基于专利信息的旅游科技创新图谱研究

巫程成，朱倩倩，方 敏

(1.浙江省文化和旅游发展研究院，浙江 杭州 311231；2a.浙江旅游职业学院 科研处；2b.合作与发展处，浙江 杭州 311231)

一、问题缘起

2021年，我国“十四五”规划明确提出，强化国家战略科技力量需推进学科交叉融合，完善共性基础技术供给体系。《“十四五”文化和旅游科技创新规划》也提出，支持和鼓励文化和旅游行业聚焦重点领域，开展理论研究、技术研发、装备研制和应用示范，推动科技成为文化和旅游高质量发展的新动能。新冠肺炎疫情常态化背景下，数字化新技术对各个领域的变革、人民日益增长的美好生活需要等使旅游领域的科技创新受到前所未有的政策关注、技术关注和市场关注。因此，开展旅游科技创新研究具有重要的理论与现实意义。在此背景下，对旅游领域的专利进行全方位计量分析和知识图谱分析，预测旅游产业的关键技术和前沿趋势，有利于政策制定者调整旅游科技创新发展战略，提高文化和旅游资源配置效率，推进文化和旅游高质量科学发展。

综合以往研究发现，科技创新对旅游消费、企业运作、政府管理和产业格局具有重要影响，需进一步构建旅游科技创新体系和明晰旅游科技创新重点领域[1]。最早表现在智慧旅游领域，即利用云计算、物联网、高速移动通信技术和智能终端设备满足旅游管理智能化、服务主动化、旅游个性化和信息对等化发展需求，提升旅游产业现代服务业的科技含量和服务质量[2]。在生态旅游领域，科技创新从旅游的资源功能、游客行为、环境承载力、空间管控、价值认知等方面推动着生态旅游的可持续发展[3]。在交通运输方面，旅游业和科技创新交互耦合，以提升旅游目的地的周转率，推动旅游各产业综合发展[4]。在旅游演艺领域，技术因素能大幅提升旅游演艺产业发展、旅游演艺体验和产品打造，但对未来可能发生的颠覆式产业尚未积极思考并主动应变[5]。科技不仅推动文化旅游产业革新，也改变了文化旅游的消费模式，出现了预约制、定制化、沉浸体验式和打卡式消费。科技成为催生新业态的新动能，博物馆旅游、观光旅游、乡村旅游和城市旅游等新业态层出不穷，游客的美好旅游体验在异地、在家里、在虚拟世界逐步得以满足[6]。

专利是衡量一个领域技术创新水平的重要标志，专利计量指的是通过专利分析某一领域技术发展趋势和专利共现情况等[7]。旅游科技专利是评价旅游领域科技创新水平的重要指标[8]。现有的很多研究是通过知识图谱工具从专利计量的角度分析某一领域科技创新的现状和趋势[9]，但从该角度分析旅游领域科技创新的此类研究却相对较少。那么，全球旅游科技创新专利的整体情况如何？我国的旅游创新技术发展处于什么水平？旅游科技创新的关键技术、关注热点和前沿领域都有哪些？了解全国旅游专利发展情况可为我国旅游科技创新战略提供哪些启示？文章旨在通过知识图谱工具，从专利计量视角展示旅游领域的科技创新研究全貌，包括专利申请年度分析、地域分布、专利权人分析、旅游领域关键技术、技术热点和技术前沿等，为优化旅游科技创新提供政策框架和解决方案。

二、数据来源与研究方法

(一)数据来源

专利对于技术创新具有一定的科学计量功能。本研究借鉴专利的相关研究方法[10]，以德温特专利数据库(Derwent Innovations Index，DII)为数据来源。德温特专利数据库是基于Web的专利信息数据库，整合了德温特世界专利索引数据库与专利引文索引数据库，共收录了1963年以来全球100多个国家上千万条基本发明专利信息，其专利情报具有非常高的全面性和权威性，可保证数据的信效度[11]。综上，本研究以TS(Tourism OR Leisure OR travel or tourist) 为检索主题，时间跨度为1963—2020年，截至2021年9月5日共检索得到 10 373 条数据，导出题录时设置为“全记录”，使每条题录中涵盖标题、专利权人、摘要、手工分类代码等基本信息。

