海洋保护研究的文献及专利计量分析

张忠华　刘云

[摘要]本文基于ESI和DII数据库，使用文献及专利方法和指标，从整体趋势、国家（地区）层面、机构层面、主题层面对海洋保护领域2003-2012年间的文献和专利进行计量分析。研究发现，美国是该领域科技创新的核心国家，中国正逐渐成为该领域科技创新的中心国家，加强与主要国家尤其是美国的合作，加大对重点领域的科技投入，是快速提高我国在该领域科技水平的有效途径。

[关键词]海洋保护；ESI；DII；文献；专利

D01：10.3969/j.issn.1008-0821.2014.10.022

[中图分类号]G250.252 [文献标识码]A [文章编号]1008—0821（2014）10—0104—08

海洋占地球表面积的71%，蕴含大量的矿物、可再生能源、生物等资源，与人类生活息息相关。海洋还是地球表面最大的储热体，海流传送着世界上绝大多数的热能，海洋与空气之间的气体交换对全球气候的变化和发展有极大影响，可以说，海洋是地球上决定气候发展变化的主要因素之一。但是，海洋蕴藏的资源并不是无限的，海洋调节全球气候的能力也不是无限的，如果我们无节制地开发海洋资源而不注意保护，那么这些资源总有被用光的一天。海洋对全球气候的调控能力也会减弱，所以加强对海洋的保护十分必要。

随着知识时代的来临，科学技术对人类生活和综合国力的影响越来越大，世界各国都在努力发展科学技术。合理配置科技资源、有效开展科技合作是保障海洋保护工作有效开展的重要举措，因此，监测分析海洋保护领域的科技资源就显得尤为重要。科学研究的主要产出是论文，技术研发的主要产出是专利，基于论文数据库和专利数据库，使用科学计量学方法和指标，可以有效的对科技资源进行监测。

本文尝试通过对海洋保护领域论文和专利的检索、统计和分析，监测分析该领域的科技资源状况，为利用科技资源进行海洋保护提供参考。

1 数据和方法

ESI（Essential Science Indicators）是世界最著名的论文数据库之一，包含SCIE/SSCI收录的12000多种世界权威的、高影响力的学术期刊，内容涵盖自然科学、工程技术、生物医学、社会科学、艺术与人文等领域。DII（DerwentInnovations Index）是世界上最全面的国际专利信息数据库，数据库收录来自全球41个专利机构（涵盖100多个国家（地区），包括中国的实用新型专利信息）的超过1800万条基本发明专利，3890多万条专利情报。本文基于ESI和DII数据库，监测全球海洋保护领域的论文和专利等科技资源。

检索时间范围为2003-2012年，数据库更新时间为2014年3月19日。检索方式为高级检索，检索策略为“，TS=（（ocean* OR sea OR seas）AND（protect* OR defend*ORsafeguard*））”。共获得6119条ESI论文记录和3237条DII专利记录。使用EXCEL、Gephi、VP等数据分析和可视化软件，对检索到的论文和专利数据进行监测分析。本文对论文、专利等科技资源的监测分析主要从以下几个方面展开：整体趋势、国家（地区）层面、机构层面、主题层面。

2 文献计量分析

2.1 整体趋势

基于ESI数据库的统计结果显示，2003—2012年论文总量持续稳定增长（见图1）。

与2003年论文总量相比，10年间海洋保护论文总量增长了188%，其中，2004年、2006-2008年论文总量增长率较高，均维持在15%以上。定义标注2个以上国家（地区）信息的论文为国际合作论文，从图1可以看出，论文的合作率在25%左右，10年间合作率保持上升趋势，2012年合作率已达35.46%，参与国家（地区）由2003年的58个增加到2012年的99个，显示出越来越多的国家（地区）开始关注这一领域的研究，海洋保护研究涉及海洋生态学、环境科学、能源学等多个学科，开展国际合作研究是十分必要的。

2.2 国家（地区）分析

10年间总共有151个国家（地区）发表了海洋保护论文，论文总量排名前10的国家（地区）依次为：美国、英国、意大利、澳大利亚、加拿大、西班牙、德国、法国、中国、日本。其中，美国以1810篇论文明显领先于其他国家（地区），中国以282篇论文排名第9。

