物联网新兴产业的发展趋势分析

龚惠群 黄超

关键词：物联网；专利分析；文献计量；专利地图；热点分析

一、引言

21世纪是高新技术产业高速发展的时代，世界各地每天有无数的设备连接到互联网，持续不断地收集和共享数据，物物相连的物联网（IoT）技术已深入到人类生活的方方面面，例如：自动驾驶汽车、智能制造、医疗保健、农业科技、物流、石油和天然气、运输、采矿和金属、航空以及其他很多行业。IoTAnalytics预计2025年全球物联网连接数量将达到220亿个，保持高速增长；Gartner预计到2020年底，物联网的全球经济价值可达到1.9万亿美元。作为一种新兴技术，物联网技术得到了世界范围内的支持和认可，迸发出强劲活力，成为世界经济不可或缺的重要组成部分（王鑫，2016）。同时，物联网现已被越来越多的国家确立为振兴经济、确立科技竞争优势的重点战略（邵云飞和吕炜，2016）。

当前我国经济正处于由高速发展向高质量发展转变的时期，物联网产业的兴起与发展是我国经济产业改革的一个契机，对提升经济活力、增强社会创新意识具有重要作用，可提高整体创新能力，有助于创新型国家的建设。同时，发展物联网产业，还可优化整个社会的资源配置效率，给大家提供更舒适便捷的生活。此外，物联网产业领域的技术如果可以实现自主可控，还可以保障国家经济社会运行的战略安全，同时也是发展战略性新兴产业、带动经济增长的迫切需要。《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中我国要加快培育的7个战略性新兴产业已将物联网产业包含其中。此外，在《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012年至2030年）》中也特别提到了物联网产业应用。预计到2021年，中国物联网产业的市场规模将占到全球物联网产值的1/4左右，产值约为2.7万亿元，将成为一个超万亿规模的巨大市场。工业和信息化部2020年5月发布了《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，商务部等多部门也在2020年陆续出台了众多推进物联网与其他产业深度融合的计划和指导文件，物联网产业的影响力日渐突出。

同时，作为一种场景化的生态概念，物联网与其他高新技术不断融合（如雾计算、区块链、大数据、人工智能等）（Federicoetal.，2018；张凯等，2020；郭研等，2021；刘九如和尹茗，2022），伴随着5G基础设施的进一步完善，物联网的成长性更佳，发展空间更大。物联网产业正促进这些新一代新兴技术共同发展，并带来大规模的产业集聚效应（胡广伟等，2021；付剑茹和王可，2022；Alowaidietal.，2022），如智慧城市（TomasGeaandJosepParadells，2013；Harishetal.，2020；范德成等，2021；周林兴等，2021）、智慧农业（Lokeshetal.，2017；张复宏等，2017；Tingetal.，2022）、智能交通（Vyacheslavetal.，2017；黄洁等，2018）、智能基础设施（Raviletal.，2017；罗燊和张永伟，2020；Li，2022）等，市场前景巨大。

因此，物联网产业发展竞争态势应引起关注，在充分掌握世界各国物联网技术的发展竞争态势之后，我们才能更好地针对这一情况合理调整国内物联网产业布局，制定更好的发展策略，为促进国家物联网技术发展、提升国际竞争力提供良好的环境（汪明峰和郗厚雪，2015）。但是，目前针对物联网产业发展态势的研究较少，而且分析方法相对比较单一。此外，由于以论文、专利数据为基础的文献计量方法（燕慧泉等，2017；杨忠和文庭孝，2018）和专利分析方法（李欣和黃鲁成，2016；谌凯，2018）已经成为研究产业发展和竞争态势的有力工具。本文综合这两种方法，将文献计量方法和专利分析方法相结合，更全面系统地对物联网竞争态势进行分析。具体包括从重点技术领域、专利地图、地域分析、专利构成、引证分析、高频机构、知识图谱、热点关系分析等方面，更系统地开展针对全球物联网产业的发展与态势研究，并结合我国实际情况，针对我国物联网产业发展的薄弱环节和有利优势，对我国物联网产业的布局和技术发展方向提出建议。

二、研究方法和数据来源

首先，在各国（地区）专利数据库中检索并下载物联网专利信息（2007—2020年），利用PatentHub专利检索系统进行专利地图分析。本文将物联网专利检索日期设置为2007至2020年，借鉴国际电信联盟对物联网的定义，以“物联网orM2Mor电子标签or射频识别or二维码or无线通信or全球定位or传感器or视频监控or蓝牙or传感网or数据传输or无线电链路or系统监测”等检索词的英文翻译结果进行检索，检索国家和地区为中国、美国、欧洲国家、日本、韩国、WIPO（世界知识产权组织）等，检索状态为已公布公开公告，其他条件不限。最终经过去重、筛选、清洗等，处理得到数据42683条。通过地域分析、专利权人分析、专利技术研究、专利地图、申请人分析及引证研究等方法得出全球及我国物联网产业的基本竞争态势、研究热点、技术空白领域、发展趋势及薄弱环节等。

