摘 要：技术路线图（Technology Roadmap）是技术评价与预测领域的核心工具之一。本文将文献计量学中有关专利的分析方法应用到技术路线图中，制定了技术路线图的设计步骤，并以室内空气净化领域为研究案例，进行了室内空气净化技术的预测和分析。研究结果显示，通过专利大数据分析可显著减少技术路线图对专家经验的依赖，提高技术评价与预测的客观性。
关键词：技术路线图；文献计量学；室内空气净化器；技术预测；大数据分析
中图分类号：TN-9 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）12-0009-04
Design and Analysis of Technical Roadmap in the Field of Indoor Air Purification
LIU Yong1，GUO Ting2，ZHANG Ning2，XUAN Xiaodong3
（1.Academy of Sciences，Zhejiang Normal University，Jinhua 321004，China；
2.College of Geography and Environmental Sciences，Zhejiang Normal University，Jinhua 321004，China；
3.Zhejiang Intellectual Property Research and Service Center，Hangzhou 310012，China）
Abstract：The Technology Roadmap is one of the core tools in the field of technical evaluation and prediction. In this paper，the analysis methods for patents in bibliometrics were introduced into the construction process of the technical roadmap and the new design steps for the technology roadmap were developed. According to the new technology roadmap design steps，indoor air purification technology were predicted and analyzed as a research case. The research results showed that the big data analysis on patents could significantly reduce the dependence of the technology roadmap on expert experience，thereby improve the objectivity of technical evaluation and prediction.
Keywords：technology roadmap；bibliometrics；indoor air purifier；technical forecasting；big data analysis
0 引 言
隨着科学技术的不断发展，技术路线图（Technology Roadmap）方法已经成为技术评价与预测领域的核心工具之一[1-4]。该方法最早由摩托罗拉公司开发并被用于其产品技术规划。Galvin等[5]认为，技术路线图是对某一特定领域的未来发展的看法，该看法集中了该领域集体的智慧和最优秀的技术驾驭者的想象，一般是采用绘图的形式表达出来，可成为这一领域未来发展方向的指南。孟海华[6]认为技术路线图是对未来技术发展进行规划的技术蓝图，通过一张以时间为基础的多层结构图表现出来，协调技术开发中不同利益主体的合作方向问题和技术经济信息的传导机制及其通畅问题，通过一定周期的持续更新，实现生产学研究中持续稳定的合作关系的延续，促进企业自主创新。
