基于Innography的节水农业专利可视化分析及热点研究

赵慧清，王杏利，鞠建伟，张岁岐(.西北农林科技大学，陕西 杨凌 700；.西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌 700)

专利文献作为技术信息最有效的载体，是反映新技术、新产品开发活动极为重要的方面[1]，全世界新技术的90%～95%是通过专利文献公之于世的[2]，专利在某种程度上代表了该领域科技发展最新水平和技术动态，但它并不是以包装好的形式呈现，而需通过一定的技术手段挖掘后才能加以识别[3]。Innography是一款由Dialog公司开发的专利分析软件，该软件包括了来自美国、英国、中国、日本、韩国、法国、德国、PCT、EPO等超过90个国家或地区的发明专利、实用新型和美国的外观设计在内的超过8 200万件专利数据。它以独创的专利评价指标和可视化的呈现方式，帮助用户快速地定位核心专利并有效地发掘其价值[4]。

节水农业是我国现代农业建设的一个重要内容，发展节水农业不仅能够有效利用自然资源，提高经济效益，还能减少对环境的破坏。目前，节水农业技术研究主要集中在节水灌溉技术、生物节水技术、节水栽培技术、抗旱保水剂技术等方面[5]。为了探索节水新技术、新方法等国内外的研究热点和方向，本文利用Innography专利分析软件，开展了节水农业专利文献竞争力分析，并以节水灌溉、雨水收集、抗旱节水作物生物节水抗旱和膜覆盖4个技术途径为例进行技术点聚类。通过挖掘获知该领域主要竞争者及其差距、核心技术分布以及4个技术途径研发热点和前沿发展方向，以期供科技管理、科研选题和国际合作，及相关学者在该领域的研究提供有益的参考。

1 数据来源

利用Innography高端专利检索分析工具，选用关键词: water saving agriculture、water-saving cultivation、water-saving irrigation、biological water-saving、drought-resistant crops、anti-resistant plants、water collection、rainwater catchment、film cover、membrane cover等，结合IPC(国际专利分类号)制定检索式，检索日期：2015年12月23日。对结果进行数据清洗、同族扩增处理，共检索出申请专利总量4 402件，专利授权量2 762件，有效专利量1 595件(有效专利量，指截至检索日为止已授权且仍处于维持状态的专利数量)。

2 结果与分析

2.1 节水农业专利全球布局分析

2.1.1专利申请趋势分析

(1)专利申请年份：近20年该领域专利申请总体呈逐年上升趋势，2007年专利申请进入快速增长期，申请量突破100件，随后逐年递增，在2011年突破300件。(2015年的专利申请有部分尚未公开，暂不列入趋势分析的范畴。)

(2)专利申请国别：相关专利申请以中国专利为主，共3 527 件，可见节水农业相关技术在中国研究较多。而在3 527 件中国专利申请中，实用新型共1 942件，占中国申请总量的55%(见图1)。

图1 节水农业专利申请趋势图Fig.1 Trend of patents on water-saving agriculture application

(3)有效专利：利用Innography专利状态筛选功能，得到该领域有效专利1595件，大部分有效专利公开时间在2010-2015年，在此之前公开却还在维持的专利比较少，分析原因是早年专利申请量较少，同时也与专利维持费用有关，专利权人只会有选择性的维持核心专利，如1997、1998年公开的专利还有部分处于有效状态中(见图2)。

图2 有效专利年份分布图Fig.2 Annual distributing of effective patents

2.1.2专利技术来源国与技术应用国分布

(1)技术来源国分布：节水农业专利技术主要来源于中国、美国、日本、韩国和俄罗斯等国家，其中中国发明人专利共3612件，说明中国是节水农业技术主要研究国家，同时发明人也相当重视利用技术知识产权保护(见图3)。

图3 专利技术来源国分布Fig.3 Distribution of original patent country

(2)专利技术应用国分布：专利技术应用国体现专利权人需要在哪些国家或地区保护其发明。这一参数反映该发明未来可能实施国家或地区。节水农业专利申请国分布图(见图4)可以发现专利申请主要分布在中、日、美、韩和俄罗斯等地，同时还有一定数量的WIPO和EPO的专利申请。中国专利申请共3 571件，说明中国是节水农业技术重点应用地区。

图4 节水农业专利申请国分布图Fig.4 Distribution of appliant country on water-saving agriculture patent

2.1.3节水农业专利IPC分布

国际专利分类号(IPC)是世界通用的专利分类系统，可以用于分析专利结果中的主题分布。对节水农业相关专利IPC主分类进行统计，主要分布在A部农业大类中，包括有农用灌溉、温室作物栽培、液体肥料、联合作业机械和自动灌溉装置等，在化学部也有少量专利申请，如遗传工程和肽领域等(见图5)。