此外，本文利用Bicomb及SPSS软件，以中国知网CNKI和WOS（WebOfScience）为论文搜索平台，根据核心文献中对物联网的表述，以“物联网”“InternetofThings”“IoT”“webofthings”“internetofeverything”“internetofanything”等为主题词，采取精确查找，时间限定为2007年至2020年。中文文献为CSSCI以上文献，外文文献为SCI文献，剔除掉会议论文、人物访谈等，共检索有效论文12438篇，其中中文文献6753篇，外文文献5685篇。通过高频关键词共词分析、聚类分析和知识图谱热点分析等，得出国内外近年来物联网基础研究情况及热点分布。

三、物联网产业专利研究

（一）全球物联网专利地域及申请人分析

主要检索中国、美国、欧洲、日本、韩国等专利大国和地区的专利数据，并按照主要的IPC技术分类在数据库中进行检索。在最后得到的42683条数据中，全球物联网专利量排名前列的国家和地区如图1所示。从专利的总量分布上看，目前全球物联网技术专利主要分布在中国、美国、韩国、欧洲、日本等国家和地区，其中中国的申请总量最多，约占全球物联网专利申请总量的31.9%，近全球总量的1/3，已超过美国成为专利申请第一国。美国位居第二，约占21.4%；韩国位居第三，约占14.5%；欧洲为第四，约占全球的10.5%；日本位列第五，约占8.4%。截至2020年，中国是全球物联网专利数量最多的国家。

据WIPO统计，美国、德国和日本等国一直以来都位列物联网专利申请排名的前列，2010年之后随着我国对物联网产业的重视程度提高，随着无线传感、M2M（机对机通信）、视频监控等应用的兴起，中国的相关专利数量也增长很快。一个很重要的原因就是我国政府将物联网列为战略性新兴产业。目前，随着应用场景的发展，各类物联网应用（如无线支付、共享经济、智能抄表等）得到全面普及，激发了高校、科研院所、物联网企业等创新源头的研发热情，物联网产业正在国内迅速崛起、发展壮大。

通过专利申请人研究可以发现物联网领域的龙头企业。由图2可知全球前十名专利权人皆为商业机构，这与专利应用性较强有关。其中，排名前三位的都是美国公司，分别为IBM（第一）、微软（第二）、高通（第三），专利申请量都在1500项以上，专利申请较集中，具有明显的领军企业优势。这是由于美国企业重视资金与人才的投入，比如世界上最优秀的物联网高端人才都集中在IBM公司，每年有超过60亿美元的资金投入用于研发物联网技术，而且在世界各地建立物联网技术中心和研究院，这是IBM公司在物联网专利方面持续多年保持源源不断的创新产出且在世界排名前列的重要原因。其次，日本也有三家公司进入前十，分别为夏普（第四）、富士胶片（第五）、索尼（第八），这说明日本在物联网领域也在进行着广泛布局，努力争夺领域制高点，这与日本从2000年开始布局发展物联网有关。而中国企业进入十强的只有中兴通讯股份有限公司（第七）和华为技术有限公司（第九）。由此可见，我国专利申请总量虽多，但整体上聚集度较低，很多相关企业的创新转化能力仍较弱。

为了更进一步具体分析我国的物联网专利权人分布情况，我们绘制了中国专利申请人分析图，如图3所示。可见，中兴通讯股份有限公司、华为技术有限公司、国家电网公司是中国物联网专利的前三名。其中，前两个公司皆位于广东省深圳市，专利数远远高于其他企业。从地域上来看，我国区域专利聚集度最高的是广东省深圳市。具体分析后还可以发现中兴和华为这两家公司在物联网专利领域有很多相似之处，它们都在数据传输、通信模块、终端设备方面拥有较大的专利话语权，然而在输出端、电性连接、芯片半导体等方面几乎为空白。除此之外，科研院所和高校也在我国专利权人中占据重要地位，如中国信息产业部电信研究院CATR、中国科学院、南京邮电大学等，可见高校等研究机构在我国物联网产业的发展中的作用不可忽视。

