黃魯成 葛 豪

(北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京100124)

人口老齡化問題已成為全球性的社會(huì)問題，它對(duì)當(dāng)今大多數(shù)國(guó)家未來(lái)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響，據(jù)聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)事務(wù)部人口司統(tǒng)計(jì)，2017年，全球60 歲及以上人口達(dá)到9.62 億。 到2050年，老年人的數(shù)量預(yù)計(jì)將翻一番，達(dá)到近21 億。2017 年，全球每八個(gè)人中就有一個(gè)人的年齡在60歲以上。 到2030 年，預(yù)計(jì)老年人將占全球人口的六分之一。 到21 世紀(jì)中葉，每五個(gè)人中就有一個(gè)人的年齡在60 歲以上[1]。 隨著年齡增長(zhǎng)，人的活動(dòng)能力、體力、耐力以及敏銳度下降，老年人將面臨著諸如跌倒、突發(fā)性疾病等不可測(cè)的困境，世界衛(wèi)生組織發(fā)布報(bào)告指出，全球每年約28% ～35%的65 歲及以上老年人發(fā)生跌倒，并隨著年齡增長(zhǎng)而明顯提高[2]；據(jù)美國(guó)疾控中心統(tǒng)計(jì)，在65 歲及以上的老年人中，每年約有500 億美元用于非致命跌倒，7.54 億美元用于致命跌倒；預(yù)計(jì)到2030年，每年因跌倒死亡的老年人數(shù)量將達(dá)到10 萬(wàn)，相關(guān)成本為 1000 億美元[3，4]。 傳感器技術(shù)是監(jiān)測(cè)、預(yù)防老年人跌倒，引導(dǎo)和提高老年人行動(dòng)能力的重要技術(shù)，已經(jīng)“廣泛應(yīng)用于人類活動(dòng)識(shí)別、行為分類和人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域”[5-7]。

關(guān)于面向老年人的傳感器研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要基于加速度傳感器[8-12]、慣性傳感器[13]、Kinect體感傳感器[14]、MEMS 傳感器[15，16]以及人體紅外傳感器[17]對(duì)老年人的日常行為進(jìn)行檢測(cè)，防止老年人跌倒等異常情況對(duì)老年人的傷害，保障老年人的人身安全。 國(guó)外方面，學(xué)者將傳感器作為一種檢測(cè)裝置或技術(shù)手段，以此來(lái)監(jiān)測(cè)老年人的健康狀況和保持獨(dú)立性，例如可以通過傳感器估計(jì)老年人的步態(tài)參數(shù)[18-20]，運(yùn)用超聲傳感器對(duì)老年人進(jìn)行位置檢測(cè)，以使老年人跌倒之后可以得到及時(shí)救助[21]，還可以利用傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行日?；顒?dòng)行為監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)老年人的行為和檢測(cè)生命體征[22]。

但目前尚未見到從全景分析傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)的研究成果。 鑒于此，本文將從五個(gè)方面來(lái)展示涉老傳感器技術(shù)景觀:技術(shù)成長(zhǎng)性與空間分布，包括技術(shù)的時(shí)間演化與地域分布；主要專利權(quán)人與科技文獻(xiàn)主要作者單位分布；核心專利分布，包括核心專利區(qū)域識(shí)別與核心專利國(guó)家識(shí)別；技術(shù)焦點(diǎn)分析，包括技術(shù)熱點(diǎn)與研究前沿；競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究從德溫特專利數(shù)據(jù)庫(kù)中收集專利數(shù)據(jù)，從Web of Science 核心合集(SCI-EXPANDED，SSCI)中收集文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，檢索日期為2019 年7 月18 日，專利和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)使用相同的檢索策略獲取，檢索式:TS=(((aged OR ag＄ing OR elder OR older OR senile OR senility OR senior) NEAR/0(people OR human＄ OR adult＄ OR person＄ OR citizen＄ OR individual＄ OR men OR women OR male＄OR female＄ OR population＄ OR patient＄ OR societ*) OR ag＄ing NEAR/0 health＄ OR ag＄inghealthcare OR ag＄ing-care OR "aged care" OR "old age" OR ag＄ing-friendly OR "silver economy"OR "active ag＄ing" OR late＄-life OR geriatric*OR geronto*OR elderly ) AND (sensor OR "sensing element") )。 為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工篩選，剔除不相關(guān)的數(shù)據(jù)，本文最初提取到文獻(xiàn)數(shù)據(jù)2447 篇，專利4257 件，其中部分涉及到傳感器而沒有關(guān)注老年人、研究藥物或運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)植物的影響、涉及老年人但沒有結(jié)合傳感器的應(yīng)用等內(nèi)容，另有不相關(guān)的文獻(xiàn)或?qū)＠?，諸如評(píng)估遠(yuǎn)程數(shù)字護(hù)理項(xiàng)目對(duì)慢性膝關(guān)節(jié)疼痛的療效、基于計(jì)算智能輔助設(shè)計(jì)框架的氣體流線砂體實(shí)時(shí)定量監(jiān)測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)等，最終得到了專利(族)4190件，文獻(xiàn)2254 篇。

