布有A(Plasdoc塑料)、T(Computing and Control计算和控制)和W(Communications通信)。此外，J(Chemical Engineering化学工程)、P(General Engineering一般工程)、Q(Vehicles运载工具)、S(Instrumentation，Measuring and Testing仪器、测量测试)和X(Electric Power Engineering电力工程)也都有涉及，但申请量较少。其中，专利分布数量最多的大类是T——计算和控制，共有523项奥运会有关专利技术；其次是W——通信，总量为416项；第三位是A——塑料，总量为84项。其他按序列分布：P——一般工程(25项)；Q——运载工具(22项)；X——电力工程(12项)；S——仪器、测量测试(4项)；J——化学工程(2项)，(存在交叉类别覆盖以及细分类别交叉)。如表5所示，由DMC数量占比前20项分析，奥运会有关专利的热点技术分布于T01-j30d(运动和训练设备的计算机处理)、W04-x02(游戏)、T01-s03(软件产品)、A12-f(花哨物品、游戏、运动器材、玩具、教育设备[其他])、T01-j30b1(新奇玩具)、W04-x03e5(娃娃，充气玩具)和T01-j07d1(车辆微处理器系统)等小类；分别占据78、54、41、33、29、27和26项。

根据分析奥运会有关专利所属分类DMC体系标准比IPC体系标准的分布更广一些，但其覆盖面仍比较有限。由DMC体系标准的分析来看，奥运会有关专利主要集中于运动训练的科学辅助、电子信息应用、数据分析处理、以及助力奥运会主题周边玩具和游戏等。透过专利号对专利信息的精准检索发现，奥运会主题相关的周边产品如玩具等主要源自国内的个人申请，申请时间整体上集中在2006年至2014年间，这与当时国内的科技创新政策的发展、和期间经历三届奥运会的背景有关。与IPC体系标准的分析相似，DMC体系标准更进一步验证了我国奥运会有关的高新技术创新还仍有很大的潜在价值。以上分析可以为将来奥运会主题有关专利创新发展的目标设计、政策战略制定和技术研发提供研究参考。

表5 1975—2021年奥运会专利前20项DMC统计

5 奥运会专利技术的核心专利分析

5.1 被引频次前20项核心专利分布

专利技术的被引频次是衡量专利技术影响力及重要性的关键指标之一[14, 15]，对此以下分析继续沿用1975—2021年的专利技术数据对其中的高被引专利技术进行排序统计分析。如图6所示，可以得出奥运会主题的核心专利技术主要集中在美国、欧洲和国际局，其中美国占据的高被引专利技术最多；共计15项，累计被引次数共480次，平均被引32次，覆盖前20项核心专利数的75%，在涉及奥运会主题专利领域处于绝对的领先态势。

整体上来说，被引最高的专利技术是US2007021058-A1，为136次，专利技术主题是关于体育赛事中可以传送赛事视频内容并显示运动员生理信息的手持电子设备；其次是EP880071-A1，被引数为125，其技术是背面印有标记的层压相纸；第3位是US2003188290-A1专利，被引数为54次，它的技术主题是关于计算机软件质量管理操作方法；排在第4位的是由Arseneau M等人申请的US2007019068-A1专利，是关于显示视频的手持电子设备；排名第5的是由Kasten T申请的US7618312-B1专利，是关于计算机实现用户参与的辅助方法；第6位是Taylor M等人申请的EP1796047-A1专利，主要是关于将赛事数据和视频信息整合成二维码的方法；其他高频被引的专利技术还有US6282842-B1(用于体育场馆、建筑群的充气屋顶结构)、US2007019069-A1(具有用户界面且支持标记操作的手持电子设备)、WO2007022487-A2(用户通信网络连接与服务器互联)和US8403723-B1(三维运动场组装套件)等专利。

表6 1975—2021年奥运会专利被引频次前20项核心专利

5.2 核心专利主要专利权人分布

某一项专利技术的被引词数的大小可以从侧面反映该项专利技术的影响力以及重要程度，并将高被引专利的专利权人应被视为重要的专利权人。按照该逻辑角度对奥运会主题相关高被引专利技术的专利权人进行进一步的统计分析。如表7统计所示，在对奥运会主题的高被引的专利技术前10项的专利权人统计中，美国地区专利权人占据了8项，其余两项高被引专利分别来自加拿大和日本。进一步分析发现，其中PROSPORTS TECHNOLOGIES LLC拥有奥运会主题相关专利13项目，ARSENEAU M拥有奥运会主题相关专利8项，INT BUSINESS MACHINES CORP拥有奥运会主题相关专利6项，EASTMAN KODAK CO拥有奥运会主题相关专利2项等。由此可见，美国在奥运会领域专利技术上具有明显优势，体现出美国对高新技术研究的高度重视，因为只有掌握了核心专利技术，国家才能够在某个领域处于领先地位[16]。但是，从核心专利人持有的专利数量上来看，这些专利权人所持有的专利数量并不多，这在一定程度上可以说明整体上专门研究奥运会主题相关的专利持有者较少，大部分专利权人有其主要的研究方向，虽然在奥运会主体相关的项目中有所投入，但并没有构建起专题研究方向，奥运会领域专利技术仍具有发掘潜力。