（二）物联网专利技术研究

按照IPC分类号统计物联网专利技术构成，见图4。可见专利申请主要集中在G06F（电子数字数据处理）、H04L（数字信息传输）、G06Q（数据处理系统或方法）、H04W（无线通信网络）、H04N（图像通信）等方面。其中G06F（电子数字数据处理）所占数量远远超过其他技术，达到14307项。可见在此技术类别上投入较大，技术创新度活跃，技术较成熟。这是因为电子数字数据处理技术的社会需求不断增大，激发了该项技术的创新活力，例如常见的数据识别技术，包括二维码付款、语音识别、人脸识别、指纹解锁等技术，现在已经成为人们生活和工作中不可或缺的典型应用。H04L（数字信息传输，例如电报通信、打字机、通信设备等）排名第二，技术创新热度也较高。G06Q（数据处理系统或方法）位列第三，廣泛应用于金融、管理、行政、商业等数据处理系统。H04W（无线通信网络）排名第四，与G06Q的数量相差不大，因为H04W技术在蓝牙、WiFi、移动通信网、卫星定位、地震救援、雷达探测等领域都发挥着巨大的作用，故此领域专利也相对较多。而其他的诸如G06N（基于特定计算模型的计算机系统）、G08B（信号装置或呼叫装置、指令发信装置）、G01S（专为交通控制而设计的声呐系统或激光雷达系统）等由于应用范围较窄，这些方面的专利数量较少。

不同的国家对以上这些技术有着不同的侧重点。分析全球物联网主要IPC技术的国家分布，结果如图5所示。可发现，美国在H04L（数字信息传输）、H04W（无线通信网络）、G06K（数据识别、数据表示）等技术领域都有绝对的优势且数量最多，这与图4分析的这些技术排名前列的结果也相吻合。

由图5还可见，目前我国物联网的研究主要集中在G部（物理）和H部（电学），分别涉及物联网技术原理的研究和物联网在电学方面的应用。中国在基本电器元件和电子通信技术领域的专利申请较多，但是申请涉及的技术主题更多是使用底层芯片进行数据的读取以及存储等物联网设备的二次开发，这间接反映出我国在传感器和芯片设计、制造等基础能力方面较薄弱的现状。

此外，我国在数据处理与通信网络方面表现优异，在G06F（电子数字数据处理）技术领域所占数量要明显优于其他国家，例如我国的华为技术有限公司和中兴通讯有限公司，专利增长态势明显，并已取得众多国际通信技术、标准的核心专利，表明中国企业在数字信息、无线网络通信领域的核心技术竞争力较强。

（三）物联网专利技术地图研究

为了更形象地显示全球物联网专利的技术分布、专利研究热点和国家发展状况等，本文分别将检索到的42683条物联网专利数据按照国家地区类别提取出中国、美国、韩国、日本等物联网专利大国数据，利用TI软件制作出专利地图，从而有效掌握竞争对手和我国企业相关领域的专利分布情况，进而判断产业的专利风险布局，更合理地调整产业布局。图6为全球物联网技术的专利地图，其中凸出如山峰状的密集区域为相似专利形成的专利集中领域、产业化区，可见智能家居、无线通信、信号传输接收、射频识别（RFID）等涉及工业、生活应用等方面的热点较集中，其中跟智能家居有关的应用创新较多，例如电梯、路灯、安防、水表、消防、智慧养殖等；跟智慧工业有关的创新，诸如机器人、打印、测控、智能维修跟踪等。但是在图6中尚未见目前学者研究较多的智慧交通、智慧建筑等，可见在这些方面仍存在专利空白点。

下面分别是美国、中国、日本、韩国等主要国家物联网技术的专利地图，见图7、图8、图9和图10。由这些图可见，无线通信技术是各国皆争相布局的主要技术，一直是研究热点，其次是RFID、智能终端等技术。

从图7、图8可见，中国和美国的专利布局密度皆高于其他国家，但对比两图可以发现中国在物联网技术的专利分布上更偏重于技术应用，研究的深度明显与美国有较大差距，这也反映出中国物联网技术基础薄弱的劣势。由图7可知，美国在设备、远程监控、通信控制等方面的专利实力较强，但在生活应用类方面的专利尚不多。由图8可知，中国的专利技术主要集中于社会各类生产生活应用（如智能家居、智能农业、智慧物流、安防应用等）、数据处理、网络通信等方面，创新成果更偏向于商业应用，而在传感器、芯片等基础领域则存有相当不足，甚至是欠缺。物联网产业的关键技术涉及传感器、芯片、通信模组、通信网络和物联网平台等，从图8可知我国物联网产业目前在传感器、芯片技术上的研发创新能力仍较弱，专利布局太少，而在通信、物联网平台方面的研究则较为成熟。

分析图9和图10，可发现日本和韩国的专利布局相对比较集中。对比图7、图8、图9、图10可见，中、美、日、韩四个国家在不同的物联网专利方面都有各自领先的领域。其中，美国和韩国在智能终端、防伪技术、数据通信等方面具有领先地位，除此之外，美国在控制器、电路器件领域中排名世界前列，而中国在该领域与美国还有相当大的差距。日本在电子数据信息处理、通信控制、数据识别、网络服务器方面展现出强大的科研实力，而且在传感器、环境监测领域也有不错的专利布局。

