望俊成 馬曉倩 周曉丹 賴文姍

(*中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 北京 100038) (**中國人民大學(xué)信息資源管理學(xué)院 北京 100872)

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無線充電領(lǐng)域?qū)＠偁帒B(tài)勢分析①

望俊成②*馬曉倩*周曉丹*賴文姍**

(*中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 北京 100038) (**中國人民大學(xué)信息資源管理學(xué)院 北京 100872)

通過對無線充電領(lǐng)域技術(shù)專利的統(tǒng)計分析，包括對專利地區(qū)分布、專利權(quán)人、專利分類號及高被引專利的分析，研究了全球無線充電領(lǐng)域的專利競爭態(tài)勢，客觀地揭示了全球無線充電技術(shù)的研究狀態(tài)以及我國在該領(lǐng)域中的研究現(xiàn)狀和地位。并通過構(gòu)建專利權(quán)人-分類號隸屬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步分析了企業(yè)之間的競爭關(guān)系和核心技術(shù)領(lǐng)域。研究結(jié)果顯示，無線充電領(lǐng)域?qū)＠嗉性诿绹㈨n國、日本等國家，中國的專利數(shù)量多集中在臺灣地區(qū)。豐田、索尼、三星等企業(yè)在專有技術(shù)因子上的負(fù)載值很高，專利技術(shù)與無線充電領(lǐng)域更為密切，在核心技術(shù)創(chuàng)新方面具有較強(qiáng)競爭優(yōu)勢。龐巴迪運(yùn)輸公司、沃達(dá)豐公司、羅克韋爾國際公司在通用技術(shù)因子上的負(fù)載值很高，專利技術(shù)的通用性強(qiáng)、適用范圍廣泛，在技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域競爭優(yōu)勢明顯。

無線充電， 專利分析， 競爭態(tài)勢， 奇異值分解(SVD)

0 引 言

無線充電主要是指通過電磁感應(yīng)、無線電波或者電磁共振等方式進(jìn)行充電的技術(shù)。利用無線充電技術(shù)可以擺脫充電線纜的束縛，為人們提供更為方便的充電體驗。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線充電將會應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域，從消費(fèi)電子、手機(jī)、電動汽車到醫(yī)療等領(lǐng)域。

無線充電是一個新興領(lǐng)域，各國都在積極地進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和行業(yè)布局，希望可以占據(jù)有利的市場。加拿大家具公司Leggett & Platt推出了一款無線充電產(chǎn)品——兼具餐桌和充電功能的桌子。這張桌子內(nèi)設(shè)無線充電發(fā)射裝置，通過與手機(jī)的交互感應(yīng)，就能滿足手機(jī)無線充電的需求[1]。美國也曾在加州校園內(nèi)建成了感應(yīng)式無線充電的公交系統(tǒng)[2]。德國公司建立了一個電動火車系統(tǒng)，它是在工業(yè)中實現(xiàn)的功率最大的無線供電系統(tǒng)[3]。諾基亞推出了Lumia系列手機(jī)，這一系列的手機(jī)首次內(nèi)置了無線充電的功能，使充電更簡單、更方便，并且還推出了相關(guān)的無線充電配件產(chǎn)品——JBL PowerUp音箱和FatBoy充電枕頭。韓國推出了一個新型無線充電的公交車，該公交車可以在改造過的路面上一邊行駛一邊充電。

目前對該領(lǐng)域的專利分析還比較少，周玉芳[4]通過Innography專利平臺對無線充電專利進(jìn)行了宏觀分析，展示了無線充電技術(shù)的發(fā)展趨勢、技術(shù)來源國等。祝毓[5]從技術(shù)發(fā)展、區(qū)域格局、競爭機(jī)構(gòu)等角度繪制專利地圖，揭示了技術(shù)競爭的動向。為了全面了解無線充電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢、核心專利、核心企業(yè)，并充分認(rèn)識我國在無線充電領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和地位，本文對全球無線充電領(lǐng)域的專利進(jìn)行檢索和分析，尤其對專利地區(qū)分布、專利權(quán)人以及高被引專利進(jìn)行了重點(diǎn)分析，并構(gòu)建專利權(quán)人-分類號隸屬網(wǎng)絡(luò)，更進(jìn)一步地分析該領(lǐng)域的技術(shù)競爭態(tài)勢和技術(shù)發(fā)展動向，以便為我國規(guī)劃該領(lǐng)域的技術(shù)研究提供參考。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