1.2 研究方法

本文運(yùn)用技術(shù)景觀分析法，本通過五個(gè)方面來(lái)展開，主要使用了科學(xué)計(jì)量分析、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)以及基于新穎度和關(guān)注度的戰(zhàn)略坐標(biāo)構(gòu)建的方法，對(duì)于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，本研究通過度數(shù)中心性(degree centrality)來(lái)測(cè)量合作關(guān)系，采用度數(shù)中心性測(cè)度，因?yàn)樗菬o(wú)向關(guān)系中最常見的中心性測(cè)度[23]。

2 傳感器技術(shù)成長(zhǎng)性與空間分布

2.1 技術(shù)成長(zhǎng)性分析

技術(shù)成長(zhǎng)分析確定技術(shù)所處的發(fā)展階段，有助于我們對(duì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的宏觀了解。

根據(jù)涉老傳感器領(lǐng)域的專利和文獻(xiàn)數(shù)量隨年份的變化趨勢(shì)來(lái)描述技術(shù)的時(shí)間分布，由圖1 我們可以看出在1971 年首次出現(xiàn)涉老傳感器領(lǐng)域的專利申請(qǐng)活動(dòng)，最早的文獻(xiàn)發(fā)表于1985 年，1994 年之前，專利和文獻(xiàn)數(shù)量都較少，說(shuō)明關(guān)于老年人的傳感器領(lǐng)域研究還比較少并且世界各國(guó)對(duì)其重視程度不夠；1994—2010 年專利申請(qǐng)量從32 件開始穩(wěn)定增長(zhǎng)，文獻(xiàn)發(fā)表量在這一時(shí)期也有小幅增長(zhǎng)；2010 年之后每年的專利申請(qǐng)量突破200 件，而文獻(xiàn)發(fā)表量突破100 篇，這說(shuō)明在全球范圍內(nèi)人們逐漸關(guān)注涉老傳感器領(lǐng)域的研究。

圖1 面向老年人的傳感器技術(shù)時(shí)間發(fā)展趨勢(shì)Fig.1 Time Trends of Sensor Technology for the Elderly

總體上，可以將涉老傳感器技術(shù)的發(fā)展過程分為三個(gè)階段:1994 年之前為起步期，1994—2010 年為探索期，2010 年之后為發(fā)展期，值得注意的是，整體上每年的科技文獻(xiàn)數(shù)量小于專利數(shù)量且均在增長(zhǎng)，這表明該技術(shù)的科學(xué)問題已經(jīng)基本解決，有利于工程技術(shù)問題的快速解決，主導(dǎo)技術(shù)趨于穩(wěn)定[24]。 隨著全球老齡化的不斷深入，面向老年人的傳感器領(lǐng)域?qū)?huì)成為全球研究與關(guān)注的熱點(diǎn)。

2.2 技術(shù)空間分布

技術(shù)空間分布是指?jìng)鞲衅骷夹g(shù)專利和科技文獻(xiàn)主要來(lái)自哪些國(guó)家或地區(qū)。 表1 列出了優(yōu)先專利申請(qǐng)與文獻(xiàn)的空間分布情況，由于專利可以在多個(gè)國(guó)家提交申請(qǐng)，為避免重復(fù)計(jì)算，本文以優(yōu)先國(guó)家專利權(quán)數(shù)量為統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[25]，我們根據(jù)申請(qǐng)專利數(shù)量排名前五的國(guó)家或地區(qū)得到表1(如無(wú)特殊說(shuō)明，本文后續(xù)部分中所涉及的國(guó)家或地區(qū)均為最早優(yōu)先權(quán)國(guó)家或地區(qū))，為了更好地進(jìn)行對(duì)比分析，我們使用同樣的國(guó)家排名統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量(表1)。