从整体上看，中国在整个物联网专利方面的研究相对比较平均，在众多领域已经进行了布局，但多偏重于生活场景应用，在基础设备研发方面仍较薄弱。目前作为物联网产业链前端的通信模组、智能控制器等在我国迎来迅猛发展，在通信技术上也拥有实力较强的国际级大公司，比如华为、中兴、腾讯等，但仍缺乏芯片、集成电路方面的领军大型企业。为了在未来的专利技术发展中取得较多的主动权，中国亟待新的技术突破口来弥补自己的不足。

（四）全球物联网专利引证研究

一项专利的被引用次数越多就表明该专利的认可度越高，而且具有一定的权威性。专利的权威性越高越说明此项专利涉及该领域内的核心或者基础性技术。因此，专利的被引量在物联网产业竞争态势研究中有很强的代表性，应当受到高度关注，其研究对于评估我国物联网产业的竞争态势以及对物联网布局准确定位具有重要的参考价值。

本文在对物联网专利做引证分析时采用年均被引频次。表1列出了物联网领域年均被引频次最高的10项专利，可发现创新成果积累较多的专利申请人多为目前世界上比较出名的科技型公司，如高通、思杰、康维达无线公司等。此外，表中有3项专利（专利号分别为US7355273、WO2013123445A1、US7444669）虽然总被引频次较高，但年均被引频次较低，所以并不能简单地说明这3项专利受重视程度很高。因为年均被引频次是指某项专利从公开发布到现在平均每年被引用的次数，而总被引频次是指所有引用这项专利的次数。因为不同的专利发布时间是不一样的，分析总被引频次时可能会因为这种时间差异导致结果存在误差，发布时间早的专利总体上都会更容易有更高的引用次数，而参考年均被引频次数，则可以有效地减少这种误差，因此用年均被引频次分析更为合理、科学。从表1中可以看出，专利US7355273的总被引频次很高，为394，在所有专利中处于最高被引频次，但其年均被引频次数仅为35.8，造成这个现象主要是因为其申请年限是2008年，时间很长，因此参考其年均被引频次数更为科学，故这个专利仅排在第7位。

从表1还可以发现：

（1）从年均被引量排名来看，被引频次第一的是专利号为US20150156266A1的美国专利“基于云服务的用户相关联的IOT网络和设备”，可以看出该项专利在物联网领域的重要地位，此技术主要用于数字信息传输。年均被引频次排在第二位的专利号为US9094407的专利是美国思杰公司关于机器消息传送系统的技术，同样属于数字信息传输领域。年均被引频次排名前两位的都是数字信息传输领域，IPC分类号为H04L，说明在物联网领域数字信息传输方面的技术广受关注，目前研发应用最为成熟，技术影响力最大。

（2）从专利权人角度分析，由于专利US20150156266A1和US9094407在年均被引频次上皆明显高于其他专利，所以这两项专利的申请人美国高通公司和思杰公司可看作是物联网数字信息传输领域的技术领跑者，存在一定的核心技术优势，是学习合作的对象，我国对于这两家公司在物联网技术的研发应给予充分关注。

（3）从物联网专利高被引频次的国家来看，表中有5项专利属于美国，4项专利属于世界知识产权组织，但是大多数优先权国家仍属于美国，仅有1项专利优先权属于中国。可见，虽然中国发布专利数量很多，但被引用数量少，涉及核心科技的专利数量更少。因此，美国物联网技术的霸主地位目前依旧难以撼动，其技术实力和研发实力仍排名靠前，依然领导全球物联网的发展方向。

（4）从物联网IPC主分类号角度来看，H04L（数字信息传输）、H04W（无线通信网络）、G06F（电数字数据处理）这三大技术方向分别占据了榜单的前三位，说明此三大主题构成了国外物联网技术领域的研发核心领域，发展快速，是未来几年发展的热点。整体上来看，表1中的大部分专利都集中在H04Q（信号选择控制）、H04L（数字信息传输）、G06Q（数据处理系统）、H04W（无线通信网络）、G06F（电数字数据处理）等领域，可知在物联网专利分布中，这些技术应用比较广泛，发展也趋向成熟。

（五）专利分析总结

通過对全球物联网产业的专利分析，得出以下结论：

1.中国、美国和韩国是物联网研发的主要国家，约占全球专利总量的70%，其中中国已是全球物联网专利数量最多的国家。

2.目前物联网的研发有着极强的商业竞争目的，领军企业仍在美国，其次是日本。中国的专利申请总量虽大，但整体聚集度低，高质量专利少，且存在区域分布不均衡的情况，应重视以深圳为辐射中心，带动其他地区或企业的物联网发展。

