基于专利信息分析的生物侦检技术发展研究
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摘要
生物侦检技术通常是指对大气环境、水体、土壤、物体表面以及人畜样本等各种类型介质中可能含有的病原微生物进行监测、采样和甄别的一系列方法。生物侦检技术涉及领域多、涵盖范围广、学科交叉特色明显，涉及物理、化学、生物、电子、医学、机械等多个学科，如何快速、准确地检测出可疑病原微生物是当前生物侦检领域的关键环节。
而专利信息是一种重要的战略性情报资源，它涵盖了人类生活的各个领域。当前全世界约有5000万件专利，并且以每年100万件的速度增长。专利信息所承载的科技信息一般情况下会早于其他科技信息5~6年，并且专利信息所记载的70%~90%的发明创造从未在除专利以外的其他刊物上发表过。研究表明，充分利用专利信息可缩短60%的科研周期和节约40%的研发经费。在科研活动中，如果能充分利用好专利信息，则对于节约研发成本、提升科研创新能力具有非常重要的作用。
有鉴于此，本课题选择生物侦检技术作为研究对象，采用定性与定量相结合的方法，利用专利信息所包含的科研价值，建立生物侦检技术专利专题数据库，开发生物侦检技术专利分析系统，对生物侦检技术中涉及的关键技术进行分析研究，并提出了今后的发展思路，课题主要研究内容分四个部分，具体如下：
第一部分，生物侦检相关技术体系论证分析。在对生物侦检技术影响因素进行分析的基础上，将生物侦检技术按监测、采样、样本制备和检测4个环节进行划分；由于针对生物气溶胶的侦检技术基本上涵盖了生物侦检工作监测、采样、样本制备和检测4个环节，因此，课题着重围绕生物气溶胶进行其相关技术分析；通过文献检索和调研，拟定了每个环节所涉及的相关技术，并在2轮专家咨询的基础上确定了生物侦检相关技术体系，为专利信息检索策略的制定和信息的采集奠定了基础。
第二部分，专利分析系统所需数据的采集。数据的完整性直接影响分析结果的可信性和权威性，因此专利数据采集环节非常重要。首先，课题阐述了专利数据采集的步骤：先明确技术主题、技术范围，然后选择数据源、编写检索表达式，最后通过检索式检索专利并导出。在此基础上课题明确了生物侦检技术主题相关内容，即从监测、采样、样本制备和检测4环节分别进行专利数据的采集；其次确定了技术范围，除对每个环节本身所包含的技术进行搜集外，并对其上、下游技术进行分析；在数据源的选择上通过调研和咨询，结合国内当前专利专题数据库建设情况，以及获得数据的便利情况，课题选择七国两组织的专利数据作为数据检索源；最后编写专利数据检索式并导入数据库检索源，共检索到专利45892件，其中国内专利7836件，国外专利38146件。
第三部分，生物侦检技术专利分析系统的设计与实现。运用算法和程序，深层次挖掘专利信息所包含的科研价值，为制定生物侦检技术发展规划提供参考依据。首先，针对系统的使用对象和要达到的功能效果进行了需求分析。明确了系统数据管理、专利数据检索和专利信息分析等模块的功能；其次，选择系统开发环境和开发工具。根据用户界面操作性、数据处理功能、产品兼容等因素，课题选择Microsoft Visual Studio2008作为系统开发环境，C#作为开发语言；第三，进行数据库结构设计。建立了用户信息表、专利国别表、IPC分类表、专利发明人、专利权人表、专利信息表和查询日志表等13个数据表，并对各个表中数据的字段名称和数据类型进行了规定；第四，系统功能实现。对系统登录界面、主界面、信息操作界面和数据录入界面进行了设计和实现，重点对专利数据检索和专利数据分析功能进行了开发和实现，专利检索采用自由组合的查询方式，可进行任何字段的逻辑关系组合，保证数据的查全率和查准率；专利数据分析模块实现了专利申请量趋势分析、专利国别分析、专利权人分析、专利权人趋势分析、IPC分析、IPC趋势分析等，并能生成二维和三维专利地图，对于分析生成的图表，可进行颜色和形状的选择。对系统功能进行的调试和测试表明，该系统达到了对专利数据处理的目的和要求。
第四部分，生物侦检技术发展研究。在上述工作的基础上，同时辅助引证分析、功效矩阵以及文献参考等其他分析方法对监测和检测2个环节进行了专利分析。对监测环节的专利数据分析表明，相关技术处于增长阶段，美国在该领域处于绝对领先地位，而激光远程遥控探测技术、传感网络监测是目前技术的热点区域，激光技术和传感器技术是关键；对检测环节的专利数据分析表明，免疫层析检测技术、实时荧光定量PCR检测技术、飞行时间质谱技术、微流控检测技术、芯片检测技术等是侦检技术当前的主流方向，重点发展多战剂-联合战剂检测技术、传感网络监测-检测技术、车/船载机动检测平台、便携式点源检测技术、生物芯片检测技术以及相关分析支持软件。最后，根据分析结果，提出我国生物侦检技术发展的几点思考，一是加大科研项目投入和经费投入；二是提高技术的孵化率，支持有实力的实体发展技术；三是强强联合，建立技术联盟保护技术的同时共享技术。
课题创新点主要体现在以下三个方面，一是系统研究了生物侦检相关技术，并对生物侦检技术体系进行了论证；二是通过采集海量专利数据，构建了生物侦检技术专利专题数据库；三是在构建了专利数据库的基础上开发了生物侦检技术专利分析系统，运用分析系统，并辅助专利引证分析和技术生命周期等其他方法对生物侦检技术进行了发展战略研究。
Biological Warfare Agent Detection and Identification(BWADI)，usually used formonitoring, sampling and screening pathogenic microorganisms contained in theatmosphere, water, soil, object surface, human or animal and other media, involves inphysics, chemistry, biology, electronics, medicine, machinery, etc. Thus, quick andaccurate detection and identification of suspicious biological material is a key to the fieldof BWADI.
