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摘要 以設施水产传感器技术作为研究对象，对该技术领域的发展趋势、技术分类、专利布局、研发力量、主题演化等进行了分析。结果显示，全球设施水产传感器技术领域的发展可以分为萌芽期、波动发展期和快速发展期3个阶段;中国是该领域最大的技术输出国，但专利质量及影响力却明显较低;设施水产传感器领域重点国家的技术布局覆盖面都较广，但是各有所侧重;设施水产传感器领域专利申请最活跃的群体是企业公司，其次是大学;我国高申请量的申请人很多，但高影响力申请人数量较少;重点申请人之间既存在技术交叉，又各自有独特之处;全球设施水产传感器专利发明之间的专利数量及影响力差距较大，我国设施水产传感器领域高研发量发明人数量较多，但影响力较差;重点发明人之间既存在技术交叉，又各自有独特之处;该领域发明人之间的合作主要是研发团队内部的合作，跨团队合作行为很少;全球在该领域的专利研究大致包含10个主题，分别为温度监测与控制、溶解氧监测与控制、水质监测与控制、养殖池水位控制、箱式养殖装置、饲料存储与投喂、养殖与探鱼技术、养殖水处理与应用、通信技术、信号监测与报警装置;不同发展阶段，设施水产传感器技术领域的专利发展趋势各不相同，总体上呈现出由专利数量少、分布分散向专利数量多、集中分布发展的趋势。
关键词 专利计量;设施水产;传感器;态势分析
中图分类号 S 126 文献标识码 A
文章编号 0517-6611（2021）14-0228-07
Abstract Taking the sensor technology of facility aquaculture as the research object，we analyzed the development trend，technology classification，patent layout，research and development strength and theme evolution of this field.Results showed that the development of the sensor technology of global facility aquaculture can be divided into three stages：germination stage，fluctuation development stage and rapid development stage;China is the largest technology exporting country in this field，but the quality and influence of patents are obviously low;the technology layout of main countries in the field of facility aquaculture sensor has a wide coverage，but each has its own emphasis;the most active groups of patent applications are companies，followed by universities;there are many applicants with high applications in China，but the number of applicants with high influence is relatively small;there are technical cross between main applicants，and each has its own unique features;there is a large gap in the number and influence among global facility aquaculture sensor patents;the number of inventors with high inventions in China is large，but their influence is poor;the main inventors have both technical cross and their own unique features;the cooperation among inventors in this field is mainly within the research and development team，and there are few crossteam cooperation behaviors;the global patent research in this field generally includes 10 topics，including temperature monitoring and control，dissolved oxygen monitoring and control，water quality monitoring and control，water level control of aquaculture ponds and so on;the development trend of patents in the field of the sensor technology of facility aquaculture is different among different development stages;on the whole，it shows a trend of development from small number with low concentration and narrow distribution to large number with high concentration and wide distribution. Key words Patentometrics;Facility aquaculture;Sensor;Situation analysis