3.目前物联网领域技术创新度最高的是G06F（电数字数据处理）、H04L（数字信息传输）、G06Q（数据处理系统）、H04W（无线通信网络）这几个方面，其中H04L、H04W、G06F领域是未来发展的热点。

4.我国物联网产业在数字信息、无线网络通信领域的核心技术竞争力较强，涉及通信模组、物联网平台等的物联网产业关键技术的研究较为成熟，而在传感器和芯片设计、制造等关键技术方面仍较薄弱，与美国存在很大差距。

5.中兴、华为两家公司作为我国物联网领域的领军企业，在输出端、电性连接、芯片半导体技术等方面仍存在很大空白。

6.从全球来看，无线通信技术、RFID、智能终端是目前各国争相布局的热点，同时，中国目前的物联网专利技术更偏重于生活生产类场景的商业应用，在物联网技术基础、基础设备等方面的创新度较低，与美国在控制器、电路器方面的差距较大，缺乏芯片、集成电路方面的领军机构。

7.目前数字信息传输方面的技术广受关注，技术影响力最大，美国高通公司和思杰公司的高质量专利研发较多，应予以更多关注。

四、物联网文献计量研究

通过文献计量分析，可以明确我国物联网发展的趋势及其在国际上的地位，可以清晰地看出某个领域内的文献数量、质量与合作情况、研究深度、与国际最高水平的差距、高产区域、高产机构、区域短板、国内外物联网研究的重点和热点主题、国内研究的相对空白之处、国内外物联网研究的主流学术领域等相关研究信息，为企业、研究机构或者政府的决策提供更有针对性的支持。

（一）论文高频机构及地域分布

检索的12438篇论文来源于上千家研究机构，本文根据Bicomb软件对研究机构进行提取与统计，导出国内外排名前十位论文发表较多的高频机构，如图11、图12所示。

由图11可以发现，全球SCI论文的高产机构主要以中、美两个国家的大学为主，发文量最高的前3个高频机构中有2个为中国的大学，分别为中国科学院和北京邮电大学，位列第3的是美国的加州大学。在前10位高频机构中，中国共有6所大学位列其中，占60%。其次就是美国有2所大学位列其中，占20%。除此之外，英国的伦敦大学和沙特阿拉伯的沙特国王大学也榜上有名。可见从论文的产出来看，中国的文献发表高频机构明显高于美国，数量上处于绝对的国际前列。从机构类型来划分，这10个高产机构都是大学，这说明国际上对物联网研究贡献最大的是高等学府。这主要是因为大学中的教师或研究人员相对来说更易于接触到物联网领域的最新研究信息，故能够产生较多的科研成果。

由图12的国内CNKI发表量高频机构显示结果可知：（1）中国矿业大学、中国科学院大学等依托国家物联网相关重点实验室在理论研究上走在前列。（2）一些理工类特色大学，如南京邮电大学、北京邮电大学等也与物联网研究有着密切的联系，这是由于随着物联网的广泛应用，电信、工程电气电子等学科领域对物联网的研究重视程度日益增大。（3）国内一些知名企业，例如中国电信股份有限公司等，也在物联网研究领域占据一席之地。这是因为随着物联网技术的成熟和普及，中国电信等公司皆基于2G/3G/4G/NB-IoT（窄带物联网）通信网络基础开拓出了物联网业务，致力于物联网产业的基础建设、公共平台运营等方面的创新研究，着力推动整个行业生态的发展。（4）观察图12中研究机构的地理区域，可以发现这10所大学主要分布在华北、华东等经济、科技发达地区，中西部地区发表论文相对较少，可见经济、人才等非主观因素对物联网的研究也有明显的影响。

（二）高频关键词聚类分析

某关键词出现的频率越高，表明其受到科研人员重视的程度越高，因此本文主要运用关键词频率对物联网研究领域的分布进行分析。本文统计了CNKI和SCI的高频关键词，利用Bicomb软件分析得出，CNKI中6753篇论文共有关键词25042个，需要提取高频关键词对其做进一步的分析，以便更能看出关键词与研究热点之间的关系。根据高频关键词计算公式（普莱斯定律）N2，将25042代入D计算可得N为158。由于文献检索地文献数量有限，难以概括全部的研究论文，所得高频词汇仅有15个，难以满足分析需要，故根据实际情况适当放宽高频词汇范围。本文选取48个高频词汇，最低频次80，制作词篇矩阵。在这48个热门词汇中，频次为100及以上的有30个，如云计算、RFID、大数据、传感器网络、智慧城市、电子标签、ZigBee（无线网上协议）等（限于篇幅，不再详述），说明这些相关领域的研究相对较多，科研实力较强。频次为100以下的有20个，如云平台、数据融合、NB-IoT、智慧校园等，说明这些领域的研究深度和成熟度尚有不足。