目前，技术路线图作为技术预见中应用广泛、效果显著的科学管理工具，被广泛地运用在国家、行业和企业的技术发展规划之中，以减少创新和规划过程中的不确定性。盛济川等[7]采用技术路线图技术分析预测了低碳产业的发展路径，提出了发展对策，对低碳产业发展战略的制定发挥了指导作用；汪雪锋等[8]采用基于SAO结构信息的技术路线图技术分析了瑞士学者在染敏太阳能电池技术领域的研究成果，指出提升转化效率、加强稳定性和提高电池性能是学者最关注的三个问题，其中提高太阳能电池的转化效率是最主要的技术驱动因素。
通过对已有的技术路线图相关文献分析可知，以德尔菲法、情景分析法为代表的定性分析法是使用技术路线图的主要方法，其制定过程主要依赖于专家的知识经验[9-10]。随着互联网与大数据技术的迅速发展，以科技文献和专利信息数据库作为来源，运用以文献计量学为代表的现代定量分析方法来研究特定领域的新兴技术与发展趋势已成为现实[11-13]。将文献计量学中有关专利的分析方法应用到技术路线图中，不仅可以减少技术路线图构建过程中对专家经验的依赖，同时研究结果也可为专家决策提供更为客观的依据。本文将文献计量学中有关专利的分析方法应用到技术路线图中，制定了技术路线图的设计步骤，并以室内空气净化领域为研究案例，进行了室内空气净化技术的预测和分析。
1 技术路线图的设计方法
现代文献计量学方法由Derek Price于1963年提出，它是通过对期刊文献、专利文献及其引证文献的信息进行挖掘，得出科学技术贡献度和活跃度的技术分析方法[14]。本次技术路线图的模型设计，以文献计量学方法中词频分析与关联分析技术为核心，希望通过对文献和专利数据库进行挖掘分析，可以较为客观地反映某一特定产业领域的技术现状并对其未来发展趋势进行预测。
具体的模型设计包含3个步骤，如图1所示。
步骤1：建立目标领域的专利资源数据库。确定目标研究领域，以特定的专利数据库作为数据源，设计检索策略进行数据检索，并对检索结果进行整理，建立既定目标领域的专利资源数据库。检索策略不能一蹴而就，设计时要征求专家的意见，若检索结果不符合预期，则需要进行调整，使得最终结果具有覆盖性和准确性，对获得的数据需要做好重复数据和异常数据的清理工作，减少对后续步骤的干扰。
步骤2：建立重点关键词库与关键IPC分类号列表。运用文本挖掘法与词频分析法，從专利文献的标题、摘要乃至全文中萃取出的重点关键词入手，这是技术路线图设计的关键，其与“检索策略”共同决定了技术路线图数据来源的准确性与科学性，而建立IPC分类号列表可更好地将专利所映射的内容进行归类。
步骤3：按时间序列分析与设计技术发展路径。根据建立的重点关键词库与高频IPC，将目标领域技术按功能分类，并运用共现分析法进行聚类分析，形成用于技术路线图绘制的“实体”，并按时间序列分析“实体”发展趋势和“实体”间的关系，最终完成技术路线图的绘制。
在步骤2、步骤3中需要引入以专家建议为指导的定性分析方法，专家可根据所提供的分类整理后的数据，结合自身经验推测出技术发展阶段，并完成其在时间轴上的具体定位。技术路线图初稿形成后，也需要征求专家意见，使其对图的细节进行指导与修正，从而保证技术路线图的科学性与客观性。
根据技术“实体”首次出现在高频词词库中的时间以及技术“实体”所属的技术发展阶段，完成其在“时间维度”上的具体定位。同时，在完成技术路线图图谱初稿之后，需要以数轮扩大范围的专家讨论会的形式对技术路线图的细节进行反馈与修正，并最终完成对技术路线图的绘制工作。
2 案例分析
据调查，现如今人们有80%的时间在室内度过，因此，室内空气污染引起了人们的广泛关注[15]。为改善室内空气质量，人们通常会使用通风或室内空气净化器的方法来达到室内空气净化的目的。据统计，2016年，我国空气净化器总产量为1980万台，2017年，中国空气净化器产量高达2468万台，呈现明显的增长趋势。因此，有理由推测未来市场上空气净化器将会越来越畅销[16]。本研究通过运用技术路线图的方法，对室内空气净化技术相关专利数据进行分析，研究室内空气净化技术与产品的发展过程，并预测其发展趋势。
2.1 确立研究目标，建立技术分析数据库
研究以国家知识产权局网站专利数据库为主要数据源，同时咨询了相关领域专家，制定了以“室内+空气净化”作为关键词的专利数据检索策略，对国内设计室内空气净化领域的专利进行检索，并对初检数据进行整理，清除了干扰数据，整理后获得专利文献数据2436篇（截止2017年12月），专利申请量根据时间变化如图2所示。