由表1可以看出，排名前五的國(guó)家占到了專利申請(qǐng)的89%，其中日本與中國(guó)在專利申請(qǐng)中分別占到了32%與31%，日本從70 年代初便步入了老齡化社會(huì)，日本已成為世界上老齡化趨勢(shì)最快的國(guó)家，日本的專利數(shù)量最多也反映了這一點(diǎn)；但是日本在2000—2004 年這一時(shí)間階段之后的專利申請(qǐng)數(shù)量在減少，我們可以認(rèn)為日本已掌握了傳感器領(lǐng)域的核心技術(shù)，盡管近兩年的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)不完整，我們也不認(rèn)為它會(huì)大幅度增長(zhǎng)超過前一時(shí)期。 與此形成對(duì)比的是中國(guó)在2000年之后的專利申請(qǐng)數(shù)量不斷增長(zhǎng)，尤其是最近其增長(zhǎng)勢(shì)頭很強(qiáng)勁，韓國(guó)也有類似的情況。 排名前五的非亞洲國(guó)家為美國(guó)和德國(guó)。

表1 專利申請(qǐng)與文獻(xiàn)發(fā)表的空間分布Tab.1 Spatial Distribution of Patent Applications and Scientific Publications

文獻(xiàn)發(fā)表的地域分布為我們揭示了一幅不同的圖景。 我們通過表1 可以看到在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)發(fā)表量方面，美國(guó)與德國(guó)表現(xiàn)很活躍，美國(guó)占到了全球總發(fā)表論文的36%，與專利申請(qǐng)活動(dòng)的表現(xiàn)相比，日本在文獻(xiàn)發(fā)表方面并不顯著，韓國(guó)最早申請(qǐng)的專利在1991 年，文獻(xiàn)在這之后八年即1999 年發(fā)表，整體上韓國(guó)在這方面還落后于其他四個(gè)國(guó)家，五個(gè)國(guó)家的文獻(xiàn)發(fā)表量占到了總量的66%，因此，到目前為止五個(gè)國(guó)家在文獻(xiàn)發(fā)表領(lǐng)域的主導(dǎo)地位還不如專利活動(dòng)，我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論:在涉老的傳感器領(lǐng)域，以中日為代表的亞洲國(guó)家傾向于專利申請(qǐng)活動(dòng)，而歐美國(guó)家更傾向于學(xué)術(shù)研究。

3 主要專利權(quán)人與科技文獻(xiàn)作者機(jī)構(gòu)分布

3.1 主要專利權(quán)人分布

如表2 所示，由于專利權(quán)人可以是個(gè)人，企業(yè)或是科研機(jī)構(gòu)，為了能夠與作者單位形成對(duì)比，我們?cè)谶@里只考慮企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)，又由于國(guó)外公司的子公司較多且常常寫法不一，因此往往使用專利權(quán)人代碼檢索結(jié)果優(yōu)于專利權(quán)人名稱[26]。專利權(quán)人代碼分為標(biāo)準(zhǔn)代碼與非標(biāo)準(zhǔn)代碼，而非標(biāo)準(zhǔn)代碼并不是獨(dú)一無(wú)二的，不相關(guān)的兩個(gè)公司其公司代碼相同的情況也大量存在[27]，因此我們?cè)谶@里只考慮標(biāo)準(zhǔn)代碼，綜合上述情況我們得到了專利權(quán)人排名(表2)。

在專利權(quán)人排名方面可以看出日本企業(yè)在專利申請(qǐng)活動(dòng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，除了荷蘭的飛利浦電子公司和韓國(guó)的三星電子有限公司之外，其余全為日本大型電子電器企業(yè)。 松下電器目前擁有最多的專利數(shù)，該企業(yè)自1994 年開始有相關(guān)專利的申請(qǐng)授權(quán)，主要涉及利用安裝在室內(nèi)安全系統(tǒng)中的傳感器，監(jiān)測(cè)老年人異常的生活方式，及時(shí)通知有關(guān)老年人的健康狀況或緊急情況；用于醫(yī)院或診所中老年患者行為監(jiān)測(cè)的護(hù)理設(shè)備或康復(fù)設(shè)備的測(cè)定裝置等。

