張 寧, 劉 勇, 郭 婷, 宣曉冬

(1.浙江師范大學(xué)，地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004；2.浙江師范大學(xué)，科學(xué)研究院，浙江 金華 321004；3.浙江省知識(shí)產(chǎn)權(quán)研究與服務(wù)中心，浙江 杭州 310012)

0 引 言

無論是在早期的工業(yè)革命時(shí)代還是現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，技術(shù)創(chuàng)新都是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量.自20世紀(jì)中葉以來，以信息技術(shù)、生物技術(shù)為代表的第三次技術(shù)革命使技術(shù)研發(fā)的周期大大縮短，創(chuàng)新的速度明顯加快.這些新技術(shù)改變了很多傳統(tǒng)行業(yè),并催生出一批新行業(yè)，這種具有創(chuàng)造一個(gè)新行業(yè)或改變一個(gè)現(xiàn)存行業(yè)并對(duì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響能力的技術(shù)，被管理學(xué)界稱為新興技術(shù)(emerging technology)[1].

創(chuàng)新性和不確定性是新興技術(shù)的2個(gè)重要特征[2]，正因如此，企業(yè)才會(huì)對(duì)新興技術(shù)既有濃厚的興趣，又對(duì)運(yùn)用新興技術(shù)的產(chǎn)品未來的性能和市場前景有著深深的擔(dān)憂，這時(shí)技術(shù)預(yù)測(cè)就顯得非常重要.技術(shù)預(yù)測(cè)是一種系統(tǒng)方法，通過對(duì)技術(shù)現(xiàn)有狀態(tài)和發(fā)展過程進(jìn)行分析，選擇合適的方法論組合，從而對(duì)技術(shù)將來可能的發(fā)展情況作出評(píng)估[3].

傳統(tǒng)的技術(shù)預(yù)測(cè)方法有德爾菲法、情境分析法、關(guān)鍵技術(shù)法、趨勢(shì)外推法、層次分析法和決策樹法等[4]，這些方法主要以定性分析為主，缺少定量分析.進(jìn)入信息大數(shù)據(jù)時(shí)代后，面對(duì)海量的、可獲得的數(shù)據(jù)信息，運(yùn)用一些工具和方法，剖析和分析里面大量有價(jià)值的信息，從而對(duì)新興技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和選擇，該種方法稱為技術(shù)挖掘(tech mining)[5].

基于“情報(bào)、設(shè)計(jì)和選擇”三步法理論，本文建立了一套基于科技文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的技術(shù)識(shí)別與技術(shù)預(yù)測(cè)方法(模型)，并應(yīng)用該方法進(jìn)行室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的識(shí)別與預(yù)測(cè)案例研究，旨在開拓技術(shù)挖掘方法的新思路，并推動(dòng)其在技術(shù)預(yù)測(cè)過程中的應(yīng)用.

1 技術(shù)挖掘

技術(shù)挖掘是文本挖掘工具在科技信息上的應(yīng)用，建立在對(duì)技術(shù)創(chuàng)新流程理解的基礎(chǔ)上，它依賴于科技領(lǐng)域的知識(shí)來影響其實(shí)踐，能幫助決策者調(diào)整策略、減少風(fēng)險(xiǎn)、制定正確的決策[6].

技術(shù)挖掘依靠數(shù)據(jù)挖掘(data mining)、文本挖掘(text mining)、網(wǎng)絡(luò)挖掘(web mining)的基本手段與工具，對(duì)從海量的數(shù)據(jù)中獲得的信息作出理性的分析和判斷.當(dāng)需要進(jìn)行技術(shù)抉擇時(shí)，技術(shù)挖掘工作可幫助回答以下3個(gè)方面的問題：

1)針對(duì)要解決的現(xiàn)實(shí)問題，有哪些新興技術(shù)？可能的發(fā)展路徑是什么？

2)選擇哪項(xiàng)技術(shù)?跟蹤哪些技術(shù)？

3)在新興技術(shù)發(fā)展中，如何取得競爭優(yōu)勢(shì)？如何布局專利？

研究技術(shù)挖掘的先驅(qū)是美國佐治亞理工大學(xué)Porter教授領(lǐng)銜的技術(shù)政策與評(píng)估中心.他們研究工作的一個(gè)方面是提出技術(shù)挖掘的基本思路、方法和工具[7-9];另一方面就是開展實(shí)證研究，如技術(shù)挖掘方法和工具支持新興技術(shù)創(chuàng)新路徑預(yù)測(cè)等[10-11].