基金项目 江苏省农业科技自主创新资金计划项目（CX（19）1003）。
作者简介 孙艺伟（1993—），男，山西临汾人，助理研究员，硕士，从事文献计量及情报服务研究。*通信作者，副研究员，博士，从事农业大数据分析、知识组织与分析利用研究。
收稿日期 2020-10-16;修回日期 2020-11-11
随着水产养殖业的迅速发展，池塘养殖方式由传统的池塘养殖逐步往生态养殖和设施化、精细化养殖发展[1]。设施水产养殖具有节地、节水、节能、高产、高效和可控的优势，代表着一个国家渔业科技水平，是现代水产养殖业发展的必然趋势。设施水产养殖业的本质是渔业工业化生产，集现代工程、机电、生物等多学科为一体，运用各种最新科技手段，在陆上或海上营造出适合水生动物生长和繁殖的良好条件，把水生动物置于人工控制状态，以科学的精养技术，实现水生动物的稳产、高产[2]。在实际生产中，影响水产养殖的关键参数是水温、光照、溶氧量、氨氮量、硫化物、亚硝酸盐、pH等，这些关键参数靠经验来判断误差非常大，稍有不慎就会导致重大损失[3]。传感器是物联网感知层的核心技术，将其应用于水产养殖可以实现养殖过程中水质、水温、溶氧量、养分、pH、动物状态等的实时监测[4]。然而，目前国产传感器普遍稳定性、可靠性不高、使用寿命短，而进口传感器虽然可靠性高，但价格昂贵，且在日常使用过程中需要及时维护才能保证检测的准确性，投资成本大[5]。 能否精准定位设施水产传感器研发的重点方向并研发出低成本、高精度、高灵敏度的传感器，将直接制约国内设施水产的发展水平。
专利计量是竞争情报研究的重要方法之一，以专利文献中的信息作为统计分析基础，通过对不同指标下专利数量的对比分析、探索和挖掘行业技术的分布结构、数量关系、变化规律等内在价值，以判断行业的竞争态势[6]。目前，该方法已被广泛应用于农业、医学、生物学、工业[6-9]等多个领域。在传感器技术方面，徐晶等[10]分析了中国MEMS传感器技术专利的申请趋势、产出分布和国内专利申请人，揭示了中国MEMS传感器技术发展存在的问题;赵华等[11]对1987年以来我国压力传感器专利中申请态势、国外在华申请、地域分布、申请人、有效性进行了分析，提出了压力传感器领域的技术发展态势。在水产养殖的计量研究方面，李勇军等[12-13]利用文献计量的方法对水产养殖技术领域的科研发展动态进行了分析。因此，当前还未有利用专利计量的方法对设施水产传感器技术发展态势进行分析的研究。
鉴于此，笔者采用专利计量方法，以设施水产传感器技术相关专利为分析对象，从发展趋势、技术分类、国家/地区、申请人、发明人等方面对设施水产传感器技术进行了分析，以期全面揭示该技术领域的热点主题、研究布局及发展态势等，为该领域传感器技术研发主体及个人提供情报支撑。
1 数据来源及工具
该研究以Incopat和Derwent Innovation（DI）数据库作为数据来源。通过文献调研结合IPC国际专利分类表，利用Incopat数据库进行检索调试，检索式如下：TIAB=（水产 OR 鱼 OR 虾 OR 蟹 OR 贝类） AND 传感器 NOT （鱼雷 OR 钓鱼 OR 鱼眼 OR 鱼缸 OR 鳄鱼） AND ipc=（A01 OR A61D OR G OR B OR F OR H OR C02） NOT ipc=（F25D OR C12 OR C05 OR B60 OR B65 OR B07 OR B62 OR B63 OR C01 OR C07 OR C08 OR C21 OR C09）。对检索结果进行人工判读，并将最终相关专利导入DI数据库进行检索、合并同族专利，得到設施种养领域相关专利共1 684项（1 773件）作为该研究的数据集。
该研究用到的数据处理和分析软件有利DDA、DI、Excel、Ucinet等，辅助绘图软件主要有Excel、Netdraw、Xmind等。
2 结果与分析
2.1 发展概况分析
2.1.1 发展趋势分析。
从设施水产传感器技术专利申请的时间趋势来看，该领域技术出现于1922年左右，其趋势可以大致划分为3个发展阶段，如图1所示。
在1984年之前，全球设施水产传感器技术领域的专利总量仅有19项，平均每3～4年申请1项左右，可见该阶段专利申请量很少，申请趋势呈现小幅波动状态，整个领域专利技术的研发处于萌芽期。
1985—2011年，随着经济发展和需求的拉动，全球设施水产传感器技术领域发展速度有所提升，全球设施水产传感器技术的专利总量达到了324项，平均每年申请12项，平均年增长量为1.54项（1985年申请量为4项，2011年申请量为44项），该阶段专利申请量时高时低，总体呈明显的波动式增长状态，处于波动发展期。
2012—2017年，随着中国进入现代化、规模化、集约化设施农业发展阶段，全球设施水产传感器技术领域的专利总量为1 314项，平均每年申请202.5项，平均年增长量为45.0项（2012年申请量为98项，2017年申请量为323项），该阶段专利申请量增长速度迅猛，处于快速发展期。
2.1.2 技术分类。
根据专利IPC分类号，该研究对设施水产传感器技术领域的专利进行了分类，主要分为养殖设施、水产养殖类型、环境监测与控制、监测/测量技术、控制技术、数据计算与处理技术、通信技术、其他技术8个大类，具体分类如图2所示。
2.2 国家/地区分析
2.2.1 国家/地区申请量及影响力分析。 从具体的国家来看，全球设施水产传感器技术原创国/地区共有26个。其中专利总量最多的3个国家分别是中国、韩国和日本（圖3）。位于榜首的中国拥有1 368项专利，占全球总申请量（1 684项）的81.24%，说明中国是全球设施水产传感器技术的最大输出国，这与中国近年来专利申请量的大幅提高相关，另一方面也说明我国在该领域的技术投入和创新能力非常高;韩国和日本分别以81项专利和53项专利申请量位居第2、3位，两者的申请量分别占全球总申请量的4.80%和3.15%，说明这2个国家也是较为主要的技术输出国，技术创新水平活跃度较高。