企業(yè)間的競爭起于技術(shù)、產(chǎn)品的相似性，在專利中體現(xiàn)為企業(yè)專利技術(shù)的相似性。本文通過技術(shù)主題著錄項之間的共現(xiàn)關(guān)系來表征相似性，即不同企業(yè)相同分類號下的專利數(shù)量，專利數(shù)量越大說明企業(yè)技術(shù)相似性越大，企業(yè)間的競爭關(guān)系也會越明顯，本文以此構(gòu)建了專利權(quán)人-分類號之間的隸屬網(wǎng)絡(luò)。

隸屬網(wǎng)絡(luò)是2模網(wǎng)絡(luò)，可以從行動者和事件兩個維度進(jìn)行分析，并且可以將多個維度的信息統(tǒng)一起來，更加清晰地觀察維度之間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性[6]。Katherine Faust[7]提出了隸屬網(wǎng)絡(luò)的一些概念和模型，更詳細(xì)地闡述了隸屬網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜關(guān)系結(jié)構(gòu)?；谝陨系睦碚摶A(chǔ)，一些學(xué)者對隸屬網(wǎng)絡(luò)衍生出來的單模網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，Granovetter[8]主持的“硅谷社會網(wǎng)絡(luò)”項目研究了多個由隸屬網(wǎng)絡(luò)衍生的單模網(wǎng)絡(luò)；Stelle[9]進(jìn)一步針對硅谷半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會研究了由隸屬網(wǎng)絡(luò)衍化而來的單模動態(tài)網(wǎng)絡(luò)。隸屬網(wǎng)絡(luò)提供一種新的關(guān)系構(gòu)建方式，是社會網(wǎng)絡(luò)的一種。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以美國專利商標(biāo)局(USPTO)的Pat-FT數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源。以專利分類號和專利名稱兩個字段進(jìn)行組合檢索，檢索式為：關(guān)鍵詞包括Wireless、Contactless、Inductive、Charge等，檢索式是(CCL/307/104 or CCL/191/10 or CCL/455/573 or CCL/320/108) or ((CCL/320/108 or CCL/333/219 or CCL/D13/108 or CCL/455/41.1) and (TTL/Wireless or TTL/Contactless or TTL/Non-contact or TTL/Noncontact or TTL/Inductive or TTL/Resonant or TTL/Charge or TTL/Charging or TTL/Supply or TTL/Transmit))，數(shù)據(jù)檢索日期為2015年3月，共獲得6644件專利。對檢索結(jié)果的專利號、標(biāo)題、摘要、申請人、分類號等主要字段進(jìn)行批量下載和處理。利用excel和UCINET分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)清理和分析。

2 無線充電領(lǐng)域?qū)＠y(tǒng)計分析

無線充電領(lǐng)域相關(guān)專利共有6644件，對專利權(quán)人、專利引用情況以及專利地區(qū)分布等進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

2.1 專利國家地區(qū)分布

表1是無線充電領(lǐng)域?qū)＠麃碓磭液偷貐^(qū)的統(tǒng)計情況。美國和日本擁有的專利數(shù)量最多，分別為2773件和1947件，總比占73%左右，在專利數(shù)量上占有絕對優(yōu)勢。兩國在該領(lǐng)域投入大量研究，不斷獲得技術(shù)創(chuàng)新。德國、韓國、中國臺灣擁有的專利數(shù)分別占總數(shù)量的5.68%、5.62%、4.67%。專利主要分布在北美洲、歐洲和亞洲地區(qū)，專利地區(qū)分布與聯(lián)盟企業(yè)地區(qū)分布情況總體一致，美國在聯(lián)盟企業(yè)和專利數(shù)量上都位居第一。中國雖然擁有較多的聯(lián)盟企業(yè)，但專利數(shù)量卻相對落后，中國專利主要集中在臺灣地區(qū)，數(shù)量為293件，大陸和香港專利數(shù)量分別為97件和41件，中國企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新方面還有一定差距。