从图2可以看出，2003-2012年间，美国一直是海洋保护论文数量最多的国家（地区），引导了该领域的研究，英国除2010年被澳大利亚短暂超越外，其余9年都排名第2位，是该领域另一个重要国家。中国论文数量的排名徘徊在8～10位之间，2004年超过日本跃居亚洲首位，2012年超过法国，位列世界第8，在论文总量top10国家（地区）中，只有中国是发展中国家。从地理环境看，论文总量top10国家（地区）是世界上主要的海洋国家（地区），开展海洋保护研究对这些国家有着重要的意义。

数据可视化是关于数据视觉表现形式的研究，通过全球海洋保护研究合作网络的可视化能更直观高效地反映、揭示合作网络中的复杂关系及变化规律。本文使用cephi软件实现国际海洋保护研究合作网络的可视化，分析主要国家（地区）在合作网络中的地位和作用。

为让结果更清晰，选取论文总量大于40的36个主要国家（地区）进行分析，边的阈值设为5，绘制海洋保护研究国家（地区）合作网络，结果如图3所示，点越大代表国家（地区）论文数量越多，连线越粗代表合作强度越高。从图中可以看出，这一研究领域的国家（地区）合作特点可以概括为“一核多中心”，美国在合作网络中成为核心，是大多数国家（地区）的第一合作国，这进一步证明了其在这一领域的领导地位，德国、英国、法国、加拿大、西班牙、澳大利亚是这一领域除美国外的主要中心国家（地区），为该领域的研究做出了重要贡献。美英、美加、美澳之间的合作强度最高。我国也是合作网络中较为重要的一点，我国论文的主要合作国是美国、德国、日本，加强与主要国家（地区）尤其是美国的合作，是快速提高我国在该领域科研水平的有效途径。endprint

2.3 机构分析

10年间总共有5162个机构发表了海洋保护论文，论文总量排名前20的机构如表1所示。

Top 20机构里有11家属于美国，反映了美国在这一研究领域的集团优势，Top 20机构里的其他9个来自于澳大利亚（3个）、加拿大（2个）、中国（1个）、俄罗斯（1个）、德国（1个）、法国（1个），值得一提的是，虽然英国的论文总量高居第2位，但并没有一家英国机构跻身Top20的行列。从机构类型看，Top 20机构里有多达13所高校，说明高校是该领域研究的主要参与者；其他参与机构主要是科研院所和各国政府的海洋部门；属于新兴国家（地区）的机构主要是国立科研院所，反映出新兴国家（地区）参与该领域科学研究的国家（地区）意愿，也可能表明新兴国家（地区）尚未在该领域开展广泛的科学研究。从机构的中心度看，美国国家海洋和大气管理局、加州大学圣塔巴巴拉分校、澳大利亚杰姆斯库克大学分列前三位，是该领域机构合作网络的中心，其他中心度较高的机构还有华盛顿大学、昆士兰大学、斯坦福大学，中心度较高的机构中高校居多，说明高校是沟通该领域的科研合作的主要力量。虽然中国科学院的论文总量排名第6，但中心度值只有16，是top20机构里最少的，其研究的国际合作强度有待提高。

2.4 主题分析

论文的关键词可以凝练全文的主题，使用文献计量方法分析关键词，可以了解相关领域的研究方向和发展趋势，对于开展科学研究具有重要意义。10年间的海洋保护论文共包含15333个关键词，其中有10595个关键词只出现过1次，2079个关键词只出现过2次，798个关键词只出现过3次，这3类关键词占总关键词的87.86%，剩余12.14%的关键词出现不小于4次，这些关键词可以被视为该领域的主要研究主题。出现频次超过100的25个主题如表2所示。

除SEA和OCEAN外，MANAGEMENT、CONSERVATION排名靠前，并且在数量上明显高于其他主题（见表2），是该领域的研究焦点，其他值得关注的主题有PATIERNS、CLIMATE-CHANGE、GROWTH、MARINE PROTECTED AR-EAS、FISHERIES。为了排除极值和通用关键词的干扰，选取CLIMATE-CHANGE、MARINE PROTECTED AREAS、FISHERIES为主要关键词，分别构建研究主题共现矩阵，使用Gephi软件实现海洋保护研究主题共现的可视化，分析这3个主题的研究内容。