从总被引频次来看，各专利原创国/地区的差距非常大，表明设施水产传感器技术领域在各国输出的技术影响力之间差距悬殊。其中，我国总被引频次达到了1 538次，远超其他原创国/地区，表明我国在该领域的技术影响力最高，处于绝对领先位置;美国和世界知识产权组织分别排在第2、3位，其专利的技术影响力也较高（图4）。
从项均被引频次来看，各专利原创国之间的差距同样非常大，表明设施水产传感器技术领域在各国输出的技术质量和价值差距悬殊。其中，排名第1的是美国，项均被引频次为20.93，远远高于其他国家，说明美国的专利质量非常高;其次是世界知识产权组织，项均被引频次为15.46次;位居第3的是日本，项均被引频次为5.75次;我国的专利项均被引频次仅为1.12，与其他国家相比国家差距悬殊，说明我国的原创专利质量与价值均较低。
2.2.2 重点国家/地区的技术构成分析。
该研究利用技术类别与专利原创国的数据，对设施水产传感器技术领域的6个重点国家构建了国家-技术矩阵图，如图5所示。
总体来看，各国家的设施水产传感器技术布局存在一定的差异，一方面，各国的技术布局重点集中在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”“监测/测量技术”四大类别;另一方面，除了英国在“数据计算与处理技术”领域、世界知识产权组织在“通信技术”领域没有专利布局外，其他国家在这2个技术领域均或多或少有专利申请。
从横向来看，除了“数据计算与处理技术”我国与韩国的专利申请量均为22项以外，我国在设施水产传感器领域其他技术分支的专利申请量都排在第1位且遥遥领先，这与我国专利申请总量情况是相对应的。中国、韩国、日本的专利在这7个技术类别中均有分布，可见这些国家在设施水产传感器技术领域的研究覆盖面都比较广泛。美国的专利技术主要布局在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”“监测/测量技术”等类别，在“通信技术”和“数据计算与处理技术”方面也有少量专利申请;世界知识产权组织的专利技术主要布局在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”和“监测/测量技术”等基础研究方面;英国的专利技术主要布局在“养殖设施”和“监测/测量技术”等方面。相对而言，除中国外，韩国和日本的专利布局比其他国家更为广泛，亚洲国家占绝对优势。
2.3 申请人分析
2.3.1 申请人申请量及影响力分析。申请人拥有的专利数量可以反映其技术创新能力，该领域涉及的申请人数量共有1 123位。该研究选取了专利申请量不少于10项的12个申请人作为分析对象，结果如图6所示。12个申请人均来自我国，表明全球设施水产传感器技术领域的高申请量申请人中来自我国的申请人较多，主导了设施水产传感器技术的发展。
高申请量申请人中，专利申请量排在前3位的分别是CHINESE ACAD FISHERIES SCI（54项）、UNIV ZHEJIANG OCEAN（34项）和UNIV CHINA AGRIC（20项），表明这3个申请人在该领域的技术投入和创新成果较多。前5名中，第1名是科研机构，第2～3名都是大学，第5名是公司企业，说明在设施水产传感器技术领域申请量较高的申请人主要为大学，而且大学的技术研发投入较多。
综合来看，全球设施水产传感器技术领域12个专利申请量最多的申请人均属于我国，且以大学为主，各申请人申请量之间差距较大，说明我国专利申请人的产出数量与贡献占绝对优势。
高影响力申请人中，UNIV TEXAS A & M SYSTEM（233次）、PENTAIR WATER POOL & INC SPA（209次）和STILES R（200次）的总被引频次排名前3位（图7），可见这3个申请人在设施水产传感器技术领域申请的专利影响力非常高。从项均被引频次来看，最高的是STILES R（200次），其次是UNIV TEXAS A & M SYSTEM（116.5次），位居第3的是MONUS D T（60.0次），可见这3个申请人申请的专利在该领域内质量很高。
综合来看，设施水产传感器技术领域高影响力申请人之间的差距较大，尤其是我国的相关申请人，在注重专利数量的同时还需提升专利的技术水平与质量。
2.3.2 重点申请人技术构成分析。该研究依据申请人的专利申请量和总被引频次指标筛选出6个重点申请人，并对其主要技术领域进行了统计，如图8所示。
CHINESE ACAD FISHERIES SCI、UNIV ZHEJIANG OCEAN、UNIV JIANGSU和UNIV DALIAN OCEANOGRAPHY共4个申请人的专利技术布局覆盖了设施水产传感器技术领域的所有类别，说明这4个科研机构/大学在该领域的研究关注点发展趋势相似。总体来看，以CHINESE ACAD FISHERIES SCI和UNIV ZHEJIANG OCEAN在各技术类别分布中占据优势。UNIV CHINA AGRIC、UNIV SHANGHAI OCEAN和UNIV GUANGDONG OCEAN的技术专利布局除“数据计算与处理技术”以外，其他类别均有覆盖，说明这3所大学的专利布局结构相似。UNIV ZHEJIANG的专利主要分布在“水产养殖类型”“养殖设施”方面，在“控制技术”“环境监测与控制”和“通信技术”方面也有少量专利申请。 总体来看，重点申请人中，有部分申请人的技术分布存在相似之处，是该领域潜在的合作者或者竞争者。
2.4 发明人分析
2.4.1 发明人研发量及影响力分析。
经过统计，该领域涉及的发明人数量共有2 694位。该研究选取了专利申请量大于10项的9个发明人作为分析对象，结果如图9所示。