表1 無線充電領(lǐng)域?qū)＠麃碓磭液偷貐^(qū)統(tǒng)計

2.2 專利權(quán)人分布情況

在進(jìn)行專利權(quán)人分布統(tǒng)計時，首先對專利數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，去掉部分缺少專利權(quán)人字段的專利，剩余6163件專利，歸并部分地區(qū)代碼進(jìn)行歸并，比如將EN(英國)并入GB(英國)；歸并部分由于企業(yè)名稱變更或者名稱縮寫等造成差異的專利，如將Research in Motion歸入BlackBerry，將GM Global Technology Operations并入General Motors Corporation。表2出了專利數(shù)量在30件以上的專利權(quán)人，共有40個。

表2 專利權(quán)人數(shù)量統(tǒng)計

豐田擁有專利數(shù)量最多，共有225件，三星、索尼、摩托羅拉、松下、通用電氣專利數(shù)量均超過150件，黑莓、三洋電子的專利擁有量為128、116件。在前40名專利權(quán)人中，企業(yè)來自不同的國家和地區(qū)，主要來自美國、日本、韓國等國家，而中國僅有一家企業(yè)，即位于中國臺灣的鴻海集團(tuán)，擁有專利數(shù)量51件。

總體來看，專利權(quán)人涉及不同的行業(yè)和領(lǐng)域，主要包括消費(fèi)電子領(lǐng)域，比如三星、摩托羅拉、飛利浦、LG、黑莓等企業(yè)，以及汽車領(lǐng)域，包括擁有專利數(shù)量最多的豐田以及通用、福特等公司，其中還包括專業(yè)的無線通信技術(shù)研發(fā)公司，比如高通和WiTricity。

2.3 專利號分布情況

本文針對無線充電領(lǐng)域?qū)＠腎PC分類號和美國專利分類號進(jìn)行統(tǒng)計，了解無線充電具體的技術(shù)領(lǐng)域，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。無線充電專利涉及的國際專利分類號主要包括H02j、H01M、H04B，專利數(shù)量分別是6259、2843和1182，絕大多數(shù)的專利都在H02j類目下。涉及的美國專利分類號主要是320/108，455/573,307/104，專利數(shù)量分別是767、655、629。

在國際專利分類號中，H部為電學(xué)類，G部為物理類，B部為作業(yè)運(yùn)輸類，H02j主要是供電或配電裝置及系統(tǒng)，H01M是用于直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置，比如電池組。H04B主要是電通信技術(shù)的傳輸問題，其子類H04B5/00是近場傳輸系統(tǒng)；H04B7/00為使用輻射場的無線電傳輸系統(tǒng)。

表3 無線充電領(lǐng)域?qū)＠诸愄柦y(tǒng)計結(jié)果

在美國專利分類號中，大類302為電池或電容充電放電技術(shù)，455類為電信技術(shù)方向，307為電力傳輸和互聯(lián)系統(tǒng)方向。320大類下的專利最多，320/108類目主要是電感耦合和電池充電器方向的專利；455/573類目主要包括電池充電技術(shù)，是歸屬于電力供應(yīng)(455/572)方向下的子類。而307/104類目是電磁或電磁感應(yīng)系統(tǒng)方向的專利。從分類號的分布來看，目前無限充電領(lǐng)域的技術(shù)方向主要集中在供電裝置及系統(tǒng)、無線電傳輸系統(tǒng)以及電感耦合和電池充電器等方向，對提高電能傳輸效率、突破傳輸距離的限制有很大的幫助。