表2 總體專利排名前十的專利權(quán)人Tab.2 The Top Ten Patentees in Terms of Overall Patents

表3 總體文獻(xiàn)排名前十的作者單位Tab.3 Author Affiliations for Overall Publication Activities

3.2 科技文獻(xiàn)主要作者機(jī)構(gòu)分布

作者單位排名方面，通過表3，排名前十的機(jī)構(gòu)除了羅伯特·博世公司之外，其余全為高等院校，其中有三所美國(guó)大學(xué)，兩所荷蘭大學(xué)和德國(guó)大學(xué)，瑞士、意大利以及以色列各有一所，作者單位所屬國(guó)以歐美國(guó)家為主。 整體上來(lái)說(shuō)，專利申請(qǐng)活動(dòng)主要由私人公司主導(dǎo)，而高等院校主要在科學(xué)期刊上出版刊物，排名前十的作者單位發(fā)表的文獻(xiàn)占到了總量的15%，在排名前十的專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)和作者單位中，沒有同一個(gè)組織出現(xiàn)在這兩個(gè)列表中。

通過觀察我們還發(fā)現(xiàn)雖然中國(guó)擁有較多的專利申請(qǐng)量，但是排名前十的專利權(quán)人中并沒有中國(guó)的企業(yè)或科研院所。 進(jìn)一步分析中國(guó)的專利權(quán)人成分和各專利權(quán)人成分擁有的專利申請(qǐng)量(圖2、3)，可以看到中國(guó)的專利權(quán)人以“個(gè)人”為主，“非標(biāo)準(zhǔn)”專利權(quán)人的專利申請(qǐng)量最多。 表4 表明在“標(biāo)準(zhǔn)公司”中，浙江工業(yè)大學(xué)擁有最高僅為9 的專利申請(qǐng)量，并且排名靠前的都為高等院校而沒有企業(yè)，這說(shuō)明中國(guó)在涉老傳感器領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱，研究較為分散，盲目追求數(shù)量，沒有真正扎實(shí)、持之以恒的做深入研究。

表4 排名靠前的“標(biāo)準(zhǔn)公司”專利申請(qǐng)量(中國(guó))1)Tab.4 High Ranked " Standard Company" Patent Applications (China)1)

4 核心專利分布

圖2 專利權(quán)人成分(中國(guó))Fig.2 Composition of Patentee (China)

圖3 各專利權(quán)人成分的專利申請(qǐng)量(中國(guó))Fig.3 Number of Patent Applications by Patentee Component (China)

為分析傳感器技術(shù)核心專利的國(guó)家分布，首先要確立核心專利區(qū)域，即哪個(gè)區(qū)域中的專利屬于核心專利；其次，在專利核心區(qū)域內(nèi)，識(shí)別出每個(gè)專利所屬國(guó)家，最后加總每個(gè)國(guó)家在“專利核心區(qū)域”內(nèi)擁有的專利數(shù)量，由此得到各個(gè)國(guó)家的核心專利實(shí)力。

4.1 關(guān)于核心專利的識(shí)別

核心專利識(shí)別是專利分析的重要內(nèi)容之一，本部分將布拉德福定律用于專利文獻(xiàn)來(lái)識(shí)別核心專利。

筆者首先經(jīng)過統(tǒng)計(jì)篩選發(fā)現(xiàn)4190 個(gè)專利文獻(xiàn)中共涉及2814 個(gè)國(guó)際專利分類號(hào)；其次將IPC依據(jù)出現(xiàn)頻次降序排列；最后將專利文獻(xiàn)依照IPC 號(hào)對(duì)應(yīng)的專利數(shù)量分為三個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中專利數(shù)量大致相同，結(jié)果見表5。 其中專利核心區(qū)域分類號(hào)為 A61B-005/00、G08B-021/04、A61B-005/11、G08B-025/04，擁有專利數(shù)量 1347件；專利相關(guān)區(qū)域分類號(hào)為G08B-021/02、G08B-025/10、A61B-005/0205 等 60 個(gè)，擁有專利數(shù)量1451 件；專利離散區(qū)域分類號(hào)為 G08B-021/18、A43B-003/00、A45B-003/04 等 2750 個(gè)，擁有專利數(shù)量1392 件。