9个申请人均来自我国，表明我国设施水产传感器技术领域高研发量发明人数量占绝对优势，推动着全球设施水产传感器技术的发展。并列排名第1的是LI Dao-liang、JIANG Yong-nian和JIANG Xin-chi，3位发明人的研发量均为19项，是该领域专利申请的主要来源。
该研究选取了专利总被引频次不少于60次的9个发明人作为分析对象，结果如图10所示。从总被引频次来看，排名前5位的发明人均来自国外，其中LEE PHILLIP G、TURK PHILIP E、WHITSELL ANDREA和WHITSON JOHN L并列第1，总被引频次均为233次，其次为STILES ROBERT，总被引频次为200.00次，位居第5，说明这5个发明人在设施水产传感器技术领域综合实力较强，在该领域具有较高的影响力。
从项均被引频次来看，STILES ROBERT位居第1，项均被引频次为200.00次，说明该发明人的专利技术含量非常高;其次是LEE PHILLIP G、TURK PHILIP E、WHITSELL ANDREA和WHITSON JOHN L，并列第2，项均被引频次为116.50次;我国的2位发明人研发专利的项均被引频次较低，分别为6.60、5.68次，与上述发明人差距甚远，可见我国主要发明人研发的专利质量有待进一步提高。
总体来看，全球设施水产传感器技术领域高影响力发明人之间的差距较大，我国发明人还需重视专利申请技术含量的提升。
2.4.2 重点发明人技术构成分析。该研究依据专利研发量和总被引频次2个指标选取了7个重点发明人，并对其技术方向分布情况进行了统计，如图11所示。
从图11可以看出，7个重点发明人的专利主要分布在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”“監测/测量技术”“控制技术”和“通信技术”6个类别，总的来说比较集中在“监测/测量技术”领域，而在“数据计算与处理技术”类别并无分布。其中，LI Dao-liang和TANG Tao-lin研发的专利在这6个类别里均有分布;JIANG Xin-chi和JIANG Yong-nian均来自江苏智慧农业技术有限公司，由于其内部合作关系，专利技术布局高度一致，主要集中在“监测/测量技术”类别，这与该公司的发展导向密切相关，在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”“控制技术”方面也有少量研发专利;“水产养殖类型”“养殖设施”和“环境监测与控制”3个类别。
综合来看，该领域重点发明人的技术研发方向既存在共同点，也存在着一些差异，相同技术方向的发明人有可能属于同一申请人或存在一定程度的合作关系。
2.4.3 发明人合作分析。
该研究以设施水产传感器技术领域专利研发数量排在前100位的发明人为研究对象构建了主要发明人之间的合作网络，结果如图12所示。
可以看出图12中有1个明显较大的发明人合作网络，是FENG Yue和CUI Jun等人的合作网络，该网络中的13位发明人均属于盐城师范学院，彼此之间合作关系紧密，可见是一个稳定的大型研发团队;LI Jun和HU Qing-song等来自上海海洋大学的7位发明人之间、ZHANG Hong-yan和HE Yan-hui等来自中国渔业科学院的7位发明人之间、ZHU Song-ming和YE Zhang-ying等来自浙江大学的7位发明人之间均构成了一个合作关系紧密的网络，可见这3个机构团队内部合作非常充分;此外，该合作网络中还存在4个5～6人规模、13个3～4人规模的小型闭合网络。总体来看，该领域发明人之间的合作关系主要在团队内部，跨团队合作行为较少，各网络规模与对应的机构/申请人实力相关。
2.5 主题演化分析 该研究利用Derwent Innovation平台的ThemeScape工具对该领域的专利进行了聚类，全球在该领域的专利研究大致包含10个主题，分别为温度监测与控制、溶解氧监测与控制、水质监测与控制、养殖池水位控制、箱式养殖装置、饲料存储与投喂、养殖与探鱼技术、养殖水处理与应用、通信技术、信号监测与报警装置。
在总体技术主题分析的基础上，分别按照全球设施水产传感器技术专利申请的3个发展阶段进行时间切片，以研究各个技术方向在不同时间阶段的主题演进、变化情况。为了清晰地区分各时间段的专利分布情况，各阶段的专利文献分别用不同颜色表示，其中红色代表萌芽期（1922—1984年）、绿色代表波动发展期（1985—2011年）、蓝色代表快速发展期（2012—2017年），如图13所示。从图13可以看出，萌芽期的全球设施水产传感器技术领域专利申请量很少，主要零星分布在溶解氧监测与控制、信号监测与报警装置技术方向。波动发展期的专利数量较前一阶段有所提升，技术主题分布范围也有较为明显的扩大，主要分布在养殖与探鱼技术、通信技术、信号监测与报警装置、温度监测与控制等方向，零星分布在水质监测与控制、养殖池水位控制、饲料投喂装置、养殖水处理与应用等研究方向。快速发展期专利数量有了极大的增长，技术覆盖面也迅速扩大，几乎包含了所有技术主题，突出新增的主题方向有箱式养殖装置，且在每个技术主题分布量增长显著。
总体来说，随着时间发展，设施水产传感器技术领域的专利呈现出由专利数量少、分布分散向专利数量多、集中分布发展的趋势。
3 结论
该研究利用专利计量方法对设施水产传感器技术的研究态势进行了分析，主要结论如下： ①全球设施水产传感器技术领域的发展可以分为萌芽期（1922—1984年）、波动发展期（1985—2011年）和快速发展期（2012—2017年）3个阶段。