(二)研究方法

本文采用专利计量的方法，结合知识图谱对专利技术进行共现分析。CiteSpace是陈超美博士基于库恩的科学范式理论、普赖斯的科学前沿理论、社会网络分析的结构洞理论，形象化展示学者与文献、学者与学者、文献与文献之间引用和共引关系的知识图谱工具[12]。赵程程[13]基于德温特创新专利引文索引数据库2010—2020年的数据，利用Citespace软件绘制了人工智能技术创新网络图谱，识别出了中国人工智能领域最具潜力的创新主体和创新特征。肖涵彬等[14]利用CiteSpace软件对德温特专利数据库中的碳捕集、利用与封存技术专利进行知识图谱计量分析，探究其专利文献时空分布、热点与前沿技术及未来创新性技术的特征。Mihaela等[15]采用知识图谱工具对1975—2008年的热集成技术发展和改进系统的科技发展、演进和前沿技术进行了深入研究。德温特手工代码能反映专利核心的内容和主题，展现技术发明的创新点及其应用，很适合做技术研究。而已有研究采用知识图谱工具研究专利数据库，为厘清某领域科技创新程度的研究范式提供了科学依据。词频的中心性可以反映某领域的关键程度，即专利技术的关注程度和热点情况；突发性(burst)分析是从专利技术类别中动态探测某个领域的前沿技术。因此，本研究专利计量分析包括两方面：一是统计分析旅游领域创新专利的整体概况；二是采用知识图谱工具CiteSpace5.6.R2软件分析旅游科技创新图谱，再通过德温特手工代码分析旅游领域科技创新研发的关键技术、热点技术和前沿技术。

三、旅游科技创新专利分析

(一)专利申请年度分析

根据德温特数据库1963—2020年全球旅游相关专利统计，通过Excel工具绘制年度申请量发展趋势图，其中，柱状图代表年度专利数量，箭头线代表专利数二次指数拟合趋势，点状曲线代表专利数量三次指数拟合发展态势。如图1所示，两条指数拟合曲线拟合度R2都达到80%以上，可认为旅游科技创新专利在全球专利申请数量中表现为增长趋势[16]。1981年以前旅游科技创新技术的专利数量基本维持在100以下，2010年和 2013年数量有明显增加，且2010年以后每年的增加量都保持在 1 000 左右。究其原因，可能是因为2010年iPad横空出世，人机交互发展更紧密，清洁可持续能源技术、生命科学研发、信息通信技术、航天领域发展和新芯片的出现引领了各领域的科技发展。根据这一发展趋势，未来旅游科技创新专利数量还将会大幅增长，适合采用增加投资提升旅游科技创新的战略布局。具体转折点和历史演进的发生发展，下文通过研究热点和前沿进一步分析。

图1 1963—2020年旅游科技创新专利年申请量变化趋势

(二)专利权人分析

由专利权人分布可看出旅游创新技术研发实力和聚焦点。如表1所示，在全球范围内选取拥有专利数量超过20项的14位专利权人，他们主要来自美国IBM公司、苹果公司、谷歌公司，日本索尼公司、佳能公司，韩国三星公司、LG公司。

表1 1963—2020年旅游相关专利申请量排世界前14位的专利权人

1.时间分布。运用CiteSpace的Visible选项功能可以分析专利权人的数量、开始时间和中心度。从专利申请的起始时间看，日本的KANAMARU TEKKOSHO KK公司早在1963年就申请了专利，美国的SIEMENS AG公司也于1973年申请了专利。距今申请时间最近的是BEIJING BAIDU NETCOM SCI & TECHNOLOGY CO(北京百度)、SCISUN TECHNOLOGY CO LTD(中国深圳思迅)、MASSACHUSETTS INST TECHNOLOGY(美国麻省理工)、UNIV HUNAN APPLIED TECHNOLOGY(中国湖南应用技术学院)、SONY SEMICONDUCTOR SOLUTIONS CORP (日本索尼)都于2020年申请了旅游科技创新方面的专利，尤其是BEIJING BAIDU NETCOM SCI & TECHNOLOGY CO当年就拥有该领域5项专利。整体来看，美国和日本旅游领域相关专利的申请时间相对较早，中国相对较晚，目前具有蓄势待发之势。

