基于文献计量方法的技术评价——以深水钻井平台动力定位技术为例

王志玲 王云飞



基于文献计量方法的技术评价
——以深水钻井平台动力定位技术为例

王志玲 王云飞

针对技术预测评价中依靠德尔菲调查等定性判断的不足，提出综合文献计量和专家智慧，实现技术预测的定性分析与定量分析相结合。以深水钻井平台动力定位技术为例，利用CitespaceⅢ、Histcite和bibexcel等软件，对Web of Sicence科学引文扩展数据库（SCIE）的期刊论文和德温特专利数据库（DWPI）的专利文献进行计量分析，并结合产业调查、文献内容分析和专家咨询结果，对世界动力定位技术的发展现状及我国技术竞争力进行综合分析。

2013年5月，科技部启动国家技术预测工作，分技术现状调查（竞争力分析）、技术预测分析和关键技术选择三个阶段，开展信息、生物、新材料、先进制造、地球观测与导航、能源、资源环境、人口健康、农业、海洋、交通、公共安全、城镇化等13个领域的技术预测。11月，为了更全面地评价我国技术整体发展水平，各领域开展了第一轮德尔菲问卷调查，对承担过国家863计划、支撑计划、国家重大专项等课题的8587名专家进行调查，回收有效问卷5440份。调查问卷主要从客观判断和主观判断两个层面设定了16个指标，判断我国在重点领域与主要国家的技术差距、存在的问题及影响。其中，客观判断指标包括“技术衡量的核心指标、技术来源、技术国内发展阶段、技术国际发展阶段、技术领先国家、技术领先机构、技术领军人才”等7个；主观判断指标包括“我国该技术水平相当于国际领先国家哪年水平、我国该技术与国际领先水平的差距的变化、2006年以来我国该技术与国际领先水平差距的变化、我国该技术与国际领先水平产生差距的原因可能、该技术的主要应用行业、该技术的主要应用产品/服务、我国该技术所属子领域与国际领先水平差距的变化、2006年以来我国该技术所属子领域与国际先进水平差距的变化、我国总体科技水平相当于美国的多少”等9个指标。

综合海洋技术领域的德尔菲调查结果来看，由于问卷回收比例较低和专家短时间判断不准确等原因，问卷调查方法完成的技术竞争力分析结果与实际存在一定偏差。为确保技术竞争力分析的准确客观，本文从文献计量分析的角度，以深水钻井平台动力定位技术为例，利用定量方法分析动力定位技术的核心指标、技术来源、领先国家、领先机构、领军人才、我国与国际领先水平的差距等问题，并与专家调查结果进行了比较。

技术边界与数据来源

动力定位技术是一种自适应控制技术，动力定位系统（Dynamic Positioning System，DPS）一般由测量系统、控制系统和推进系统3部分组成，其功能通过不断检测出船舶的实际位置与目标位置的偏差，再根据风、浪、流等外界扰动力的影响计算出使船舶恢复到目标位置所需推力的大小，并对各推力器进行推力分配，使各推力器产生相应的推力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置。

该项技术主要涉及深水钻井平台动力定位的测量技术、控制技术和推力分配方法等，属于海洋工程装备领域钻井装备的关键配套设备，涵盖基础技术研究和应用技术研究，需要综合论文、专利、产品及产业等多种信息对问卷调查中的问题进行分析判断。

检索Web of Sicence的科学引文扩展数据库（SCIE）和德温特专利数据库（DWPI），得到动力定位技术相关论文346篇，专利1137个专利族（截止2014年5月15日），利用CitespaceⅢ、Histcite、TDA等软件对文献和专利进行计量分析，并结合文献内容分析、产业分析和专家咨询结果，对世界动力定位技术的发展现状及我国竞争力进行分析。

主要分析结论

技术起源分析

利用CitespaceⅢ的被引文献时间序列分析，得到动力定位技术的时间序列分布图如图1所示。其中，动力定位技术经典文献为1980年挪威科技大学（NTNU）Balchen JG发表基于卡尔曼滤波和最优控制的动态定位系统研究论文。此外通过网络信息检索得知1975年，挪威康士伯海事公司（Kongsberg Maritime）首次实现动力定位系统销售，因此可以推断出动力定位技术起源于挪威。

研发热点分析

利用CitespaceⅢ的被引文献聚类分析，得到动力定位技术被引文献聚类分布如图2所示。

动力定位技术领域文献形成14个类别，其中，较大类别的研究主要集中在动态位置检测、自适应模糊控制、非线性模型预测控制等动力定位的测量和控制技术。综合文献分析和专家调研的结果，得出该技术衡量的核心指标主要是定位控制精度、可靠性和响应速度等。