②中国是该领域全球最大的技术输出国，但专利质量及影响力却明显较低。③设施水产传感器领域重点国家的技术布局覆盖面都较广，但是各有所侧重。④设施水产传感器领域专利申请最活跃的群体是企业公司，其次是大学。我国高申请量的申请人很多，但高影响力申请人数量较少;重点申请人之间既存在技术交叉，又各自有独特之处。⑤全球设施水产传感器专利发明之间的专利数量及影响力差距较大;我国设施水产传感器领域高研发量发明人数量较多，但影响力较差;重点发明人之间既存在技术交叉，又各自有独特之处;该领域發明人之间的合作主要是研发团队内部的合作，跨团队合作行为很少。⑥全球在该领域的专利研究大致包含10个主题，分别为温度监测与控制、溶解氧监测与控制、水质监测与控制、养殖池水位控制、箱式养殖装置、饲料存储与投喂、养殖与探鱼技术、养殖水处理与应用、通信技术、信号监测与报警装置。⑦不同发展阶段，设施水产传感器技术领域的专利发展趋势各不相同，总体上呈现出由专利数量少、分布分散向专利数量多、集中分布发展的趋势;2013—2017年，设施水产传感器技术领域的专利申请实现了所有技术主题全覆盖。
参考文献
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关键词 专利计量;设施水产;传感器;态势分析
中图分类号 S 126 文献标识码 A
文章编号 0517-6611（2021）14-0228-07
Abstract Taking the sensor technology of facility aquaculture as the research object，we analyzed the development trend，technology classification，patent layout，research and development strength and theme evolution of this field.Results showed that the development of the sensor technology of global facility aquaculture can be divided into three stages：germination stage，fluctuation development stage and rapid development stage;China is the largest technology exporting country in this field，but the quality and influence of patents are obviously low;the technology layout of main countries in the field of facility aquaculture sensor has a wide coverage，but each has its own emphasis;the most active groups of patent applications are companies，followed by universities;there are many applicants with high applications in China，but the number of applicants with high influence is relatively small;there are technical cross between main applicants，and each has its own unique features;there is a large gap in the number and influence among global facility aquaculture sensor patents;the number of inventors with high inventions in China is large，but their influence is poor;the main inventors have both technical cross and their own unique features;the cooperation among inventors in this field is mainly within the research and development team，and there are few crossteam cooperation behaviors;the global patent research in this field generally includes 10 topics，including temperature monitoring and control，dissolved oxygen monitoring and control，water quality monitoring and control，water level control of aquaculture ponds and so on;the development trend of patents in the field of the sensor technology of facility aquaculture is different among different development stages;on the whole，it shows a trend of development from small number with low concentration and narrow distribution to large number with high concentration and wide distribution. Key words Patentometrics;Facility aquaculture;Sensor;Situation analysis
基金项目 江苏省农业科技自主创新资金计划项目（CX（19）1003）。
作者简介 孙艺伟（1993—），男，山西临汾人，助理研究员，硕士，从事文献计量及情报服务研究。*通信作者，副研究员，博士，从事农业大数据分析、知识组织与分析利用研究。
收稿日期 2020-10-16;修回日期 2020-11-11