图5 节水农业专利IPC分布Fig.5 Distribution of IPC on water-saving agriculture patent

2.2 专利竞争力分析

利用Innography竞争力分析功能，对全球研究节水农业技术的专利权人进行竞争力分析，专利权人气泡图(见图6 )可挖掘出此领域最有潜力的专利权人。

(1)专利权人申请专利量分析：在节水农业技术领域，中国专利权人申请专利突出，如中国农业大学、昆明理工大学、华中农业大学和中国科学院等有较多专利申请。国外专利权人申请较为突出的有荷兰Keygene公司和加州大学。中国农业大学和Keygene NV在节水农业技术领域都申请了大量专利，并且在技术领域内拥有较大竞争优势，两者之间区别在于Keygene NV是一家企业，可以直接了解市场对技术需求，在技术转化市场上优于中国农业大学。除上述两位专利权人外，在气泡图的中部还有加州大学、昆明理工大学、华中农业大学等专利权人也是该技术领域内主要竞争者。

注：专利权人气泡图，每一种颜色气泡代表一个专利权人(见图例)，气泡大小代表该专利权人在检索结果中专利的数量多少，坐标横轴代表该专利权人在检索领域中关注度和专利技术实力，即专利权人的专利性，气泡越往右边专利性越强；坐标纵轴代表专利权人总体的资源和财富，表征其利用专利的能力，即专利权人的市场性，气泡越往上方市场性越强。通过观察气泡在图上的位置可了解其综合实力。图6 节水农业专利竞争力分析图Fig.6 Competitiveness analysis of water-saving agriculture patents

(2)专利权人研究机构分析：节水农业技术专利申请以高校和科研院所为主，企业在其中所占比例较低，而专利申请中企业数量往往可以反映出技术应用前景和产业化情况。以中国专利权人为例，排名靠前的基本都是高校和科研院所，说明该技术在中国尚未形成成熟的需求体系，高校和研究所的研发成果只有少量被转化和推广。

(3)主要专利权人分析：利用Innography专利图景的分析功能和公司对比分析功能，对竞争力排名前五的专利权人所研究技术领域和申请专利的IPC分类号进行分析，得到图7和图8，由图7和图8可以看出：①节水农业技术领域研究重点主要集中在对出水口、储水方面、进水口、滴灌等技术的研究；②专利数量排在第一位的中国农业大学的研究领域较广，大部分技术领域都有所涉及，除上述列举的主要研究点外，还包括水资源、土壤湿度、作物抗旱性等方面，专利申请主要集中在A01G25项下，是对农用灌溉方面的研究；③Keygene NV和加州大学的研究重点集中在对作物抗旱性的研究上。在图8中反映了Keygene NV和加州大学的专利申请主要集中在C12N 15项下，是对遗传工程方面的研究；④华中农业大学的研究重点集中在C12N15项下，也是对遗传工程方面的研究。而昆明理工大学的研究重点集中在A01G 25项下，是对农用灌溉方面的研究。

图8 全球前五申请人申请专利的IPC分类分析Fig.8 IPC analysis of patents from the globally top five applicants

2.3 专利技术点分析

利用Innography文本聚类功能，分别对节水灌溉、雨水收集、生物节水和覆盖4个技术途径进行技术点聚类，尝试得出各技术途径的研发热点。

2.3.1节水灌溉

从图9可以看出，节水灌溉技术主要集中在灌溉设施的研究，包括蓄水设施、水泵、滴灌、喷灌、排水管，灌溉方法等。

图9 节水灌溉技术聚类Fig.9 Clustering of water-saving irrigation technique

2.3.2雨水收集

从图10可以看出：雨水收集节水技术主要集中雨水收集设备的研究，如贮水器、水管、水箱等。

图10 雨水收集技术聚类Fig.10 Clustering of rainwater harvesting technology

2.3.3生物节水

从图11可知，生物节水抗旱的研究主要集中在转基因抗旱节水植物的研究，主要利用遗传学的技术对植物进行改造达到抗旱节水。

2.3.4覆盖技术

从图12中可以看出覆盖技术主要集中在覆膜机械和膜种类的研究。

2.4 高强度专利分析

专利强度是Innography的核心功能之一，它是专利价值判断的综合指标。专利强度受权利要求数量、引用与被引用次数、是否涉案、专利时间跨度、同族专利数量等因素影响，其强度的高低可以综合反映出该专利文献价值大小。通过Innography的专利强度分析功能，可以快速从大量专利中筛选出核心专利，用于判断该技术领域研发重点。一般将专利强度为30%～100%的专利定义为高强度专利，专利强度为10%～30%定义为一般强度专利。