图1　动力定位技术被引文献时间序列图

图2　动力定位技术被引文献聚类分析图

技术领先国家、机构及领军人才分析

通过对文献的统计分析，得到动力定位技术论文被引频次排名前十位的国家、机构及作者（见表1）。

表1　动力定位技术领先国家、领先机构、领军人才排名（论文）

综合文献分析、产业调查和专利分析，得到产业方面的领先国家、机构、主要产品及领军人才，结果见表2。

图3　中国与美国年度发表论文数量

图4　中国与美国年度发表论文被引频次

表2　动力定位技术领先国家、领先机构、领军人才（专利、产品）

综上，在领先国家上，美国在基础研究方面处于领先地位，而挪威在产业方面处于领先位置；领先机构为挪威科技大学、康士伯海事和美国通用电气等；领军人才有Fossen TI、Sorensen AJ和Crane AD等

技术竞争力分析

（1）中国与国际领先水平差距

综合比较中国与美国两国在动力定位领域近20年来发表论文的数量以及年度被引频次，得到中国在动力定位技术领域与国际领先水平的差距，如图3和图4所示。

由图3可以看出，由于文献总体数量较少，中国和美国的论文数量均呈现波动上升的趋势，中国在2011年，论文数量达到了峰值，数量为5篇，与美国相比，相当于2005年发表的论文数量。在论文数量上与美国相差9年。

图5　中国与该技术领先国家美国在论文数量与论文被引次数的相对差值

由图4可见，由于文献被引用存在一定的滞后，因此2009年以后美国和中国文献的被引次数均较低。中国在2009年论文被引次数达到了峰值，为29，与美国相比，相当于1997年期间的水平。在论文年度被引次数上，与美国相差了近20年。

此外，在动力定位产品方面，美国早在20世纪80年代就将动力定位系统应用于水下工程施工、海底管线检修、水下机器人跟踪等，实现动力定位系统的产业化，90年代以来，随着海上勘探开发逐步向深水和超深水发展，动力定位系统广泛应用于深水钻井船、半潜式钻井平台等。而中国在2013年才研发出首套动力定位系统HDP3，并在“海洋石油299”号铺缆船上进行海上试验，仍处于实验室阶段。在产品上存在20多年的差距，综合论文数量与论文被引次数的差距，研究认为中国目前的水平与美国相差很大（差距在15～20年），相当于美国1994～1998年的水平。

（2）2006以来中国与国际领先水平差距

为确定中国与该技术领先国家美国在该技术上的差距的水平以及2006年以来我国该技术与国际领先水平的差距，本研究对论文发表数量与论文被引次数分别进行了相对差的计算，相对差的定义见公式1。

其中，X1i表示美国论文发表数量（论文被引次数），X2i表示中国论文发表数量（论文被引次数），Yi表示相对差，i代表时间1994-2014。Yi值越大表示两个国家差距越大，Yi值越小，表示两个国家差距越小。

图5给出了中国与该技术领先国家美国在论文数量与论文被引次数的相对差（Y2i）随年度变化图，其中蓝线代表发表SCIE论文数量，绿线代表论文被引次数，红线代表2006年分割线。

由图5可见，2006年以来，在论文数量与论文被引次数两个指标上，中国与美国的差距基本是逐渐缩小的趋势，2010年以来甚至呈现超越之势，中国与美国在论文数量上的标准差为0.17，在论文被引次数上的标准差为0.36。因此，2006年以来，中国该技术与国际领先水平的差距在逐渐缩小。

与专家调查结果比较

比较分析文献计量与调研分析结果与专家调查结果，文献计量分析与专家调查的结果总体接近。在技术领先国家、领先机构和领军人才等3个问题上，利用文献计量和文献分析的结果可以更有依据地给出更为明确机构和人才信息。

在核心指标、来源国家、相当于国际领先水平哪年的水平等3个问题上存在一定差别：

（1）核心指标，专家调查中比较集中的作业水深，动力定位技术的最大优势就是定位成本不会随着水深增加而增加，因而成为深水作业时替代锚泊定位技术的首选，故作业水深并非动力定位技术的核心指标；

（2）来源国家，通过共被引文献分析和产业相关信息，可以确定为挪威，但也有文献中提到“动力定位系统于上世纪70年代后期由美国海军研制成功，起初主要应用于潜水艇支持船、军用海底电缆铺设等作业。”因此，对于动力定位技术，美国和挪威在20世纪70年代均已有开始研究。

（3）相当于国际领先水平哪年的水平，通过文献计量结果可以看出中国与国际领先水平差距较大，综合产业信息，大体判断出一个时间范围区间，专家给出的时间也为主观估数。

王志玲 王云飞

青岛市科学技术信息研究所

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.10.046