随着水产养殖业的迅速发展，池塘养殖方式由传统的池塘养殖逐步往生态养殖和设施化、精细化养殖发展[1]。设施水产养殖具有节地、节水、节能、高产、高效和可控的优势，代表着一个国家渔业科技水平，是现代水产养殖业发展的必然趋势。设施水产养殖业的本质是渔业工业化生产，集现代工程、机电、生物等多学科为一体，运用各种最新科技手段，在陆上或海上营造出适合水生动物生长和繁殖的良好条件，把水生动物置于人工控制状态，以科学的精养技术，实现水生动物的稳产、高产[2]。在实际生产中，影响水产养殖的关键参数是水温、光照、溶氧量、氨氮量、硫化物、亚硝酸盐、pH等，这些关键参数靠经验来判断误差非常大，稍有不慎就会导致重大损失[3]。传感器是物联网感知层的核心技术，将其应用于水产养殖可以实现养殖过程中水质、水温、溶氧量、养分、pH、动物状态等的实时监测[4]。然而，目前国产传感器普遍稳定性、可靠性不高、使用寿命短，而进口传感器虽然可靠性高，但价格昂贵，且在日常使用过程中需要及时维护才能保证检测的准确性，投资成本大[5]。 能否精准定位设施水产传感器研发的重点方向并研发出低成本、高精度、高灵敏度的传感器，将直接制约国内设施水产的发展水平。
专利计量是竞争情报研究的重要方法之一，以专利文献中的信息作为统计分析基础，通过对不同指标下专利数量的对比分析、探索和挖掘行业技术的分布结构、数量关系、变化规律等内在价值，以判断行业的竞争态势[6]。目前，该方法已被广泛应用于农业、医学、生物学、工业[6-9]等多个领域。在传感器技术方面，徐晶等[10]分析了中国MEMS传感器技术专利的申请趋势、产出分布和国内专利申请人，揭示了中国MEMS传感器技术发展存在的问题;赵华等[11]对1987年以来我国压力传感器专利中申请态势、国外在华申请、地域分布、申请人、有效性进行了分析，提出了压力传感器领域的技术发展态势。在水产养殖的计量研究方面，李勇军等[12-13]利用文献计量的方法对水产养殖技术领域的科研发展动态进行了分析。因此，当前还未有利用专利计量的方法对设施水产传感器技术发展态势进行分析的研究。
鉴于此，笔者采用专利计量方法，以设施水产传感器技术相关专利为分析对象，从发展趋势、技术分类、国家/地区、申请人、发明人等方面对设施水产传感器技术进行了分析，以期全面揭示该技术领域的热点主题、研究布局及发展态势等，为该领域传感器技术研发主体及个人提供情报支撑。
1 数据来源及工具
该研究以Incopat和Derwent Innovation（DI）数据库作为数据来源。通过文献调研结合IPC国际专利分类表，利用Incopat数据库进行检索调试，检索式如下：TIAB=（水产 OR 鱼 OR 虾 OR 蟹 OR 贝类） AND 传感器 NOT （鱼雷 OR 钓鱼 OR 鱼眼 OR 鱼缸 OR 鳄鱼） AND ipc=（A01 OR A61D OR G OR B OR F OR H OR C02） NOT ipc=（F25D OR C12 OR C05 OR B60 OR B65 OR B07 OR B62 OR B63 OR C01 OR C07 OR C08 OR C21 OR C09）。对检索结果进行人工判读，并将最终相关专利导入DI数据库进行检索、合并同族专利，得到設施种养领域相关专利共1 684项（1 773件）作为该研究的数据集。
该研究用到的数据处理和分析软件有利DDA、DI、Excel、Ucinet等，辅助绘图软件主要有Excel、Netdraw、Xmind等。
2 结果与分析
2.1 发展概况分析
2.1.1 发展趋势分析。
从设施水产传感器技术专利申请的时间趋势来看，该领域技术出现于1922年左右，其趋势可以大致划分为3个发展阶段，如图1所示。
在1984年之前，全球设施水产传感器技术领域的专利总量仅有19项，平均每3～4年申请1项左右，可见该阶段专利申请量很少，申请趋势呈现小幅波动状态，整个领域专利技术的研发处于萌芽期。
1985—2011年，随着经济发展和需求的拉动，全球设施水产传感器技术领域发展速度有所提升，全球设施水产传感器技术的专利总量达到了324项，平均每年申请12项，平均年增长量为1.54项（1985年申请量为4项，2011年申请量为44项），该阶段专利申请量时高时低，总体呈明显的波动式增长状态，处于波动发展期。
2012—2017年，随着中国进入现代化、规模化、集约化设施农业发展阶段，全球设施水产传感器技术领域的专利总量为1 314项，平均每年申请202.5项，平均年增长量为45.0项（2012年申请量为98项，2017年申请量为323项），该阶段专利申请量增长速度迅猛，处于快速发展期。
2.1.2 技术分类。
根据专利IPC分类号，该研究对设施水产传感器技术领域的专利进行了分类，主要分为养殖设施、水产养殖类型、环境监测与控制、监测/测量技术、控制技术、数据计算与处理技术、通信技术、其他技术8个大类，具体分类如图2所示。
2.2 国家/地区分析
2.2.1 国家/地区申请量及影响力分析。 从具体的国家来看，全球设施水产传感器技术原创国/地区共有26个。其中专利总量最多的3个国家分别是中国、韩国和日本（圖3）。位于榜首的中国拥有1 368项专利，占全球总申请量（1 684项）的81.24%，说明中国是全球设施水产传感器技术的最大输出国，这与中国近年来专利申请量的大幅提高相关，另一方面也说明我国在该领域的技术投入和创新能力非常高;韩国和日本分别以81项专利和53项专利申请量位居第2、3位，两者的申请量分别占全球总申请量的4.80%和3.15%，说明这2个国家也是较为主要的技术输出国，技术创新水平活跃度较高。
从总被引频次来看，各专利原创国/地区的差距非常大，表明设施水产传感器技术领域在各国输出的技术影响力之间差距悬殊。其中，我国总被引频次达到了1 538次，远超其他原创国/地区，表明我国在该领域的技术影响力最高，处于绝对领先位置;美国和世界知识产权组织分别排在第2、3位，其专利的技术影响力也较高（图4）。