Patent information is an important strategic intelligence resource which covers allfields of human life. Currently, there are around50million patents all over the world, andgrowth rate of which is1million per year. Scientific and technical information hosted bypatent is usually5to6years earlier than that of other. Furthermore, in addition to patent,about70%to90%of the inventions have never been published in other publications.Studies have shown that, in research activities, with patent information used well, it canreduce by60%of the research cycle and save up to40%of R&D expenditures.
In view of this, taking advantage of patent information, the subject chose BWADI asthe research object, built thematic patent databases, developed patent analysis system, andanalyzed the key technologies involved in BWADI technology, and then, proposed futuredevelopment idea. The main topic of the study is divided into four parts, as follows:
In the first part, BWADI-relative technology demonstration was studied. On the basisof analyzing the influence factors of BWADI technology, the article divided the technologyinto four links: monitoring, sampling, sample preparation and identification. Throughliterature search and research, the subject developed related technologies involved in everyaspect of BWADI technology. After two rounds of expert advice, BWADI-relativetechnology system was established to lay the foundation for the formulation of a strategyof patent information retrieval and information collection.
In the second part, the data required by the patent analysis system was collected.Patent data acquisition links are very important which affect the credibility of the resultsand authoritative. So, firstly, the steps of patent data acquisition were described. That is,after the technical topics, scope, data source and the search expression determined, thepatent retrieving and exporting were realized. Then, the subject collected patent data fromthe four links. Secondly, the scope of technology was determined. In addition to collectingevery aspect of the contained technology, its downstream and upstream technologies werealso analyzed. The subject selected seven countries and two organizations of patent data as the data source and retrieved45892patents, including7836domestic patents and38146foreign patents.