表7 1975—2021年奥运会前10项核心专利主要专利权人统计

6 结论与建议

6.1 结论

体育科技成果是影响竞技体育发展的重要因素，竞技体育的发展也越来越离不开科技的支持，因此，科技在奥林匹克运动会中扮演的角色也越来越重要。1975—2021年间，奥林匹克运动会相关专利的申请量一直处于平稳增长阶段[12]，尤其是在1996年第26届奥运会之后，随着奥运会相关专利技术的高速发展，现代奥运会的技术创新活动热度逐渐升高，应用的范围和领域越来越广。奥运会热点专利技术领域从开始的场地、设施、器材等方面，逐渐扩展到奥运建筑、奥运文化、电子通信、奥运比赛转播等众多领域。其中，全球数字信息技术、通信技术的高速发展为现代奥林匹克运动会的管理、运营、举办提供了全面保障，使奥林匹克运动会在全球范围内转播，这大大提高了奥运精神的传播范围和速度，使奥运会成了真正意义上的人类体育盛会[12]。

通过分析奥运会专利权人的所属国可以发现，来自美国、中国、加拿大、日本的专利权人持有的奥运会专利数量较多，其中，美国和加拿大的专利权人持有专利数量多于其他国家，而美国和日本的专利权人数量高于其他国家。通过分析奥运会核心专利的专利权人发现，核心专利权人主要被美国垄断，但每个核心专利权人所持有的专利数量并不多，他们大多是对奥运会领域的交叉学科进行研究，没有构建起奥运会专利专题研究方向，这在一定程度上可以说明奥运会领域专利项目并没有被个别专利权人垄断。根据奥运会专利技术的IPC和DMC体系标准分布可以得出，奥运会有关的专利技术申请的覆盖面较窄，奥运会领域专利在高新技术上的创新还仍有很大的潜在价值有待挖掘。在未来，奥林匹克运动会的发展不能仅局限于运动场地和运动器材领域，通过科技创新促进比赛分析技术、现场转播技术、可循环利用等技术的发展才是未来奥运会技术专利发展的重要目标。通过分析我国奥运会领域专利可以发现，我国奥运会相关专利研究的专利所有权人以个人为主，企业、高校、科研机构在该领域上的专利申请就少。同时，我国奥运会领域专利技术的覆盖领域窄，缺乏高新领域的研究创新，且在近五年研究投入有所减少。虽然我国在奥运会领域专利申请数量上排名靠前，但主要集中于奥运会主题周边、玩具等方面，在运动训练的科学辅助、电子信息应用、数据分析处理等核心专利技术方面较美国、加拿大、日本相比仍处于劣势。

6.2 建议

通过专利计量的方法，利用知识图谱对奥林匹克运动会领域专利技术进行情报分析，可以发现奥运会领域中的研究热点以及发展趋势，以期分析我国在奥运会领域专利技术的优劣并根据奥运会专利研究热点发展相应的高技术含量核心技术。目前，当前全球对于奥运会相关专利研究已进入多学科、多领域交叉发展时期，我国与发达国家在奥运会专利技术领域还存在一定差距。我国应借鉴、学习、吸收其他国家先进的专利技术，加强国际科研合作和国内产、学、研协同创新，稳健提升我国奥运会专利的创新能力和科研水平。强化我国企业、科研所以及高校的核心技术攻关水平，加强对奥运会领域专利技术研究的多学科交叉融合深度，重视奥运会高新技术领域的发展，多角度、全方位地发展奥运会专利技术，加强交叉学科在奥运会专利技术领域的应用，推动体育赛事向着“智能化”、“科技化”发展。

大力发展AI人工智能技术，通过人工智能更好地捕捉比赛过程中运动员的动作及犯规情况，实现训练辅助分析、比赛辅助裁判等智能化功能；强抓新复合材料的研发，推动体育赛事的“绿色化”发展，实现赛后场馆的可持续利用；发展电子通信技术、5G现场转播技术，实现对比赛的全球实时转播。

全国各地应积极承办各类赛事，积极举办丰富多彩的体育竞赛活动，在比赛中发现问题、解决问题。同时，鼓励社会各界积极参与对奥运赛事专利技术的投资与研发，促进技术创新成果的转化，提高我国在奥运会领域高新专利技术的占有率，[3]，进而提高我国在奥运会领域专利技术的竞争优势。