2.专利权人分析。运用CiteSpace的History of publication选项功能可以具体分析各个专利权人的专利内容。具体来看，IBM公司因其在商业领域的资金支撑和全方位的科技创新能力，对旅游领域的科技创新具有重要的影响作用，尤其是旗下大数据平台Watson为航空异地旅游、旅游交通、旅游公共信息发布、旅游产业运行监管、景区客流预警与门票预约、个性消费模式分析、多语种旅游形象推广等领域提供智慧旅游解决方案。苹果公司因其在智能手机市场的巨大份额，控制了包括旅游服务在内的在线旅游关键技术，其Wallet的系统程序为游客提供了支付技术服务，其“iTravel”的App商标专利能帮助全球游客定制旅游服务订单。谷歌在互联网搜索、大数据、云计算和营销技术方面对旅游业务进行全面支持，谷歌旅游业务包括预订系统、在线旅行社(Online Travel Agency,OTA)和其他技术合作等，拥有全球在线旅游业务的第一阵营——旅游技术商ITA Software。日本索尼公司的业务领域涵盖视听、电子游戏、通讯产品和信息技术等；佳能公司以光学技术为核心，主营影像系统产品及产业设备等，两家公司的各种便携式高品质相机在众多旅游数码产品中很受欢迎。韩国三星公司的业务领域涵盖电子、物产、人寿保险、金融、机械和化学等，LG公司涵盖化学、电子与通信、金融和服务等领域，这两家公司的智能手机业务和通讯电子技术占据旅游相关技术服务市场的较大份额。同时，美国微软公司在电子与通讯板块、西门子公司在电子电气工程和工业技术服务领域、亚马逊在在线旅游业务领域，德国戴姆勒公司在汽车、航天和电气服务领域，日本日立公司在能源、金融、公共和医疗健康等领域都为提升旅游技术服务水平做出较大贡献。

排名前14的专利权人中未出现中国专利权人，说明我国的旅游创新技术发展比较落后，但在某些领域仍具有一定的竞争优势。例如：百度成立了大数据实验室，提升了其在网络搜索和数据技术方面的优势，促使中国旅游OTA巨头去哪儿网与携程合并，完成了旅游O2O(Online To Offline)战略大布局，实现了在线旅游服务的全领域覆盖。阿里的旅游板块飞猪和支付宝业务占有巨大的旅游市场，同时，阿里研究院在文化产业数字化、数字乡村研究等方面的优势推动了旅游数字化技术的发展。腾讯的社交平台微信和文旅产业研究院在旅游品牌塑造、内容提升、价值宣传、互动传播、用户挖掘、私域流量建设和网络版权保护等方面推动了旅游科技的发展。

四、旅游领域科技创新技术特征分析

(一)旅游领域关键技术分析

将所有数据导入CiteSpace软件，对旅游领域关键技术知识图谱进行可视化分析。第一步，设置参数：“years per slice”选择2，“node types”选择“category”选项，“term source”选择“title, abstract, author keywords和keywords plus”选项，“thresholding”阈值的c(出现次数)、cc(共现次数)、ccv(词间相似系数最小数值)分别选择(3，3，20)(5，4，20)和(5，4，20)，同时设置每年出现频次最高的50个节点数据。第二步，绘制旅游领域技术创新共词图谱，共得到439个节点、150个连接，网络密度为 0.015 2。在知识图谱的共词关系网络中，中心性越大的节点表示与其他节点间链接的信息量越大，与其他专利类别共引强度越大，在整个专利文献网络中的关键性越强。因此，一个技术领域专利文献共词网络中，中心性指标较高的技术类别可以代表该领域的关键技术[17]。

导出德温特手工代码对应的技术类别中心性、频率和开始时间(见表2)。如表2所示，中心性最高的前18个专利技术类别大多属于W01(电话和数据传输系统)、W04(音频/视频记录和系统)和T01(数字计算机)三个类别，说明旅游领域的关键技术大多来源于数字计算和信息传输技术领域。数字计算和信息传输为旅游信息技术服务带来了基础数据支撑和高效精准的技术通道，因此，旅游领域的技术革新需要重点关注基础数字算法的研发。综合来看，旅游科技创新排名靠前的专利技术具体为便携设备(移动电话)、电子静止图像照相机和地理信息系统。便携设备为旅游相关领域发展提高了旅游即时服务体验，电子照相为旅游记录和旅途记忆提供了设备支持，地理信息系统为旅游出行和目的地定位提供了地图标注和索引技术。三者是旅游基础技术领域的关键环节，也是打破旅游时空，架起旅游目的地和游客之间数据信息的环节，大多数的旅游技术研发都离不开对这三个技术类别的研发。另外，旅游领域科技创新最早的关键技术是在线搜索和平板电脑，最新的关键技术是摄影图像光学元件，说明旅游科技创新越来越需要跨学科技术、结合幸福美好旅游体验需求进行研发。