为让结果更清晰，选取出现频次大于60的主题进行分析，边的阈值设为10，绘制海洋保护研究主题共现网络。结果如图4所示，上角标为1的是CLIMATE-CHANGE的共词网络，上角标为2的是MARINE PROTECTED AREAS的共词网络，上角标为3的是FISHERIES的共词网络。与CLIMATE-CHANGE相关的研究内容有BIODIVEBSITY、GREAT-BARRIER-REEF、ECOSYSTEMS、CORAL-REEFS、IMPACTS等；与MARINE PROTECTED AREAS相关的研究内容有POPULATIONS、COMMUNITIES、RESERVES、IMPACTS等；与FISHERIES相关的研究内容有RESERVES、IM-PACIS、HABITAT等。从图4可以看出，CLIMATE-CHANGE、MARINE PROTECTED AREAS、FISHERIES相互之间有较强关联，并且3个主题有共同的研究内容。

3 专利计量分析

3.1 整体趋势

与论文总量的持续增长不同，基于DII数据库的统计结果显示，2003-2012年专利总量呈现波动变化的趋势（见图5）。

2003年海洋保护专利数量最少，为209条，专利数量的峰值出现在2010年，为534条。2004-2010年的专利数量增长率为正数，这段时间是专利数量持续增加的时期，从2011年开始，增长率由正转负，且绝对值不断增大，表明该领域专利数量下滑趋势明显，这一现象值得关注。专利参与国家（地区）数最多的是2008年的58个，最少的是2012年的18个。比较论文和专利的整体趋势可以看出，专利数量和参与国家（地区）数都比论文要少。

3.2 国家（地区）分析

10年间总共有58个国家（地区）获得了海洋保护专利，专利数量排名前10的国家（地区）依次为：中国、美国、韩国、日本、德国、俄罗斯、法国、英国、加拿大、西班牙。其中，中国以950条专利明显领先于其他国家（地区）排名首位，值得注意的是，DII数据库中包含了中国的实用新型专利信息，可能提高了中国的专利数量。主要国家（地区）专利数量排名变化情况如图6所示，DII数

从图6可以看出，2006-2012年间，中国和美国交替成为海洋保护专利数量最多的国家（地区），引导了该领域的技术研发。日本专利总量排名下滑比较明显，从最高的第2位下滑到2012年的第6位。中国专利数量2006年超过日本和美国，位列世界第1，且在专利数量上逐渐拉大了与美国的距离。在专利总量top10国家（地区）中，只有中国和俄罗斯是发展中国家（地区），俄罗斯的专利数量排名有所下滑，中国正逐渐成为该领域技术研发的重要力量和发展中国家（地区）在该技术领域的代表。论文和专利的国家（地区）分布情况不同，中国仅在论文top10国家排名下游，却在专利top10国家排名榜首，这可能是因为DII数据库中包含了中国的实用新型专利信息，提高了中国的专利数量，但也可以看出中国在这一领域的技术研发取得了长足的进步。

绘制海洋保护国际技术合作网络，分析主要国家（地区）在合作网络中的地位和作用，结果如图7所示，国家（地区）以中文标识。

从图7可以看出，这一技术研发领域的国家（地区）合作强度并不高，美国是合作网络最重要的一个中心，也是大多数国家（地区）的第一合作国，说明了其在这一领域的重要地位，为该领域技术的国际合作研发做出了重要贡献。美国和加拿大之间的合作强度最高，中国、韩国、日本这3个东亚国家之间的区域合作强度不高。其他主要的中心国家（地区）有加拿大、澳大利亚、西班牙。我国专利的主要合作国是美国、加拿大、西班牙，加强与主要国家（地区）的合作，是快速提高我国在该领域技术研发水平的有效途径。比较图3和图7可以看出，论文合作网络和专利合作网络的中心国家（地区）不同，美国同为两个网络最重要的中心国家，是该领域科技合作的重要推动力量。endprint