In the third part, the BWADI technology patent analysis system was designed andimplemented. The purpose of developing patent analysis system is using algorithms andprocedures, mining the value of patent information contained deeply, and providing areference for the BWADI technology development plan. Firstly, in connection with userand functional outcomes, the system function was determined as data management, patentdata retrieval and patent information analysis. Secondly, the development environment andtools were selected. The subject selected the Microsoft Visual Studio2008as the systemdevelopment environment, and C#as the development language. Thirdly, the databasestructure was designed.13relative tables, such as user information, IPC classification, etc,and their features were determined. The fourth, the system functions were realized. Thepatent search modules used the free combination of the query which can carry anycombination of the logical relationship field to ensure data recall and precision. The patentdata analysis modules achieved patent application trend analysis, country analysis, thepatentee analysis, the patentee trend analysis, IPC analysis, IPC trend analysis, etc, and cangenerate2D and3D patent map which can choose colors and shapes. System functionstesting and debugging showed that it achieves the purpose and requirements for patent dataprocessing.
In the forth part, BWADI technology development strategy was processed. On thebasis of the work above, and with citation analysis, functional matrix as well asbibliographic references, the subject analyzed patents of monitoring and identification.Biological monitoring patent data analysis showed related technologies were now in thegrowth stage, and The US was in a leading position in the field. The hot spot areas oftechnology are Laser remote control detection technology and sensor network monitoring.Biological identification patent data analysis showed that, the current mainstream directionof the technology were immunochromatographic, real-time quantitative PCR, time of flightmass spectrometry, microfluidics and microarray, with the technologies for multi-agent andjoint agent identification, sensor network monitoring-identification, portable pointdetection source detection, biochip as well as relative analysis software should beattactched more attention. Finally, according to the results of the analysis, the subject putforward some suggestions on China's bio-detection technology development. Firstly,increasing the investment for scientific research and development. Secondly, increasing thehatching rate of technology and supporting the strength of the entity. Thirdly, establishing the Technology Alliance which can protect and share technology.