2.4.1节水农业高强度专利

对检索结果进行专利强度筛选，筛选出专利强度≥30%的高强度，并对所得结果进行同族去重，共得到301件高强度专利，强度在60%以上的专利有116件，在70%以上的专利有54件，见表1。

图11 生物节水抗旱技术聚类Fig.11 Clustering of biological water-saving drought-resistant technologies

图12 覆盖技术聚类Fig.12 Clustering of cover technology

表1 高强度专利信息Tab.1 High strength patent information

续表1 高强度专利信息

2.4.2节水农业高强度专利技术点分析

从图13可以看出，节水农业高强度专利技术点主要集中在灌溉方法、覆盖膜材料、转基因抗旱植物研究方面。

图13 节水农业高强度专利聚类Fig.13 Clustering of high intensity patents on water-saving agriculture

2.4.3排名前五申请人专利强度分析

利用Innography对比分析功能，对全球研究节水农业技术排名前五的专利权人申请专利进行专利强度对比分析，发现各申请人在影响专利强度各因素方面优劣势(见图14)。

注：Claims-权利要求，代表每项专利平均权利要求数量；Cites-引证，代表每项专利平均引证数量；Industries-行业，代表每项专利平均行业数量；Inventors-发明者，代表每项专利平均发明者数量；Litigation-诉讼，代表涉诉专利数量；Fwd Cites-被引专利，代表每项专利被引证数量；Life-寿命，代表专利过期平均剩余时间。图14 前五位专利权人申请专利的专利强度对比分析Fig.14 Patent intensity analysis from the top five patentee

(1)加州大学和Keygene NV公司高强度专利的权利要求数量均比国内高校多，说明国外专利在撰写上更注重专利质量和专利保护强度。

(2)中国农业大学和昆明理工大学申请专利引用和被引用次数较多，优于其他专利权人。

(3)昆明理工大学和中国农业大学申请专利行业较广，说明这两所高校在节水农业领域研究的技术涉及范围较宽。

(4)该五位专利申请人在该领域申请的专利均无涉及侵权等法律事件。

3 结 语

(1)节水农业技术领域全球共有4 402件专利申请，其中授权专利有2 762件，有效专利1 595件。从专利申请国别看，主要以中国专利为主，在4402件专利申请中，中国专利申请3 257 件，且自2007年起出现快速增长，在2011年专利申请突破300件。这与中国农业大国的国情和在节水农业方面的政策有关。中国在2005年发布了《中国节水技术政策大纲》，在2012年农业部又发布了关于推进节水农业发展的意见，2012年11月国务院发布了国家农业节水纲要，可见近年来节水农业发展需求迫切，国家非常重视。

(2)利用Innography诉讼专利筛选功能，快速洞悉高风险专利。对检索结果进行筛选发现在节水农业技术领域并无涉诉专利，目前无高风险专利存在。

(3)从专利权人来看，在节水农业领域，国内高校和研究所专利申请较多，比较突出的有中国农业大学、昆明理工大学、华中农业大学和中国科学院等，其中中国农业大学技术具有较强竞争实力。在国外专利权人中，Keygene NV、加州大学专利比较突出，而日本积水化学公司技术实力和经济实力具有一定的优势。

(4)从节水农业相关专利IPC分类来看，A01G 25分类中专利量较多，该分类主要是农用灌溉技术。除A部专利外，C部也有相关专利申请，主要集中在利用遗传变异来改造植物性状来达到抗旱和节水目的。

(5)对节水灌溉、雨水收集、生物节水抗旱和覆盖4个技术途径进行技术点聚类表明， 节水灌溉研发热点主要集中在灌溉设施，包括蓄水设施、水泵、排水管、微灌、滴灌、喷灌等，自动控制灌溉设施；雨水收集研发热点主要集中在雨水收集设备，如雨水收集器、水管、水箱等；生物节水抗旱研发热点主要集中在转基因抗旱节水植物研究，主要利用遗传学技术对植物进行改造达到抗旱节水；覆盖研发热点主要集中在覆膜机械和膜种类研究。

(6)利用Innography专利强度指标功能，判断节水农业技术研究领域专利价值，分析结果表明，检索到高强度专利301件，其中中国专利仅有19件，可见尽管在节水农业技术领域,中国专利占有较高的比例，但研发分散、专利申请目的性不明确和实用新型过多等现状在一定程度上制约了中国专利质量，建议可以针对重点优势技术，进行有计划专利布局，让核心技术得到充分保护，同时对提高专利质量起到积极推动作用。

(7)在节水农业技术研究领域，采用先进的灌溉技术以减少水量损失和提高灌溉效率是目前该领域发展的主要方向。由于遗传改造在生物学领域的研究越来越多，将其与节水农业结合研究可能也会成为未来一个重要的发展方向。

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