技術(shù)挖掘方法較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方法的優(yōu)勢(shì)在于可依靠信息分析專家和若干技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜业暮献?，先通過數(shù)據(jù)挖掘獲得一張技術(shù)發(fā)展全景圖，再依靠領(lǐng)域?qū)＜医庾x相關(guān)數(shù)據(jù)，從而提高技術(shù)選擇的科學(xué)性和有效性，同時(shí)降低人工的工作成本.

2 基于技術(shù)挖掘的技術(shù)預(yù)測(cè)模型設(shè)計(jì)

技術(shù)預(yù)測(cè)的最終目的是對(duì)技術(shù)將來可能的發(fā)展趨勢(shì)作出估計(jì)，根據(jù)預(yù)測(cè)的范圍大小，預(yù)測(cè)的內(nèi)容也有所不同.如大規(guī)模的預(yù)測(cè)可以涉及到一個(gè)政府部門對(duì)一系列研究領(lǐng)域的預(yù)測(cè)，中等規(guī)模預(yù)測(cè)只涉及到一個(gè)技術(shù)范圍或一個(gè)產(chǎn)品系列，而小規(guī)模的技術(shù)預(yù)測(cè)只是對(duì)一個(gè)技術(shù)項(xiàng)目或一個(gè)特定產(chǎn)品中的技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè).技術(shù)挖掘是基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的定量分析方法，更適合于一個(gè)行業(yè)或特定產(chǎn)品的技術(shù)預(yù)測(cè)，故本次研究以特定產(chǎn)品為案例設(shè)計(jì)技術(shù)預(yù)測(cè)模型.

對(duì)一個(gè)產(chǎn)品而言，判斷其核心技術(shù)的技術(shù)成熟度和未來發(fā)展趨勢(shì)是技術(shù)預(yù)測(cè)的關(guān)鍵[12].若技術(shù)進(jìn)入衰退期，說明該技術(shù)陳舊，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)預(yù)測(cè)已無多大意義；若技術(shù)處于萌芽期，說明技術(shù)尚未成熟，未來有發(fā)展空間和不確定性，需要進(jìn)行技術(shù)預(yù)測(cè)；若技術(shù)處于成長或成熟階段，表示在未來一段時(shí)間內(nèi)擁有較大的發(fā)展?jié)摿?，需要?duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)并分析演化方向.

將技術(shù)挖掘運(yùn)用到技術(shù)預(yù)測(cè)過程中，可遵循1960年諾貝爾獎(jiǎng)得主Herbert Simon提出的決策制定三步法，即情報(bào)、設(shè)計(jì)(包括分析)和選擇[6].情報(bào)階段包括為挖掘作準(zhǔn)備和收集數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)和分析階段是運(yùn)用從收集到的數(shù)據(jù)中獲得的知識(shí)解決創(chuàng)新或技術(shù)管理中遇見的問題的過程；選擇階段是研究團(tuán)體通過技術(shù)挖掘創(chuàng)造的可控制的結(jié)果進(jìn)行決策和應(yīng)用的過程.

基于上述理論，本文設(shè)計(jì)了基于科技文獻(xiàn)研究的技術(shù)挖掘模型圖(見圖1)，希望通過模型的建立，解決產(chǎn)品技術(shù)預(yù)測(cè)中的以下問題：

1)該產(chǎn)品涉及的核心技術(shù)有哪些；

2)其中哪些技術(shù)有良好的發(fā)展前景；

3)該選擇哪些適合我們的技術(shù).

圖1 技術(shù)挖掘模型圖

2.1 第1階段:運(yùn)用詞頻分析法建立技術(shù)高頻詞庫

科技文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫是技術(shù)挖掘的重要數(shù)據(jù)來源，供分析的數(shù)據(jù)源可選擇期刊數(shù)據(jù)庫和專利信息數(shù)據(jù)庫，期刊文獻(xiàn)側(cè)重于基礎(chǔ)研究部分，而專利文獻(xiàn)則是基礎(chǔ)研究向應(yīng)用研究的有效擴(kuò)展，對(duì)二者綜合分析更有利于對(duì)技術(shù)發(fā)展方向作出判斷.數(shù)據(jù)源確定后，需要設(shè)計(jì)檢索策略對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索.整個(gè)檢索過程不是一蹴而就，當(dāng)檢索結(jié)果不符合預(yù)期時(shí)，需要對(duì)原有檢索策略進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)需征求專家意見，最終的檢索結(jié)果需要有覆蓋性和準(zhǔn)確性.最終檢索獲得的數(shù)據(jù)集要做好重復(fù)數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)的清理工作，以減少給下一步詞頻分析帶來的干擾.