The innovation of the subject is reflected in the following three aspects: The first, theBWADI technologies were analyzed and the BWADI system was demonstrated; the second,massive patent data were collected and BWADI thematic patent database were built; thethird, on the basis of the thematic patent database, the BWADI patent analysis system wasdeveloped, and the BWADI technology development strategy was studied.
而专利信息是一种重要的战略性情报资源，它涵盖了人类生活的各个领域。当前全世界约有5000万件专利，并且以每年100万件的速度增长。专利信息所承载的科技信息一般情况下会早于其他科技信息5~6年，并且专利信息所记载的70%~90%的发明创造从未在除专利以外的其他刊物上发表过。研究表明，充分利用专利信息可缩短60%的科研周期和节约40%的研发经费。在科研活动中，如果能充分利用好专利信息，则对于节约研发成本、提升科研创新能力具有非常重要的作用。
有鉴于此，本课题选择生物侦检技术作为研究对象，采用定性与定量相结合的方法，利用专利信息所包含的科研价值，建立生物侦检技术专利专题数据库，开发生物侦检技术专利分析系统，对生物侦检技术中涉及的关键技术进行分析研究，并提出了今后的发展思路，课题主要研究内容分四个部分，具体如下：
第一部分，生物侦检相关技术体系论证分析。在对生物侦检技术影响因素进行分析的基础上，将生物侦检技术按监测、采样、样本制备和检测4个环节进行划分；由于针对生物气溶胶的侦检技术基本上涵盖了生物侦检工作监测、采样、样本制备和检测4个环节，因此，课题着重围绕生物气溶胶进行其相关技术分析；通过文献检索和调研，拟定了每个环节所涉及的相关技术，并在2轮专家咨询的基础上确定了生物侦检相关技术体系，为专利信息检索策略的制定和信息的采集奠定了基础。
第二部分，专利分析系统所需数据的采集。数据的完整性直接影响分析结果的可信性和权威性，因此专利数据采集环节非常重要。首先，课题阐述了专利数据采集的步骤：先明确技术主题、技术范围，然后选择数据源、编写检索表达式，最后通过检索式检索专利并导出。在此基础上课题明确了生物侦检技术主题相关内容，即从监测、采样、样本制备和检测4环节分别进行专利数据的采集；其次确定了技术范围，除对每个环节本身所包含的技术进行搜集外，并对其上、下游技术进行分析；在数据源的选择上通过调研和咨询，结合国内当前专利专题数据库建设情况，以及获得数据的便利情况，课题选择七国两组织的专利数据作为数据检索源；最后编写专利数据检索式并导入数据库检索源，共检索到专利45892件，其中国内专利7836件，国外专利38146件。
第三部分，生物侦检技术专利分析系统的设计与实现。运用算法和程序，深层次挖掘专利信息所包含的科研价值，为制定生物侦检技术发展规划提供参考依据。首先，针对系统的使用对象和要达到的功能效果进行了需求分析。明确了系统数据管理、专利数据检索和专利信息分析等模块的功能；其次，选择系统开发环境和开发工具。根据用户界面操作性、数据处理功能、产品兼容等因素，课题选择Microsoft Visual Studio2008作为系统开发环境，C#作为开发语言；第三，进行数据库结构设计。建立了用户信息表、专利国别表、IPC分类表、专利发明人、专利权人表、专利信息表和查询日志表等13个数据表，并对各个表中数据的字段名称和数据类型进行了规定；第四，系统功能实现。对系统登录界面、主界面、信息操作界面和数据录入界面进行了设计和实现，重点对专利数据检索和专利数据分析功能进行了开发和实现，专利检索采用自由组合的查询方式，可进行任何字段的逻辑关系组合，保证数据的查全率和查准率；专利数据分析模块实现了专利申请量趋势分析、专利国别分析、专利权人分析、专利权人趋势分析、IPC分析、IPC趋势分析等，并能生成二维和三维专利地图，对于分析生成的图表，可进行颜色和形状的选择。对系统功能进行的调试和测试表明，该系统达到了对专利数据处理的目的和要求。
第四部分，生物侦检技术发展研究。在上述工作的基础上，同时辅助引证分析、功效矩阵以及文献参考等其他分析方法对监测和检测2个环节进行了专利分析。对监测环节的专利数据分析表明，相关技术处于增长阶段，美国在该领域处于绝对领先地位，而激光远程遥控探测技术、传感网络监测是目前技术的热点区域，激光技术和传感器技术是关键；对检测环节的专利数据分析表明，免疫层析检测技术、实时荧光定量PCR检测技术、飞行时间质谱技术、微流控检测技术、芯片检测技术等是侦检技术当前的主流方向，重点发展多战剂-联合战剂检测技术、传感网络监测-检测技术、车/船载机动检测平台、便携式点源检测技术、生物芯片检测技术以及相关分析支持软件。最后，根据分析结果，提出我国生物侦检技术发展的几点思考，一是加大科研项目投入和经费投入；二是提高技术的孵化率，支持有实力的实体发展技术；三是强强联合，建立技术联盟保护技术的同时共享技术。
课题创新点主要体现在以下三个方面，一是系统研究了生物侦检相关技术，并对生物侦检技术体系进行了论证；二是通过采集海量专利数据，构建了生物侦检技术专利专题数据库；三是在构建了专利数据库的基础上开发了生物侦检技术专利分析系统，运用分析系统，并辅助专利引证分析和技术生命周期等其他方法对生物侦检技术进行了发展战略研究。
Biological Warfare Agent Detection and Identification(BWADI)，usually used formonitoring, sampling and screening pathogenic microorganisms contained in theatmosphere, water, soil, object surface, human or animal and other media, involves inphysics, chemistry, biology, electronics, medicine, machinery, etc. Thus, quick andaccurate detection and identification of suspicious biological material is a key to the fieldof BWADI.