3.3 机构分析

10年间总共有2951个机构获得了海洋保护专利，专利总量超过10的Cop 12机构如表3所示。

Top 12机构主要来自4个国家，其中除瑞士的ABB集团外，其余11家机构分属东亚的中国、日本、韩国，中国机构占据7席。中国国家海洋石油总公司的专利多达35项，位列第1，其他机构的专利分布较为平均。从机构类型看，Top 12机构里有7家企业和5家高等院校，说明企业尤其是大型跨国企业是该领域技术研发的主要参与者，中国高校也是该领域的专利大户。与论文的情况不同，各机构拥有的专利数量较少且差距不大，专利的集中程度没有论文高。

3.4 主题分析

德温特手工代码由DII的标引人员分配给专利，它们用于表示某项发明的技术创新点及其应用，德温特手工代码完全可以看作DII中专利文献的关键词，本文以德温特手工代码为依据分析海洋保护专利的技术主题。10年间的海洋保护专利共包含3534个手工代码，其中有1828个手工代码只出现过1次，697个手工代码只出现过2次，323个手工代码只出现过3次，这3类手工代码占总数的80.6%，剩余19.4%的手工代码出现不小于4次，这些手工代码可以被视为该领域的主要技术主题。出现频次排名前10位的手工代码如表4所示。

X15-C01、A12-R、1304-A10出现的频次超过了70（见表4），明显比其他手工代码出现的频次高，是该领域的技术热点，其他值得关注的手工代码有1304-B07F、H01-1301、A12-Eft2、1304-A09等。值得注意的是1304-A10和1304-A09的含义都是植物提取物，二者的频次之和为128，说明了该主题的重要性。本文选取X15-C01、A12-R、1304-A10 3个手工分类号，绘制海洋保护技术主题共现网络，分析各主题之间的关系。

结果如图8所示，上角标为1的是X15-C01的手工代码共现网络，上角标为2的是A12-R的手工代码共现网络，上角标为3的是B04-A10的手工代码共现网络。X15-C01的共现主题较少，主要包括X15-C02（潮汐能）、E11-Q03J（风力系统）等，技术研发领域为海洋可再生能源开发利用；A12-R的共现主题包括A12-T（运输）、All-1305（涂层）、A04-G02FA（乙烯均聚物）等，技术研发领域为海洋工程材料开发与应用；B04-A10的共现主题包括B04-A09（从植物中获得提取物）、B04-A08C2（被子植物）、D03-H01T2B（非益生元或维生素制剂）等，技术研发领域为海洋生物资源利用与保护。

4 结论

本文基于KSI和DII数据库，使用科学计量学方法和指标，从整体趋势、国家（地区）层面、机构层面、主题层面对海洋保护领域2003-2012年间的论文和专利等科技资源进行监测分析，得出以下结果。

（1）论文总量持续稳定增长，论文的合作率维持在25%左右，参与国家（地区）数明显增多；专利总量和参与国家（地区）数都呈现波动变化趋势，专利数量和参与国家（地区）数都比论文要少。

（2）美国的论文总量排名第1，中国的专利总量排名第1，论文总量排名第9；美国是该领域论文和专利国家（地区）合作网络的核心国家，中国是论文和专利国家（地区）合作网络中较为重要的中心国家。

（3）论文Top 20机构有11家属于美国，包含13所高校，专利Top 12机构里，包含7家企业和5所高校，中国机构占据7席；美国国家海洋和大气管理局发表的论文最多，中国国家海洋石油总公司获得的专利最多；美国国家海洋和大气管理局、加州大学圣塔巴巴拉分校、澳大利亚杰姆斯库克大学位于论文机构合作网络的中心。

（4）科学研究主题有气候变化、海洋保护区、渔业；技术研发主题有海洋可再生能源开发利用、海洋工程材料开发与应用、海洋生物资源利用与保护。

通过对论文和专利等科技资源的监测分析，认为中国正逐渐成为该领域科学研究的重要参与者和技术研发的重要推动者，加强与主要国家（地区）尤其是美国的合作，加大对重点领域的科技投入，是快速提高我国在该领域科技水平的有效途径。

（本文责任编辑：马卓）endprint