表2 1963—2020年旅游科技创新专利技术类别中心性和词频分布

续表2

(二)旅游领域热点技术分析

通过德温特专利数据库手工代码专利类别的词频可以识别科技创新的热点技术[18]。专利文献技术类别词频越高，说明该类别专利技术得到了较多研究关注，代表了该领域研究热点。其他参数不变，全部数据导入CiteSpace，经过适当调整，最终得到德温特手工代码共现图谱(见图2)。如图2所示，每一个节点代表一个技术类别，节点越大表明该技术类型专利数量越多，是该领域技术热点。结合表1，可以发现，频次在500以上的技术类别代码分别为W01-C01D3C(便携设备)、T01-S03(软件产品)、T01-J07D3A(地理信息系统)、T01-J07D1(车辆微处理器系统)、T01-M06A1A(手持平板电脑)、T01-J05B4P(数据库应用程序)和W01-A06C4(数字信息链接)共七个，而且都出现在1999—2001年。1995年，索尼推出PlayStation游戏机，微软推出IE浏览器和Windows 95操作系统；1999年，首款蓝牙设备面世；2000年，第一个USB闪存驱动器和首个照相手机Sharp诞生；2001年，苹果发布了iTunes和iPod。世界科技喷涌发展，革新了旅游业的技术。便携设备和地理信息系统既是旅游领域的关键技术也是热点技术，两者在旅游出行需求方面存在巨大市场，为旅游出行提升了效率体验，其技术研发企业和研究机构一直比较关注，而相关的软件产品为旅游路线和旅游各类产品的定制与购买提供了操作平台；车辆微处理器系统为物理距离跨度更大的旅游目的地提供了更为个性化的实现方式，手持平板电脑让游客更容易实现旅途中传播异域文化和记录出行日志；数据库应用程序和数字信息链接让游客在海量旅游信息背景下更方便聚焦自我需要，更便捷抓取理想旅游要素。以上这些相关的旅游信息搜索系统和传输系统，既是实现旅游者和旅游目的地有效链接的虚拟平台，也是旅游OTA平台和综合性业务集团旅游业务实现横向领域扩张和纵向个性定制的研发关键。

图2 1963—2020年旅游科技创新专利类别共词聚类图谱

(三)旅游领域前沿技术分析

知识图谱的突发性(burst)分析是用于检测一个阶段内某个节点频次突然增加的有效工具，又叫突现性分析[19]。表3统计了1963—2020年旅游领域专利类别突现值排名前25位的德温特手工代码，根据表中的技术类别，按照发展阶段的年份聚集特征，1979年、1988年和1999年具有明显的凸现词聚焦，且1979年以前没有出现突现词。由此，从宏观上将前沿技术发展情况分为以下3个阶段：

1.1979—1987年，集中对旅游基础设施设备技术进行了专利研究。其中，工业电气输送提升材料、汽车电器仪表板仪表、机床控制、工业电气工具、工程仪器导航、导航技术、工业电气控制工具、数字录音和螺旋扫描、车辆里程指标、数字医疗和信息系统等成为了前沿技术。

2.1988—1998年，集中对旅游信息导航技术进行了专利研究。其中，数据记录光盘、陆地导航或组合系统、磁头磁带传输、基于卫星系统应用程序、基于卫星的导航技术和一般视频信号记录成为了前沿技术。

3.1999—2020年，集中对在线旅游信息传输技术进行了专利研究。其中，数字计算地理信息系统、移动无线电话系统蜂窝、移动无线电系统、数字信息存储转发切换、计算机导航技术、手持平板电脑、行政和商业数据系统和视频传输成为了前沿技术。

从微观上，旅游领域科技创新技术突现性最高的是手持平板电脑，其次是移动无线电话系统蜂窝，说明手持平板电脑和移动无线技术的出现给旅游领域的技术创新带来了前沿性的颠覆。突现性持续时间最长的是导航技术，一直持续了23年，且其子类别——基于卫星的导航技术是最新的研究前沿，说明导航技术对旅游领域技术创新的贡献一直在延续，且随着其他技术的革新，导航技术对旅游领域的技术影响程度更大、范围更广。