詞頻分析是一種透過詞頻現(xiàn)象看內(nèi)容本質(zhì)的科學(xué)方法，是目前內(nèi)容分析法中最重要、也是使用最多的方法[13]，也是第一次篩選階段中較為關(guān)鍵的一環(huán).運(yùn)用詞頻分析法，可以從期刊文獻(xiàn)與專利文獻(xiàn)的標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞乃至全文中萃取出技術(shù)主題詞，這些詞被認(rèn)為是對(duì)該文獻(xiàn)研究內(nèi)容的有效歸納與總結(jié)，也是對(duì)整個(gè)技術(shù)研究領(lǐng)域中核心問題與內(nèi)在聯(lián)系的映射[14].運(yùn)用詞頻分析法可以建立技術(shù)高頻詞庫，為二次篩選做好準(zhǔn)備.

2.2 第2階段:篩選出具有發(fā)展前景的新興技術(shù)

通過第一步篩選得到的技術(shù)高頻詞庫中，由于年度跨度大，包含的技術(shù)總類也是多樣的.有些技術(shù)手段在早些年可能是熱點(diǎn)技術(shù)，但現(xiàn)在已經(jīng)陳舊；有些技術(shù)進(jìn)入成熟期，在當(dāng)前和今后一段時(shí)間內(nèi)還將是核心和熱點(diǎn)；有些技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間不長，但短時(shí)間內(nèi)關(guān)注度高，故在未來一段時(shí)間內(nèi)可能擁有較大的發(fā)展?jié)摿?為了區(qū)分出具有發(fā)展前景的新興技術(shù)，需要對(duì)技術(shù)高頻詞做二次篩選.

首先，需要對(duì)技術(shù)高頻詞進(jìn)行時(shí)間準(zhǔn)度定位，就是分別作出每個(gè)高頻詞隨著時(shí)間年限變化的頻率曲線，近期曲線上揚(yáng)幅度較大的技術(shù)應(yīng)密切關(guān)注；其次，要對(duì)技術(shù)高頻詞進(jìn)行主題聚類分析，若一個(gè)高頻詞與其他關(guān)鍵詞同時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)較多，則可能是通用或重要共性技術(shù)，值得關(guān)注；最后，經(jīng)過上面兩步驟形成的技術(shù)詞庫需征求相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业囊庖?，由專家根?jù)自身對(duì)技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)積累對(duì)技術(shù)詞庫作適當(dāng)調(diào)整和增補(bǔ)，最終形成長期、成熟期技術(shù)詞庫.

2.3 第3階段:選擇合適的新興技術(shù)

成長期、成熟期技術(shù)詞庫建立之后，需要對(duì)每個(gè)技術(shù)進(jìn)行單獨(dú)分析，針對(duì)該技術(shù)形成產(chǎn)品進(jìn)入市場的可能性，需要考慮政府政策因素、專家意見、技術(shù)區(qū)域分布、該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究機(jī)構(gòu)和研究者，以及相關(guān)產(chǎn)品專利的布局情況等，最終得出預(yù)測(cè)結(jié)論并完成技術(shù)選擇.

3 案例分析

以室內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域新興技術(shù)的預(yù)測(cè)和選擇為例.隨著大氣污染問題的日益突出，空氣質(zhì)量問題已成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的熱點(diǎn)話題之一，“甲醛”“霧霾”“PM 2.5”已成為人們口中的熱點(diǎn)詞匯，而室內(nèi)空氣凈化器也成為人們?nèi)粘１貍涞募译娭?室內(nèi)空氣凈化器針對(duì)凈化的室內(nèi)污染物主要分為三大類:顆粒物(PM 10和PM 2.5)、揮發(fā)性有機(jī)污染物和細(xì)菌病毒等微生物[15].凈化的技術(shù)隨著時(shí)間發(fā)展也在不斷革新，符合新興技術(shù)范疇，本文以室內(nèi)空氣凈化技術(shù)為例進(jìn)行新興技術(shù)的預(yù)測(cè)和選擇，為新一代空氣凈化器的研發(fā)提供參考和建議.

考慮到數(shù)據(jù)的完整性和規(guī)范性，本研究選擇湯森路透公司的SCI/SSCI期刊文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫.研究制定了以主題=("air clean*" OR "air purif*" AND "indoor")的檢索策略，共獲得SCI/SSCI文獻(xiàn)1 617篇，經(jīng)過二次清理，獲得有效文獻(xiàn)1 056篇.數(shù)據(jù)分析軟件運(yùn)用湯森路透公司的TDA軟件.