同理，SCI论文选取47个高频词汇，如smartcities、sensornetworks、fogcomputing、bigdata、smartgrid、security、privacy、industry4.0、CoAP、5G、M2M等，这些高频关键词能够体现近十多年来物联网的研究热点。然后利用SPSS软件做聚类分析，对物联网的热点分布做进一步研究。

利用Bicomb软件分别导出CNKI和SCI文献高频关键词的词篇矩阵，限于篇幅，不再详述。接着利用SPSS软件对两篇词篇矩阵做聚类分析，从而得到高频关键词相似矩阵（限于篇幅，不再详述）和聚类分析树状图。从相似矩阵中可以看出，与云计算相似度较高的词是大数据、智慧城市、智能家居等，与RFID相似度较高的有传感器、ZigBee等，说明这些概念之间的关系紧密。

CNKI、SCI文獻的高频关键词聚类分析树状图见图13、图14。图中关键词名称在树状图的纵轴，最上方的0～25代表两个关键词之间的密切程度，横轴数字越大，则说明关键词之间关系越疏远。

分析图13树状图中CNKI文献高频关键词之间的关系和出现的频率，可分析出国内物联网研究的主要热点问题，包括：基于大数据与云计算的数据挖掘研究；基于数据挖掘和“互联网+”的信息化、智能化和智慧化工程建设研究；以智能化、信息化、云平台为核心的物联网工程研究；基于互联网、物联网、传感技术的社会基础设施与商业产业链应用研究；以信息化、智能化为背景的信息安全、网络安全和个人隐私安全保护策略研究；物联网与5G、大数据、云计算、数据挖掘、雾计算等产业的融合研究；基于RFID、传感器网络、电子标签等技术的智慧农业研究；物联网产业链的商业模式研究；基于ZigBee、GPRS的智能家居应用研究；等等。

分析图14树状图中SCI文献高频关键词之间的关系和出现的频率，可分析出国外物联网领域研究的主要热点问题，包括：与物联网技术相关的隐私、安全方面的研究；基于云计算、大数据、传感网络、数据挖掘的智慧城市和智能电网的建设研究；以无线传感网络、CoAP、RFID、数据传输等为主要对象的硬件开发；等等。由图14可发现，从右往左可以根据文献高频关键词聚类出很多种类型，例如第2大类就可以看出其主要相关的热点为智慧城市、传感器网络、云计算、雾计算等领域的结合，可见目前物联网的文献研究中有较多的研究热点集中在物联网的建设研究方面，多聚焦于怎样将传感器网络、云计算、雾计算等前沿技术应用于智慧城市建设方面。

对比图13和图14的聚类分析结果，可以发现：国内物联网领域的研究侧重于技术和应用功能，而国外物联网的研究不仅涉及技术和应用功能，更侧重于进行理论和基础设施的研究，如终端设备、控制系统等的研究，而这些正是国内物联网研究的相对空白之处。

（三）高频关键词知识图谱和热点关系分析

首先对之前SPSS统计软件得到的高频关键字相似矩阵，用1减去矩阵中每个单元格的数字，将两者的差作为相异矩阵中对应的数字，从而得到高频关键词的相异矩阵。其次，利用SPSS统计软件对高频关键词的相异矩阵进行Alscal分析，得到物联网高频关键词可视化知识图谱，以便能直观、明確地看到关键词之间的联系情况。CNKI和SCI文献物联网高频关键词知识图谱如图15、图16所示。

根据图15所呈现的知识图谱中CNKI文献高频关键词的集聚程度，可看出近十多年来物联网理论研究主要存在3个主流的学术领域。

第一个学术领域（知识群主要在第一象限，与第二、第四象限有部分交叉）主要是对物联网不同领域内的应用发展进行研究。“智慧城市”“信息化”“互联网”“智慧图书馆”“应用”“RFID技术”等关键词处于知识群的核心位置，且相互间较接近。这说明基于信息化、互联网、RFID技术的智慧城市、智慧图书馆等方面的应用研究已受到广泛关注。同时，“云计算”“大数据”“数据挖掘”等关键词的高频出现，还说明了这些技术对物联网应用的基础作用。另外，在这个知识群中还出现了“智能电网”“智慧校园”等关键词，说明物联网的应用研究领域正在不断拓展。

第二个学术领域（知识群主要在第二象限，与第三象限有部分交叉）主要是对物联网应用的技术基础进行研究。其中，“传感器”“射频识别”“无线传感器网络”“数据采集”“电子标签”“ZigBee”等关键词处于知识群的核心位置，这说明物联网应用的技术基础也是目前密切关注的领域，传感器、RFID、电子标签、无线网络等是该领域研究的重点及创新突破的关键。同时，“供应链”“远程监控”“农业物联网”“人工智能”等关键词的高频出现，还说明了这些物联网应用类别与物联网底层技术基础的关联性较强，底层技术的创新情况会极大地影响到远程监控、供应链等应用的发展。