表3 1963—2020年旅游科技创新专利技术类别突现词分析结果

五、研究结论与借鉴启示

(一)研究结论

1.理论贡献。文章从专利计量视角拓展了旅游科技创新研究，摸清了全球旅游科技创新研究现状和我国旅游科技创新的短板，无论是研究方法还是研究视角都是一次全新的尝试。同时，基于1963—2020年全球专利数据，从时间、空间上全方位展示了旅游科技创新图谱，尤其是旅游领域的关键技术、热点技术和前沿技术，更新并完善了旅游融合创新的研究内容。未来，本研究还需从各大专利数据库进一步扩展提升研究水平，研究方法上还需结合Z分数和Sen’s斜率估计法对技术主题类型进行划分，利用离散度指标系数计算专利被引用和许可转让情况。

2.研究成果。本研究发现全球旅游科技创新专利在逐年增长，而专利权人主要集中在美国、日本、韩国，如美国的IBM、苹果和谷歌等跨国公司；而深圳思迅、百度和湖南应用技术学院属国内领先机构。便携设备(移动电话)、电子静止图像照相机、地理信息系统是该领域的关键技术，便携设备、软件产品、地理信息系统、车辆微处理器系统、手持平板电脑、数据库应用程序和数字信息链接等是该领域的热点技术，手持平板电脑和导航技术是该领域的前沿技术。

(二)借鉴启示

科技创新催生了旅游产业高质量发展的新动能和新路径。随着全球新冠肺炎疫情常态化和数字化技术不断迭代，我国面临旅游产业和事业国际国内双循环发展要求，技术框架倒逼我国文化和旅游体制机制深度融合，人工智能、大数据等技术不断提振我国旅游业高质量发展，产生了新的价值和思路[20]。智能设备使旅游融入了生活的方方面面，各类地理导航信息借助交通设备使游客“上天入地”成为易事[21]。专利层面的旅游科技创新对中国旅游高质量发展有如下启示：

1.落实中国旅游科技创新发展规划。目前，我国正处于文化和旅游融合高质量发展的“十四五”开局之年，旅游科技创新已体现在国家政策规划文件中，如《“十四五”文化和旅游发展规划》提出“提升文化和旅游发展的科技支撑水平”，《“十四五”文化和旅游科技创新规划》提出的8领域7任务，都从国家高度全面布局了我国旅游科技创新未来五年的发展方向，各类旅游行政服务主体和相关企业组织应对标对表，细化本区域本领域旅游科技创新操作层面的具体方案和实施步骤，重点领域还可进行试点并推广[22]。

2.制定中国旅游领域科技创新标准。标准是引领旅游科技创新的技术要素，专利是保护旅游科技创新的技术所有权。从全球旅游科技创新专利技术发展现状看，我国的科技创新水平对旅游业的支撑作用已经滞后。因此，应成立旅游技术标准和专利研究基地、组织文化和旅游部重点实验室、旅游科技示范园区等旅游科技创新载体和研发机构，以推动我国旅游科技创新标准和专利的制定，并对重点领域进行集中攻坚[23]。研究开发制约我国旅游科技设备和数据系统创新的基础技术、关键技术和卡脖子技术，加大专业人才培养力度及资金优先保障。

3.以旅游需求为指向推动创新主体。满足人民对幸福生活的追求是旅游科技创新的工具要义和理论目标，旅游领域的任何创新都应以此为出发点。当下，各类银发老年人群体和00后新生代群体不断催生新的旅游需求。例如，原来遥不可及的自然资源在预约制和地理导航下可以更安全便捷的出行了，各类城市和乡村旅游景区在大数据挖掘下精准实现了一二三产业的融合联动[24]，小微企业开发的虚拟旅游技术为残障人士等少数群体提供了“不出门可远行”的定制化旅游服务等。未来应转化并重新定义新需求，激励各类旅游初创企业和创新主体研发新的旅游产品，以此满足并引导旅游新需求朝绿色、开放、共享的健康路径上可持续发展。

4.推动旅游与全球数字化等深度融合。数字化作为目前我国推动体制机制改革和经济高质量发展的重要手段，已在旅游领域深入开展，如浙江的数字化改革、百度大脑、华为的数字化改革等助推了旅游服务新型基础设施、数据仓的建设和营销定位，具有深度融合示范效应。数字文旅是一种新型的旅游业态和旅游模式，综合了数字化思维、路径和工具，借此东风，各类旅游创新主体可从推动地理信息系统、导航技术、大数据和区块链等专利技术与旅游产业深度融合[25]的角度，制定区域样板，乃至中国样板、国际标准，引领全球旅游科技评价指标建设，助力中国旅游科技创新生态国际化。