圖2為近年來關(guān)于室內(nèi)空氣進(jìn)化相關(guān)文獻(xiàn)與專利的數(shù)量走勢(shì)圖，數(shù)量呈明顯上升趨勢(shì)，說明該領(lǐng)域一直是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn).

圖2 國內(nèi)外1995—2015年間空氣凈化相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量年度分布圖

3.1 建立技術(shù)高頻詞庫

采用TDA軟件提取1 056篇文獻(xiàn)中所有的關(guān)鍵詞(keywords)，共提取到關(guān)鍵詞3 787個(gè).按照不同空氣凈化技術(shù)，選取與凈化技術(shù)相關(guān)的關(guān)鍵詞設(shè)定為有效關(guān)鍵詞，提取出高頻詞44個(gè)，建立高頻詞庫.高頻詞庫見表1.

表1 室內(nèi)空氣凈化技術(shù)高頻詞庫表

3.2 具有發(fā)展前景的新興技術(shù)分析

運(yùn)用聚類分析方法，進(jìn)行室內(nèi)空氣凈化技術(shù)解析，聚類結(jié)果見圖3.從聚類結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，以歐拉值為20劃分，可將現(xiàn)有的空氣凈化技術(shù)聚類分為7類技術(shù)，分別是：光催化氧化技術(shù)；吸附(收)技術(shù)；等離子體技術(shù)；微生物凈化技術(shù)；靜電除塵技術(shù)；通風(fēng)過濾技術(shù)和負(fù)離子技術(shù).

圖3 聚類分析結(jié)果圖

將解析出的7類空氣凈化技術(shù)回溯至文獻(xiàn)數(shù)量,分析各種技術(shù)的關(guān)注度，結(jié)果見圖4.光催化氧化技術(shù)是7類空氣凈化技術(shù)中最受關(guān)注的空氣凈化技術(shù)，在1 056篇文獻(xiàn)中，有863篇文獻(xiàn)屬于光催化氧化技術(shù)范疇，占比達(dá)到82%;其次是空氣凈化技術(shù)，依次為：等離子體技術(shù)(6%)、吸附(收)技術(shù)(6%)、過濾技術(shù)(5%)、離子化技術(shù)(<1%)、靜電除塵技術(shù)(<1%)和微生物技術(shù)(<1%).

圖4 技術(shù)關(guān)注度圖

對(duì)詞庫中每個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行時(shí)間準(zhǔn)度定位，繪制每個(gè)詞隨著時(shí)間年限變化的詞頻變化圖譜，分析每個(gè)詞的演變趨勢(shì)，結(jié)果見圖5.從圖5可以發(fā)現(xiàn)，“TIO2”“OXIDATION”和“HETEROGENEOUS PHOTOCATALYSIS”這3個(gè)詞，在過去的20年里，詞頻始終出現(xiàn)并且呈顯著增加的態(tài)勢(shì)，它們都隸屬于光催化氧化技術(shù)，這與光催化氧化技術(shù)是最受關(guān)注的技術(shù)結(jié)論相一致.“AMBIENT-TEMPERATURE”“HYDROTHERMAL SYNTHESIS”和“NANOSHEETS”是近5年來才出現(xiàn)的新詞，且詞頻穩(wěn)步增長.這3個(gè)詞也都隸屬于光催化氧化技術(shù)，它們代表了光催化氧化技術(shù)的研究方向.

圖5 高頻詞庫詞頻隨年度變化圖譜

3.3 新興技術(shù)選擇

綜合以上分析結(jié)果，推斷出光催化氧化技術(shù)是最具發(fā)展前景的室內(nèi)空氣凈化技術(shù).

4 結(jié) 語

技術(shù)挖掘是一種從科技數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息中揭示出隱含的、先前未知的、并有潛在價(jià)值的信息決策方法，它能幫助決策者調(diào)整策略、減少風(fēng)險(xiǎn)、制定正確決策.本文建立了一套基于科技文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的技術(shù)識(shí)別與技術(shù)預(yù)測(cè)方法.通過文獻(xiàn)檢索、詞頻分析、聚類技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)新技術(shù)或者技術(shù)方向，評(píng)估技術(shù)發(fā)展前景.文中以室內(nèi)空氣凈化技術(shù)為研究案例，進(jìn)行了室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的識(shí)別與評(píng)價(jià)，最終確定出光催化氧化技術(shù)是最具應(yīng)用前景的室內(nèi)空氣凈化技術(shù).

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