表5 布拉德福分類表Tab.5 Bradford Classification Table

4.2 核心專利國(guó)家分布

本文通過布拉德福定律統(tǒng)計(jì)出核心區(qū)域?qū)＠麛?shù)，并在核心區(qū)域?qū)＠A(chǔ)上依據(jù)普賴斯計(jì)算公式分別以被引頻次和同族專利數(shù)來(lái)界定高被引專利和高價(jià)值專利[28]，本文將高被引專利與高價(jià)值專利認(rèn)定為核心專利，其中Nmax為核心區(qū)域?qū)＠斜灰l次或同族專利數(shù)的最大值，M 為閾值。 本研究的核心區(qū)域?qū)＠斜灰l次最高專利為356 次，當(dāng)Nmax=356 時(shí)，M =14.1321；本研究中核心區(qū)域?qū)＠淖罡咄鍖＠麛?shù)為 21，當(dāng) Nmax=21 時(shí)，M =3.4324；即本文將核心區(qū)域?qū)＠斜灰l次超過14 次或同族專利數(shù)超過3 次的專利定義為核心專利，于是分別得到圖4、5 核心專利全球分布。

圖4 核心專利分布(被引頻次)Fig.4 Distribution of Core Patents (Cited Frequency)

圖5 核心專利分布(同族專利數(shù))Fig.5 Distribution of Core Patents (Number of Patents of the Same Group)

我們可以看出以專利被引頻次識(shí)別的核心專利中，日本占到近六成，被引頻次可以客觀地說(shuō)明專利的研究結(jié)果被使用和受重視的程度，這一定程度上反映了日本在涉老傳感器領(lǐng)域的影響力水平；而以同族專利數(shù)識(shí)別出的核心專利分布中，美國(guó)所占比重最大，其次是日本，如果一項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了大量同族專利，可以從側(cè)面反映出這項(xiàng)技術(shù)的重要性或經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這表明相較于日本，美國(guó)在涉老傳感器領(lǐng)域擁有潛在的技術(shù)市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)勢(shì)力范圍；中國(guó)專利無(wú)論是被引頻次還是同族專利數(shù)方面均不占優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明中國(guó)在涉老傳感器領(lǐng)域的專利質(zhì)量上有待提高。

5 技術(shù)焦點(diǎn)分析

本文所指技術(shù)焦點(diǎn)包括兩個(gè)方面的含義，即技術(shù)熱點(diǎn)和研究前沿，這對(duì)于確立某領(lǐng)域創(chuàng)新重點(diǎn)、識(shí)別該領(lǐng)域的研發(fā)方向前沿具有重要意義。

5.1 技術(shù)熱點(diǎn)識(shí)別

熱點(diǎn)領(lǐng)域是指在某一段時(shí)間內(nèi)，有內(nèi)在聯(lián)系的、投入研究資源較多的領(lǐng)域[29]。 而IPC 是目前國(guó)際通用的比較完善的專利技術(shù)分類體系。 因此本部分通過對(duì)IPC 大組進(jìn)行共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析及聚類分析來(lái)識(shí)別涉老傳感器領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)。

在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，如果一個(gè)集合中的行動(dòng)者之間具有相對(duì)較強(qiáng)、直接、緊密、經(jīng)常的或積極的關(guān)系，我們可以稱此行動(dòng)者集合為一個(gè)凝聚子群[30]，本文從子群成員與其他成員之間的關(guān)系頻次入手，基于核心區(qū)域?qū)＠?，利用k-核分析，即建立在點(diǎn)度數(shù)基礎(chǔ)上的凝聚子群來(lái)識(shí)別技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域。 如圖8 所示，其中，節(jié)點(diǎn)代表涉老傳感器技術(shù)領(lǐng)域，節(jié)點(diǎn)大小表示度中心度。

根據(jù)IPC 分類號(hào)所對(duì)應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域，本文選擇最大的前5 個(gè)凝聚子群作為5 個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)群:

熱點(diǎn)群A:即13 核子群，用于診斷目的的監(jiān)測(cè)，響應(yīng)指定的意外或異常情況的報(bào)警器，如老年人緊急呼叫設(shè)備。