第三个学术领域（知识群在第三和第四象限）主要是对物联网在工业生产制造等方面进行研究。其中，“智能制造”“产业链”“体系结构”“商业模式”“工业物联网”等关键词处于知识群的核心位置，这说明工业物联网作为物联网的一种主要应用领域受到了极大的关注，社会经济对此领域的创新突破有着特别巨大的需求。此领域的研究更重视物联网技术在工业制造、产业发展等方面的创新突破。同时，“安全”“网关”“信息安全”“中间件”“区块链”“NB-IoT”等关键词的高频出现，还说明了目前工业物联网的发展中对信息安全研究的依赖性，安全技术的创新会极大影响到物联网的工业应用效果及普及程度。

根据图16所呈现的知识图谱中SCI文献高频关键词的集聚程度，可看出近十多年来国外物联网理论研究主要存在2个主流学术领域。

第一个学术领域（知识群主要分布在第一和第二象限）以“Cloudcomputing”（云计算）、“RFID”（射频识别）、“Sensors”（传感器）、“LoWPAN”（无线个域网）、“COAP”（物联网协议）、“Wirelesssensornetworks”（无线传感器网络）为主要对象，扩展到“InternetofThingsDevices”（物联网设备）、“Components”（元器件）、“Technicalstandard”（技术标准）、“Chips”（芯片）、“Systemintegration”（系统集成）、“Software”（软件）的研究。可见，此领域主要是研究物联网的软硬件基础，包括设备、芯片、元器件、传感器等硬件方面的创新，也包括技术标准、网际协议、软件等软性基础的创新。这说明国外的物联网研究更具深度，涉及物联网的感知层、传输层及应用层的关键技术。同时，“security”（安全）、“privacy”（隐私）等高频关键词的出现，说明目前通过物联网的软硬件技术来解决安全和隐私保护问题正得到更多研究者的重视。

第二个学术领域（知识群主要分布在第三和第四象限）以“fogcomputing”（雾计算）、“cloudcomputing”（云计算）、“datamining”（数据挖掘）、“M2M”（机对机通信）、“Industry4.0”（工业4.0，即智能化时代）为主要对象，扩展到“smartcity”（智慧城市）、“smarthome”（智能家居）、“smartgrid”（智能电网）、“energyharvesting”（能量采集）、“textmining”（文本挖掘）等的研究。可见此领域主要是研究物联网的应用和运营，包括了大量的智能化应用创新（如智能家居、智慧城市等）。同时，由于这些智能化应用开启了对大数据的需求，进而给计算力带来了极大的挑战，云计算已经无法满足物联网各种新兴计算场景的需求，因此雾计算（Fogcomputing）已成为此领域的创新突破重点。

（四）文献计量分析总结

通过对全球物联网研究的文献计量分析，得出以下结论：

（1）中国和美国是拥有全球物联网论文发文量前十高频机构最多的国家，约占80%。其中，中国高频机构的数量位居全球前列，中国科学院、北京邮电大学、中国矿业大学等都是中国物联网研究的主力军。

（2）国内对云计算、RFID、大数据、传感器网络、ZigBee、智慧城市等方面的研究较为成熟，侧重于技术和应用角度，国外物联网的研究则侧重于终端设备、控制系统等基础设施和理论角度，这是国内研究的相对空白之处。

（3）目前国内物联网理论研究存在3个主流学术领域，包括对物联网场景应用、技术基础、工业制造领域等方面的探索，物联网的智能化应用领域正在不断拓展。

（4）国外的物联网理论研究存在2个主流学术领域，包括对物联网软硬件基础、智能化应用创新和运营等，相对来说，国外的物联网研究更具深度，涉及物联网的感知层、传输层及应用层的关键技术。同时，安全和隐私保护主题正受到更多关注。

五、结论与建议

本文通过对物联网产业的专利和期刊文献进行专利和文献计量分析，探究全球及中国物联网产业的竞争态势，得出如下结论：

（1）我国物联网产业正迅速发展，物联网产业的基础研究和专利数量上已达到世界领先水平，但高质量专利少，中国发布专利数量很多但被引用数量少，涉及核心科技的专利数量更少，理论研究尚缺乏深度，且存在以深圳为重心的区域不均衡情况，应重视以深圳为辐射中心，带动其他地区或企业的物联网发展。

（2）从全球来看，无线通信技术、RFID、智能终端是目前各国争相布局的热点，研究热点主要集中在射频识别、无线通信、传感器、云计算、芯片、技术标准、软件等领域，且研究密度较为集中，表明国外研究人员比较关注物联网技术的深化与挖掘，更多地聚集在关键技术核心领域，而我国在物联网技术基础、基础设备等方面的创新度较低，目前缺乏芯片、集成电路方面的领军机构。