2.4 專利引用情況分析

對專利在核準(zhǔn)后的引用情況進(jìn)行了統(tǒng)計，表4列出了引用頻次排在前20的專利，專利號為4392101的專利被引用次數(shù)最多，共有248次，專利權(quán)人是美國百得公司，專利內(nèi)容是電池充電方法及裝置的研究，專利的核準(zhǔn)時間是1983年。在前20名的高被引專利中，大多數(shù)是美國企業(yè)，需要注意的是專利號為7741734的專利，在2010年核準(zhǔn)之后，5年時間內(nèi)被引用了178次，是由麻省理工學(xué)院申請的關(guān)于無線非輻射電能傳輸?shù)募夹g(shù)專利。從高被引的專利來看，目前該領(lǐng)域主要的研究方向是關(guān)于電池充電裝置與充電系統(tǒng)的研發(fā)。

表4 無線充電領(lǐng)域高被引專利情況

續(xù)表4

3 無線充電領(lǐng)域隸屬網(wǎng)絡(luò)分析

3.1 企業(yè)關(guān)聯(lián)分析

由專利權(quán)人——分類號隸屬網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化出來的企業(yè)-企業(yè)單模網(wǎng)絡(luò)，可以更加直接地反映企業(yè)之間的技術(shù)競爭關(guān)系。對201個專利權(quán)人所涉及的分類號進(jìn)行統(tǒng)計，部分結(jié)果如表5所示。專利權(quán)人的平均隸屬率為8.87，每個企業(yè)在無線充電行業(yè)所涉及的技術(shù)領(lǐng)域在8個左右。通用電氣所擁有的專利涉及49個分類號，其次是索尼、三星、豐田、飛利浦等，這些企業(yè)在對技術(shù)研發(fā)方面涉及領(lǐng)域都比較廣泛，積極在無線充電行業(yè)進(jìn)行技術(shù)布局，爭取技術(shù)創(chuàng)新。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)有值關(guān)系的密度為10.09，說明每對企業(yè)之間平均在10個技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)都同時出現(xiàn)，而二元關(guān)系的密度為0.98,這就意味著98%的企業(yè)都在一個或者多個領(lǐng)域內(nèi)共同出現(xiàn)，企業(yè)之間的技術(shù)競爭關(guān)系十分明顯，每個企業(yè)對其的技術(shù)布局十分積極。

表5 專利權(quán)人所隸屬的分類號統(tǒng)計結(jié)果

續(xù)表5

3.2 技術(shù)領(lǐng)域分析

由專利權(quán)人-分類號隸屬網(wǎng)絡(luò)也可以轉(zhuǎn)化出技術(shù)領(lǐng)域單模網(wǎng)絡(luò)，表6統(tǒng)計了每個技術(shù)領(lǐng)域下的企業(yè)數(shù)量，平均規(guī)模為11.9，即每個領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)平均為12個左右，在大類320下的企業(yè)最多，電池或電容充電放電技術(shù)是很多企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域，其次是類307，電力傳輸和互聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)，擁有企業(yè)122家。網(wǎng)絡(luò)密度分別為1.92和0.35。

表6 技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所包含的企業(yè)數(shù)

表7列出了技術(shù)領(lǐng)域的中心性指標(biāo)計算結(jié)果。類目320、307、324、455的相關(guān)領(lǐng)域中心度指標(biāo)都很高，這幾個類目處于網(wǎng)絡(luò)的核心地位，并且類目之間的聯(lián)系非常緊密。這些類目主要是集中在電池充電技術(shù)、電信技術(shù)、通信技術(shù)等與無線充電密切相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域。