熱點(diǎn)群B:即12 核子群，包括無(wú)線電定向、導(dǎo)航以及加、減速度的測(cè)量，如指示老年人行走的搜尋指示裝置；專門適用于老年患者的運(yùn)輸工具或起居設(shè)施。

熱點(diǎn)群C:即11 核子群，包括照明裝置，用于一般電光源的電路裝置，如方便老年人夜間行走的手杖；用電操作的教學(xué)用具，如供老人使用的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

熱點(diǎn)群D:即10 核子群，包括將介質(zhì)輸入人體內(nèi)或輸?shù)饺梭w上的器械，例如向老年人骨關(guān)節(jié)注射藥物的裝置；防止老年人受傷的車上裝置或配件。

熱點(diǎn)群E:即9 核子群，包括裝有操縱裝置的容器；機(jī)械動(dòng)力產(chǎn)生裝置，例如老年人活動(dòng)輔助設(shè)備。

圖6 涉老傳感器領(lǐng)域技術(shù)熱點(diǎn)識(shí)別Fig.6 Identification of Technical Hotspots in the Field of Sensors for the Elderly

筆者經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)國(guó)際專利分類號(hào)集中在A61B 與G08B 兩小類中，這與熱點(diǎn)群所涉及的技術(shù)內(nèi)容有交叉和重疊，因此綜合分析認(rèn)為面向老年人的傳感器技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域有兩個(gè)方面:一方面是以信號(hào)裝置或報(bào)警裝置為主的電學(xué)物理領(lǐng)域，如基于傳感器監(jiān)控的老年人防跌倒系統(tǒng)；另一方面是以診斷、外科或鑒定為主的醫(yī)學(xué)衛(wèi)生領(lǐng)域，如老年電動(dòng)護(hù)理椅。

5.2 研究前沿識(shí)別

關(guān)于研究前沿的概念，許多學(xué)者對(duì)此下過定義，但至今尚未統(tǒng)一，然而，縱觀研究前沿的定義，其概念內(nèi)涵一致:一是具有高度關(guān)注， “高被引”、“廣泛關(guān)注”都體現(xiàn)了這一特點(diǎn)；二是新穎性，許多定義中都出現(xiàn)了“新出現(xiàn)的”、“新興的”等詞語(yǔ)[31]，因此本文選取2016—2018 年(檢索數(shù)據(jù)截至2019 年7 月，考慮到2019 年不完整，故選2016—2018 年)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，采用關(guān)注度與新穎度來(lái)識(shí)別具有較高學(xué)術(shù)關(guān)注度的最新研究主題。

1)涉老傳感器研究前沿識(shí)別與聚類

本文借鑒卡龍等人的聚類原則[32]來(lái)進(jìn)行聚類劃分，將2016—2018 年涉老傳感器領(lǐng)域文獻(xiàn)的370 個(gè)關(guān)鍵詞聚類處理，剔除只有兩、三個(gè)聚類成員或與涉老傳感器無(wú)關(guān)的類，這類聚類不能準(zhǔn)確反映聚類所代表的研究方向和內(nèi)容，最終形成有效聚類15 個(gè)，結(jié)果如表6 所示。

表6 聚類名稱與聚類成員Tab.6 Cluster Name and Cluster Member

2)涉老傳感器研究前沿戰(zhàn)略坐標(biāo)構(gòu)建

本文得到涉老傳感器領(lǐng)域研究前沿聚類之后，利用Law 等[33]提出的戰(zhàn)略坐標(biāo)方法，以聚類的關(guān)注度指標(biāo)為橫軸，新穎度指標(biāo)為縱軸，建立戰(zhàn)略坐標(biāo)。 通過聚類在四個(gè)象限中的分布情況，來(lái)把握涉老傳感器領(lǐng)域各聚類主題的狀態(tài)。 根據(jù)新穎度和關(guān)注度的指標(biāo)含義及計(jì)算公式，得到涉老傳感器研究前沿的戰(zhàn)略坐標(biāo)如圖9 所示。 在全部聚類中，共有4 個(gè)聚類位于第一象限，3 個(gè)聚類位于第二象限，7 個(gè)聚類位于第三象限，1 個(gè)聚類位于第四象限。

3)戰(zhàn)略坐標(biāo)下的涉老傳感器研究前沿分析

由圖 9 可知:聚類 1、8、9、11 是新穎度比較高的類別，其中聚類1 是具有新穎度且具有高關(guān)注度的研究主題，因此本文對(duì)這四個(gè)代表性聚類進(jìn)行詳細(xì)解讀。