（3）目前物聯网领域技术创新度最高的H04L（数字信息传输）、H04W（无线通信网络）、G06F（电数字数据处理）这三大技术方向构成了国外物联网技术领域的研发核心领域，发展快速，是未来发展的重点。智能电网、智能家居、智能物流等新型物联网应用研究将成为我国未来重点发展的领域。

（4）我国物联网产业在数字信息、无线网络通信领域的核心技术竞争力较强，涉及通信模组、物联网平台等的物联网产业关键技术的研究较为成熟，而在传感器、芯片设计、核心设备制造等关键技术方面研发创新能力仍较弱，专利布局太少，与发达国家存在较大差距；在通信、物联网平台方面的研究则较为成熟，不过作为我国产业领军企业的华为、中兴公司，在输出端、电性连接及芯片半导体技术等方面仍存在空白。

（5）目前国外物联网研究侧重于终端设备、控制系统等基础设施研发，而我国物联网研究则侧重于生产生活场景的智能化商业应用，专利技术主要集中于社会各类生产生活应用（如智能家居、智能农业、智慧物流、安防应用等）、数据处理、网络通信等商业应用方面，而在传感器、芯片等基础领域存有相当不足，与美国在控制器、电路器方面的差距明显，未来应多关注IBM、高通、思杰等公司的研发进展情况。

基于已有的分析结果，提出如下建议：

（1）虽然我国物联网的技术应用领域发展较好，但在基础技术方面仍较为薄弱，存在发布专利数量多但被引用数量少的现象，涉及核心科技的专利数量更少，物联网核心专利和基础理论还落后于美国等西方发达国家。造成这种现象的原因主要是物联网的基础技术虽然商业价值很高，但都有着非常高的门槛，我国在相关的核心基础理论和关键技术攻关等方面的研究不够深入，因此造成目前我国在物联网基础技术方面的表现较差，例如感知层中的通信模组芯片、处理芯片、传感芯片等技术，平台层中的操作系统、人工智能、中间件等，应用层中的机器人等技术积累仍较薄弱。同时，这些底层技术的下沉不足，又会导致应用层的智能化渗透速度及深度产生不足。目前，基础技术的相关产品和设备主要仍从海外进口，过度依赖拥有专利权的国家，核心专利的研发进程缓慢。核心技术的缺失将严重阻碍中国物联网的产业布局，因此，未来物联网技术的研发应提高研究的深度，争取在控制器、电路器、芯片设计制造、控制系统、终端设备等薄弱领域取得突破，争取掌握一定数量核心专利的自主研发知识产权，减少对其他国家的技术依赖，从而保证物联网技术在我国健康可持续发展。

（2）目前国内相关的领域基础理论研究大部分集中在高校，而专利申请主要集中在企业，这种两极分化的模式不利于形成规模效应。这种产学研割裂的现象，一方面是因为企业作为市场主体，受价值和利益的驱动，具有一定的功利性和滞后性的特点，而高校或科研院所在进行基础理论技术研发时存在研发时间周期长、研发成果不确定性等现象，企业出于对时效性和风险成本等方面的考虑，缺乏和高校之间进行融合的动力。因此，处于高校科研院所与企业链条之外的政府，就应起到很重要的纽带作用，连接高校科研力量和企业需求信息。因此，政府应在国家层面推动工程项目研究和基础理论研究的融合，例如，通过建立第三方科技服务联络中心、物联网产学协调发展中心等，加强高校和企业之间的合作，充分发挥产业创新中我国高校和科研机构的科技资源优势，使高校和企业协作研究发展，减少重复研究的情况，降低整个社会的创新成本；并通过制定有针对性的规划和政策，引导推动产业自主创新能力的提升，加大产业合作研发的深度，使物联网的研究成果可以最大程度转化。

（3）经济、人才等非主观因素对物联网的研究有明显的影响，我国存在研究机构地理区域差别，华北、华东等经济、科技发达地区的物联网研究明显优于中西部地区，故应加强各区域之间的交流合作和专业人才流动。其中，中国矿业大学、中国科学院大学、南京邮电大学、北京邮电大学以及中国电信股份有限公司等高校或企业是值得国家更为重视的物联网研究机构，应通过鼓励、引导和合作交流，尽快形成我国物联网产业更具国际影响力的研究机构和合作团体。

（4）要加大对物联网产业龙头企业的培养，充分发挥其产业带头和带动作用，同时，应重视以深圳为辐射中心，带动其他地区或企业的物联网发展，鼓励更多产业内企业加大在传感器、芯片技术上的研发投入和布局，开展更为深入的产业相关基础研究、工程开发等工作。