从项均被引频次来看，各专利原创国之间的差距同样非常大，表明设施水产传感器技术领域在各国输出的技术质量和价值差距悬殊。其中，排名第1的是美国，项均被引频次为20.93，远远高于其他国家，说明美国的专利质量非常高;其次是世界知识产权组织，项均被引频次为15.46次;位居第3的是日本，项均被引频次为5.75次;我国的专利项均被引频次仅为1.12，与其他国家相比国家差距悬殊，说明我国的原创专利质量与价值均较低。
2.2.2 重点国家/地区的技术构成分析。
该研究利用技术类别与专利原创国的数据，对设施水产传感器技术领域的6个重点国家构建了国家-技术矩阵图，如图5所示。
总体来看，各国家的设施水产传感器技术布局存在一定的差异，一方面，各国的技术布局重点集中在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”“监测/测量技术”四大类别;另一方面，除了英国在“数据计算与处理技术”领域、世界知识产权组织在“通信技术”领域没有专利布局外，其他国家在这2个技术领域均或多或少有专利申请。
从横向来看，除了“数据计算与处理技术”我国与韩国的专利申请量均为22项以外，我国在设施水产传感器领域其他技术分支的专利申请量都排在第1位且遥遥领先，这与我国专利申请总量情况是相对应的。中国、韩国、日本的专利在这7个技术类别中均有分布，可见这些国家在设施水产传感器技术领域的研究覆盖面都比较广泛。美国的专利技术主要布局在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”“监测/测量技术”等类别，在“通信技术”和“数据计算与处理技术”方面也有少量专利申请;世界知识产权组织的专利技术主要布局在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”和“监测/测量技术”等基础研究方面;英国的专利技术主要布局在“养殖设施”和“监测/测量技术”等方面。相对而言，除中国外，韩国和日本的专利布局比其他国家更为广泛，亚洲国家占绝对优势。
2.3 申请人分析
2.3.1 申请人申请量及影响力分析。申请人拥有的专利数量可以反映其技术创新能力，该领域涉及的申请人数量共有1 123位。该研究选取了专利申请量不少于10项的12个申请人作为分析对象，结果如图6所示。12个申请人均来自我国，表明全球设施水产传感器技术领域的高申请量申请人中来自我国的申请人较多，主导了设施水产传感器技术的发展。
高申请量申请人中，专利申请量排在前3位的分别是CHINESE ACAD FISHERIES SCI（54项）、UNIV ZHEJIANG OCEAN（34项）和UNIV CHINA AGRIC（20项），表明这3个申请人在该领域的技术投入和创新成果较多。前5名中，第1名是科研机构，第2～3名都是大学，第5名是公司企业，说明在设施水产传感器技术领域申请量较高的申请人主要为大学，而且大学的技术研发投入较多。
综合来看，全球设施水产传感器技术领域12个专利申请量最多的申请人均属于我国，且以大学为主，各申请人申请量之间差距较大，说明我国专利申请人的产出数量与贡献占绝对优势。
高影响力申请人中，UNIV TEXAS A & M SYSTEM（233次）、PENTAIR WATER POOL & INC SPA（209次）和STILES R（200次）的总被引频次排名前3位（图7），可见这3个申请人在设施水产传感器技术领域申请的专利影响力非常高。从项均被引频次来看，最高的是STILES R（200次），其次是UNIV TEXAS A & M SYSTEM（116.5次），位居第3的是MONUS D T（60.0次），可见这3个申请人申请的专利在该领域内质量很高。
综合来看，设施水产传感器技术领域高影响力申请人之间的差距较大，尤其是我国的相关申请人，在注重专利数量的同时还需提升专利的技术水平与质量。
2.3.2 重点申请人技术构成分析。该研究依据申请人的专利申请量和总被引频次指标筛选出6个重点申请人，并对其主要技术领域进行了统计，如图8所示。
CHINESE ACAD FISHERIES SCI、UNIV ZHEJIANG OCEAN、UNIV JIANGSU和UNIV DALIAN OCEANOGRAPHY共4个申请人的专利技术布局覆盖了设施水产传感器技术领域的所有类别，说明这4个科研机构/大学在该领域的研究关注点发展趋势相似。总体来看，以CHINESE ACAD FISHERIES SCI和UNIV ZHEJIANG OCEAN在各技术类别分布中占据优势。UNIV CHINA AGRIC、UNIV SHANGHAI OCEAN和UNIV GUANGDONG OCEAN的技术专利布局除“数据计算与处理技术”以外，其他类别均有覆盖，说明这3所大学的专利布局结构相似。UNIV ZHEJIANG的专利主要分布在“水产养殖类型”“养殖设施”方面，在“控制技术”“环境监测与控制”和“通信技术”方面也有少量专利申请。 总体来看，重点申请人中，有部分申请人的技术分布存在相似之处，是该领域潜在的合作者或者竞争者。
2.4 发明人分析
2.4.1 发明人研发量及影响力分析。
经过统计，该领域涉及的发明人数量共有2 694位。该研究选取了专利申请量大于10项的9个发明人作为分析对象，结果如图9所示。
9个申请人均来自我国，表明我国设施水产传感器技术领域高研发量发明人数量占绝对优势，推动着全球设施水产传感器技术的发展。并列排名第1的是LI Dao-liang、JIANG Yong-nian和JIANG Xin-chi，3位发明人的研发量均为19项，是该领域专利申请的主要来源。
该研究选取了专利总被引频次不少于60次的9个发明人作为分析对象，结果如图10所示。从总被引频次来看，排名前5位的发明人均来自国外，其中LEE PHILLIP G、TURK PHILIP E、WHITSELL ANDREA和WHITSON JOHN L并列第1，总被引频次均为233次，其次为STILES ROBERT，总被引频次为200.00次，位居第5，说明这5个发明人在设施水产传感器技术领域综合实力较强，在该领域具有较高的影响力。