表7 技術(shù)領(lǐng)域中心性指標(biāo)計算結(jié)果

3.3 模網(wǎng)絡(luò)的奇異值分解(SVD)分析

1模數(shù)據(jù)的分析更側(cè)重于對數(shù)據(jù)本身的分析，對隱藏在數(shù)據(jù)背后的因素并沒有涉及，通過奇異值分解(singular value decomposition, SVD)，降低隸屬關(guān)系的維度數(shù)，找出數(shù)據(jù)背后的共同因子，進(jìn)行進(jìn)一步分析。表8是對專利權(quán)人-分類號2模數(shù)據(jù)的SVD分析結(jié)果。SVD分析共給出了120個奇異值，表中列出了前10個。第一個奇異值的減少誤差比例(PRE)是25.3%，第二個奇異值的PRE達(dá)到了62%，前三個奇異值的累計百分比為92.2%，因此前三個奇異值的解釋力最大。

可以通過進(jìn)一步的SVD分析來了解這三個奇異值的具體表征含義。表9是對分類號的SVD分析結(jié)果，限于篇幅，只列出了部分結(jié)果。在共同因子1上負(fù)載值最高的分別是320(0.399)、455(0.133)、307(0.108)，對照分類號表可知，這三個分類號代表的技術(shù)領(lǐng)域都是電池或電容等通信技術(shù)，是與無線充電最相關(guān)的專有技術(shù)，因此可以把共同因子1定義為“專有技術(shù)因子”；在共同因子2上，負(fù)載值最高的是700(0.046)、343(0.045)，對比分類號表發(fā)現(xiàn)，這三個分類號代表的技術(shù)領(lǐng)域多為通用控制系統(tǒng)、電路系統(tǒng)等相對通用的技術(shù)，因此可以將共同因子2定義為“通用技術(shù)因子”，在共同因子3上，沒有發(fā)現(xiàn)比較好的解釋因子。根據(jù)這些共同因子，可以進(jìn)一步考察專利權(quán)人在每個奇異值上的負(fù)載值，表10列出了部分結(jié)果。

表8 SVD分析結(jié)果

從表10可以看出，豐田、索尼、三星、通用電氣、三洋電子、日立、摩托羅拉等企業(yè)在專有技術(shù)因子上的負(fù)載值很高，說明他們的專利技術(shù)與無線充電領(lǐng)域更為密切，對該領(lǐng)域的關(guān)注度更高，技術(shù)創(chuàng)新更為核心。豐田主要專注于電動汽車領(lǐng)域，將無線充電系統(tǒng)嵌入汽車。2014年豐田宣布電動汽車無線充電系統(tǒng)研發(fā)成功，在該系統(tǒng)下，電動車充電時不需要任何的電纜，并且在90分鐘內(nèi)即可充滿。通用汽車同樣推出了車載無線充電技術(shù)，支持車內(nèi)手機(jī)無限充電。索尼、三星、摩托羅拉等主要針對手機(jī)和消費(fèi)電子領(lǐng)域涉及無線充電系統(tǒng)，提高充電效率，改善充電環(huán)境。

龐巴迪運(yùn)輸公司、沃達(dá)豐公司、羅克韋爾國際公司在通用技術(shù)因子上的負(fù)載值很高，說明他們在技術(shù)研發(fā)方面更加注重通用性，技術(shù)適用范圍廣泛。其中沃達(dá)豐公司是跨國性的移動電話營辦商，羅克韋爾國際公司是美國重要的生產(chǎn)軍用電子系統(tǒng)與設(shè)備、汽車配件等多種工業(yè)產(chǎn)品的公司。這些公司的專利技術(shù)適用性更廣，很大程度擴(kuò)大了無線充電的應(yīng)用領(lǐng)域。SVD分析表明，大部分企業(yè)集聚很明顯，但并沒有形成很好的聚類。

表9 分類號SVD分析結(jié)果

表10 專利權(quán)人SVD分析結(jié)果

4 結(jié) 論

通過對無線充電領(lǐng)域?qū)＠慕y(tǒng)計分析和隸屬網(wǎng)絡(luò)分析，得出了以下結(jié)論：

(1) 從整體來看，無線充電領(lǐng)域的專利數(shù)量并不是很多，美國、日本、德國、韓國等國擁有的較多的專利，專利數(shù)已經(jīng)達(dá)到總數(shù)的85%左 右。這些國家對無線充電領(lǐng)域的專利布局十分積極，而中國目前擁有的專利主要集中在臺灣地區(qū)。擁有專利數(shù)量較多的專利權(quán)人分別是豐田、三星、索尼、松下等，多是一些汽車、手機(jī)或者消費(fèi)電子領(lǐng)域的巨頭企業(yè)，說明很多企業(yè)對于無線充電技術(shù)的關(guān)注度還是很高的，但也積極進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)研發(fā)。