如图2所示，2002年之前，国内空气净化相关专利申请数量几乎为零；2002年之后逐渐增多，进入成长期；2012年之后进入全面发展阶段，这与社会民众对空气质量的日益关注及对室内空气净化器需求的增长密切相关。淘宝指数显示，室内空气净化器的关注度在2012年至2014年间达到高峰，当时“PM2.5”、“雾霾”等成为民众最关注的关键词，这与相关专利的增长趋势相符。
2.2 建立重点关键词库与关键IPC分类号列表
通过文本挖掘以及根据专家意见修正，提取出技术核心高频词27个和核心IPC分类号7个，如表1所示。表格中核心高频词的排序依据是该词在专利里出现的频率，词频越高排序越靠前。
2.3 进行大数据分析并绘制技术路线图
通过对相关专利的技术方法进行分析归纳，可将室内空气净化技术聚类为7类，分别是过滤、吸附、新风、负离子、静电除尘、光催化、等离子，各类技术按年份发展的情况如图3所示。通过把核心高频词与相关专利技术方法年度变化图进行比较分析可发现，过滤、吸附技术是当前室内空气净化运用的主要且较为成熟的技术，大部分专利申请均围绕这两类技术展开，通风技术相关专利数近5年增长也较快，其主要是和新风系统的发展密切相关。随着人们对室内空气质量要求的不断提高，仅空气净化已不能满足所有消费者的需求，持续不断优化室内空气质量已进入部分消费者的考虑范围，“空气净化器+新风系统”将成为未来室内空气净化的发展方向。在过去的15至20年里，光催化技术和等离子体技术一直是文献研究领域的热宠，但从专利申报的角度分析，这些高级氧化技术向专利技术的推进速率较为缓慢，这说明这些技术现阶段仍停留在实验室研发阶段。
在对现有专利进行分析的过程中发现，除了与空气净化技术及方法相关的专利外，与空气净化器相配套的组件式专利在中后期开始涌现，如机箱外壳设计、通风设计、检测监测模块、智能控制模块、显示装置、消毒杀菌装置、互联网远程控制、移动终端等，说明技术已向相关成品转变，同时中后期关于室内空气净化器成品的相关专利开始增多，并向高效化、组合化和智能化的方向发展。
综上所述，我们将室内空气净化技术的发展划分为技术方法、模块组件和产品三个阶段，并设计了技术路线图的初稿，根据专利申请时间完成了时间维度与发展阶段的有效定位。此后，通过与相关专家的讨论面谈，对初稿进行了修正，最终完成了室内空气净化领域技术路线图的设计，如图4所示。
图4中最下层为技术方法层，该层中主要反映技术核心词，核心词的大小和粗度代表该词出现的频次，文字越粗越大表示该词出现的频次越高，这个词越重要。由图4可知，在技术方法层中，根据高频词的相关性可以将现有的室内空气净化技术归结为7类。图4的中间层为模块组件层，它反映出室内空气净化技术逐步向模块发展的进程。图4的最顶层为整机设计层，该层则反映出室内空气净化技术向产品应用的发展趋势。
2.4 技术及产品预测
从室内空气净化技术角度来分析，过滤技术是现阶段最为成熟的室内空气净化技术，其次为吸附技术。近年来，随着人们密闭空间内空气安全意识的提高，通（新）风技术也得到了长足的发展和重视。以光催化技术和等离子体技术为代表的高级氧化技术仍处于技术萌芽期，现阶段这些技术还停留在实验室或技术研发阶段，它们在实际应用方面还存在技术瓶颈，高级氧化技术的应用是今后室内空气净化技术的重点发展方向。
从实际应用角度来分析，单纯具有室内空气净化功能的机器已经不再是主流产品，随着互联网技术和通讯技术的日益发展，智能型室内空气家居系统是今后室内空气净化产品的主要发展方向。
3 结 论
技术路线图方法是进行技术评价与技术预测的一类重要方法，是企业或政府进行技术预测的重要工具。在过去，其制定过程主要依赖于专家的知识经验。将专利数据引入技术路线图创建过程中，通过文献大数据分析可显著减少技术路线图对专家经验的依赖，从而提高技术评价与预测的客观性。
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作者简介：刘勇（1980.11-），男，浙江金华人，硕士研究生，副研究员。研究方向：技术挖掘、科技管理；通讯作者：郭婷（1977-），女，山西太原人，副教授，博士。主要研究方向：室內空气污染控制技术；张宁（1991-），女，浙江舟山人，硕士研究生。主要研究方向：室内空气污染控制技术；宣晓冬，男，浙江人，研究员。主要研究方向：技术开发与技术挖掘。