从项均被引频次来看，STILES ROBERT位居第1，项均被引频次为200.00次，说明该发明人的专利技术含量非常高;其次是LEE PHILLIP G、TURK PHILIP E、WHITSELL ANDREA和WHITSON JOHN L，并列第2，项均被引频次为116.50次;我国的2位发明人研发专利的项均被引频次较低，分别为6.60、5.68次，与上述发明人差距甚远，可见我国主要发明人研发的专利质量有待进一步提高。
总体来看，全球设施水产传感器技术领域高影响力发明人之间的差距较大，我国发明人还需重视专利申请技术含量的提升。
2.4.2 重点发明人技术构成分析。该研究依据专利研发量和总被引频次2个指标选取了7个重点发明人，并对其技术方向分布情况进行了统计，如图11所示。
从图11可以看出，7个重点发明人的专利主要分布在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”“監测/测量技术”“控制技术”和“通信技术”6个类别，总的来说比较集中在“监测/测量技术”领域，而在“数据计算与处理技术”类别并无分布。其中，LI Dao-liang和TANG Tao-lin研发的专利在这6个类别里均有分布;JIANG Xin-chi和JIANG Yong-nian均来自江苏智慧农业技术有限公司，由于其内部合作关系，专利技术布局高度一致，主要集中在“监测/测量技术”类别，这与该公司的发展导向密切相关，在“水产养殖类型”“养殖设施”“环境监测与控制”“控制技术”方面也有少量研发专利;“水产养殖类型”“养殖设施”和“环境监测与控制”3个类别。
综合来看，该领域重点发明人的技术研发方向既存在共同点，也存在着一些差异，相同技术方向的发明人有可能属于同一申请人或存在一定程度的合作关系。
2.4.3 发明人合作分析。
该研究以设施水产传感器技术领域专利研发数量排在前100位的发明人为研究对象构建了主要发明人之间的合作网络，结果如图12所示。
可以看出图12中有1个明显较大的发明人合作网络，是FENG Yue和CUI Jun等人的合作网络，该网络中的13位发明人均属于盐城师范学院，彼此之间合作关系紧密，可见是一个稳定的大型研发团队;LI Jun和HU Qing-song等来自上海海洋大学的7位发明人之间、ZHANG Hong-yan和HE Yan-hui等来自中国渔业科学院的7位发明人之间、ZHU Song-ming和YE Zhang-ying等来自浙江大学的7位发明人之间均构成了一个合作关系紧密的网络，可见这3个机构团队内部合作非常充分;此外，该合作网络中还存在4个5～6人规模、13个3～4人规模的小型闭合网络。总体来看，该领域发明人之间的合作关系主要在团队内部，跨团队合作行为较少，各网络规模与对应的机构/申请人实力相关。
2.5 主题演化分析 该研究利用Derwent Innovation平台的ThemeScape工具对该领域的专利进行了聚类，全球在该领域的专利研究大致包含10个主题，分别为温度监测与控制、溶解氧监测与控制、水质监测与控制、养殖池水位控制、箱式养殖装置、饲料存储与投喂、养殖与探鱼技术、养殖水处理与应用、通信技术、信号监测与报警装置。
在总体技术主题分析的基础上，分别按照全球设施水产传感器技术专利申请的3个发展阶段进行时间切片，以研究各个技术方向在不同时间阶段的主题演进、变化情况。为了清晰地区分各时间段的专利分布情况，各阶段的专利文献分别用不同颜色表示，其中红色代表萌芽期（1922—1984年）、绿色代表波动发展期（1985—2011年）、蓝色代表快速发展期（2012—2017年），如图13所示。从图13可以看出，萌芽期的全球设施水产传感器技术领域专利申请量很少，主要零星分布在溶解氧监测与控制、信号监测与报警装置技术方向。波动发展期的专利数量较前一阶段有所提升，技术主题分布范围也有较为明显的扩大，主要分布在养殖与探鱼技术、通信技术、信号监测与报警装置、温度监测与控制等方向，零星分布在水质监测与控制、养殖池水位控制、饲料投喂装置、养殖水处理与应用等研究方向。快速发展期专利数量有了极大的增长，技术覆盖面也迅速扩大，几乎包含了所有技术主题，突出新增的主题方向有箱式养殖装置，且在每个技术主题分布量增长显著。
总体来说，随着时间发展，设施水产传感器技术领域的专利呈现出由专利数量少、分布分散向专利数量多、集中分布发展的趋势。
3 结论
该研究利用专利计量方法对设施水产传感器技术的研究态势进行了分析，主要结论如下： ①全球设施水产传感器技术领域的发展可以分为萌芽期（1922—1984年）、波动发展期（1985—2011年）和快速发展期（2012—2017年）3个阶段。
②中国是该领域全球最大的技术输出国，但专利质量及影响力却明显较低。③设施水产传感器领域重点国家的技术布局覆盖面都较广，但是各有所侧重。④设施水产传感器领域专利申请最活跃的群体是企业公司，其次是大学。我国高申请量的申请人很多，但高影响力申请人数量较少;重点申请人之间既存在技术交叉，又各自有独特之处。⑤全球设施水产传感器专利发明之间的专利数量及影响力差距较大;我国设施水产传感器领域高研发量发明人数量较多，但影响力较差;重点发明人之间既存在技术交叉，又各自有独特之处;该领域發明人之间的合作主要是研发团队内部的合作，跨团队合作行为很少。⑥全球在该领域的专利研究大致包含10个主题，分别为温度监测与控制、溶解氧监测与控制、水质监测与控制、养殖池水位控制、箱式养殖装置、饲料存储与投喂、养殖与探鱼技术、养殖水处理与应用、通信技术、信号监测与报警装置。⑦不同发展阶段，设施水产传感器技术领域的专利发展趋势各不相同，总体上呈现出由专利数量少、分布分散向专利数量多、集中分布发展的趋势;2013—2017年，设施水产传感器技术领域的专利申请实现了所有技术主题全覆盖。
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