(2) 從技術(shù)領(lǐng)域來看，目前對無線充電的研發(fā)主要集中在供電裝置及系統(tǒng)、無線電傳輸系統(tǒng)以及電感耦合和電池充電器等，以解決目前無線充電傳輸距離限制和傳輸效率低等問題。在對高被引專利分析時發(fā)現(xiàn)，在前20名高被引專利中，多數(shù)為美國企業(yè)申請的專利，其中被引頻次最高的是美國的百得公司，而中國企業(yè)并不在其中，中國的技術(shù)研發(fā)起步稍晚，還比較缺乏龍頭企業(yè)。在對專利權(quán)人進(jìn)行統(tǒng)計時發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域間的合作十分不明顯，多數(shù)專利的專利權(quán)人都僅為一家企業(yè)，或者其下屬企業(yè)，說明無線充電作為一個新興領(lǐng)域，各企業(yè)之間正處于技術(shù)競爭階段，以技術(shù)創(chuàng)新獲取有利市場，進(jìn)而能夠在無線充電領(lǐng)域迅速掌握主導(dǎo)地位和技術(shù)優(yōu)勢。

(3) 在對隸屬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行奇異值分析時發(fā)現(xiàn)，目前該領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)不僅包括專門進(jìn)行無線充電領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的企業(yè)，還包括一些針對通用技術(shù)研發(fā)的企業(yè)，這些公司的技術(shù)研發(fā)更具有通用性，將自身的優(yōu)勢與無線充電技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)出更多便利于用戶的產(chǎn)品。隨著電動汽車的不斷推廣，無線充電技術(shù)在未來也會有越來越大的市場空間，我國也應(yīng)該積極進(jìn)行行業(yè)布局，不斷改進(jìn)技術(shù)研發(fā)，爭取有利的市場先機(jī)。對于拓展無線充電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域有很大的推動作用。

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Analysis of the patent competition situation in the field of wireless charging

Wang Juncheng*， Ma Xiaoqian*， Zhou Xiaodan*， Lai Wenshan**

(*Institute of Scientific and Technical Information of China， Beijing 100038) (**School of Information Resource Management, Renmin University of China， Beijing 100872)

The patents in the world’s wireless charging field were statistically analyzed mainly in the aspects of patent distribution, patent owners, classification numbers and highly cited patents to investigate the global patent competition situation in the field, so as to reveal the real status of the research on wireless charging techniques as well as China’s level in the field. Meanwhile, the competition between enterprises and the core technologies in wireless charging were further analyzed through constructing the affiliation network between the patent owner and the classification number. The results show that most of the wireless charging patents concentrate in the United States, South Korea and Japan, and Chinese patents mostly concentrate in the Taiwan area. The companies of Toyota, SONY and Samsung have the very high load value on the proprietary technology factors, and the companys’ patents are closely related to the field of wireless charging, with the strong competitive advantage in the core technology innovation. The companies of Bombardier transportation, Vodafone, Rockwell International have the very high load value on the general technical factors. The companys’ patent have the good versatility, broad scope, possessing obvious competitive advantage in the field of technology application.

wireless charging, patent analysis, competitive situation, singular value decomposition (SVD)

10.3772/j.issn.1002-0470.2016.06.012

①國家社會科學(xué)基金青年項目(12CTQ025)資助。

2016-01-06)

②男，1984年生，博士，副研究員；研究方向：專利分析，情報學(xué)基礎(chǔ)理論；聯(lián)系人，E-mail: wangjc@istic.ac.cn