Patent information is an important strategic intelligence resource which covers allfields of human life. Currently, there are around50million patents all over the world, andgrowth rate of which is1million per year. Scientific and technical information hosted bypatent is usually5to6years earlier than that of other. Furthermore, in addition to patent,about70%to90%of the inventions have never been published in other publications.Studies have shown that, in research activities, with patent information used well, it canreduce by60%of the research cycle and save up to40%of R&D expenditures.
In view of this, taking advantage of patent information, the subject chose BWADI asthe research object, built thematic patent databases, developed patent analysis system, andanalyzed the key technologies involved in BWADI technology, and then, proposed futuredevelopment idea. The main topic of the study is divided into four parts, as follows:
In the first part, BWADI-relative technology demonstration was studied. On the basisof analyzing the influence factors of BWADI technology, the article divided the technologyinto four links: monitoring, sampling, sample preparation and identification. Throughliterature search and research, the subject developed related technologies involved in everyaspect of BWADI technology. After two rounds of expert advice, BWADI-relativetechnology system was established to lay the foundation for the formulation of a strategyof patent information retrieval and information collection.
In the second part, the data required by the patent analysis system was collected.Patent data acquisition links are very important which affect the credibility of the resultsand authoritative. So, firstly, the steps of patent data acquisition were described. That is,after the technical topics, scope, data source and the search expression determined, thepatent retrieving and exporting were realized. Then, the subject collected patent data fromthe four links. Secondly, the scope of technology was determined. In addition to collectingevery aspect of the contained technology, its downstream and upstream technologies werealso analyzed. The subject selected seven countries and two organizations of patent data as the data source and retrieved45892patents, including7836domestic patents and38146foreign patents.
In the third part, the BWADI technology patent analysis system was designed andimplemented. The purpose of developing patent analysis system is using algorithms andprocedures, mining the value of patent information contained deeply, and providing areference for the BWADI technology development plan. Firstly, in connection with userand functional outcomes, the system function was determined as data management, patentdata retrieval and patent information analysis. Secondly, the development environment andtools were selected. The subject selected the Microsoft Visual Studio2008as the systemdevelopment environment, and C#as the development language. Thirdly, the databasestructure was designed.13relative tables, such as user information, IPC classification, etc,and their features were determined. The fourth, the system functions were realized. Thepatent search modules used the free combination of the query which can carry anycombination of the logical relationship field to ensure data recall and precision. The patentdata analysis modules achieved patent application trend analysis, country analysis, thepatentee analysis, the patentee trend analysis, IPC analysis, IPC trend analysis, etc, and cangenerate2D and3D patent map which can choose colors and shapes. System functionstesting and debugging showed that it achieves the purpose and requirements for patent dataprocessing.
In the forth part, BWADI technology development strategy was processed. On thebasis of the work above, and with citation analysis, functional matrix as well asbibliographic references, the subject analyzed patents of monitoring and identification.Biological monitoring patent data analysis showed related technologies were now in thegrowth stage, and The US was in a leading position in the field. The hot spot areas oftechnology are Laser remote control detection technology and sensor network monitoring.Biological identification patent data analysis showed that, the current mainstream directionof the technology were immunochromatographic, real-time quantitative PCR, time of flightmass spectrometry, microfluidics and microarray, with the technologies for multi-agent andjoint agent identification, sensor network monitoring-identification, portable pointdetection source detection, biochip as well as relative analysis software should beattactched more attention. Finally, according to the results of the analysis, the subject putforward some suggestions on China's bio-detection technology development. Firstly,increasing the investment for scientific research and development. Secondly, increasing thehatching rate of technology and supporting the strength of the entity. Thirdly, establishing the Technology Alliance which can protect and share technology.
The innovation of the subject is reflected in the following three aspects: The first, theBWADI technologies were analyzed and the BWADI system was demonstrated; the second,massive patent data were collected and BWADI thematic patent database were built; thethird, on the basis of the thematic patent database, the BWADI patent analysis system wasdeveloped, and the BWADI technology development strategy was studied.
引文
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