聚類1 是關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)下的智能家居的相關(guān)研究。 它是四個(gè)聚類中新穎度、關(guān)注度雙高的類別，所涉及的研究包括:Yao 等[34]介紹了一種端到端的基于web 的家庭監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，它可以方便、高效地提供護(hù)理服務(wù)，該系統(tǒng)結(jié)合了數(shù)據(jù)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化智能家居的實(shí)時(shí)多層次活動(dòng)監(jiān)控；Ha Manh Do 等[35]介紹了一種可用于老年人護(hù)理輔助技術(shù)研究的機(jī)器人集成智能家居(RiSH)的開發(fā)。 RiSH 集成了家庭服務(wù)機(jī)器人、家庭傳感器網(wǎng)絡(luò)、身體傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備、云服務(wù)器和遠(yuǎn)程護(hù)理人員。 作者還實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了RiSH 中各部件的工作情況以及對(duì)居民進(jìn)行監(jiān)控和協(xié)助的能力；Dhatchayeny 等[36]提出了一種基于EOG (electro-oculogram)信號(hào)的智能家居環(huán)境下的輔助可見光通信(VLC)，且經(jīng)過試驗(yàn)表明所提出的智能設(shè)備控制方案運(yùn)行準(zhǔn)確、可靠，特別是對(duì)長(zhǎng)者來(lái)說(shuō)，可以為其提供更環(huán)保和更安全的智能家居；Hossain 等[37]提出了一種高效節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)物理智能家居系統(tǒng)，利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的潛力來(lái)監(jiān)測(cè)老年人。

聚類8 是關(guān)于老年人跌倒監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究。 它是四個(gè)聚類中新穎度第二高的類別。該類別涉及的研究包括:Liu 等[38]開發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型跌倒檢測(cè)系統(tǒng)以提供緊急警報(bào)和服務(wù)，提高與老年人安全和健康相關(guān)的生活質(zhì)量；Min 等[39]對(duì)獨(dú)居老年人提出了一種基于Kinect傳感器和三維骨骼關(guān)節(jié)信息分析的室內(nèi)環(huán)境跌落檢測(cè)方法；Aicha 等[40]認(rèn)為人體佩戴的傳感器，如加速計(jì)，可以提供關(guān)于摔倒風(fēng)險(xiǎn)的有價(jià)值的信息，他們研究了基于可穿戴傳感器數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)模型，特別是多任務(wù)學(xué)習(xí)，并認(rèn)為其能夠有效地評(píng)估跌倒風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 戰(zhàn)略坐標(biāo)圖Fig.9 Strategic Chart

聚類11 是通過步態(tài)分析來(lái)評(píng)估老年人健康的研究。 它是四個(gè)聚類中關(guān)注度較高的類別。Panciani 等[41]展示了慣性傳感器系統(tǒng)在老年腦積水患者步態(tài)分析中的臨床應(yīng)用，他們認(rèn)為慣性傳感器系統(tǒng)是一種可靠和易于使用的老年患者步態(tài)早期檢測(cè)系統(tǒng)；Schliessmann 等[42]評(píng)估了鞋裝慣性傳感器步態(tài)治療系統(tǒng)提供的自動(dòng)實(shí)時(shí)反饋在老年人步態(tài)障礙患者中是否可行，結(jié)果表明動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、語(yǔ)言化的反饋是可行的，可以實(shí)現(xiàn)反饋步態(tài)參數(shù)的規(guī)范化；Song 等[43]為了醫(yī)療保健和臨床應(yīng)用，開發(fā)了使用慣性傳感器的動(dòng)態(tài)步態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)估計(jì)用戶步態(tài)參數(shù)，如行走速度、步幅時(shí)間和步幅長(zhǎng)度，該系統(tǒng)可用于日常生活步態(tài)分析，包括步態(tài)活動(dòng)分類和步態(tài)參數(shù)估計(jì)；Schlachetzki 等[44]開發(fā)了一種基于穿戴式傳感器的步態(tài)分析系統(tǒng)作為診斷工具，客觀地評(píng)估帕金森病患者的步態(tài)參數(shù)，并印證了其可行性和適用性達(dá)到了大規(guī)模臨床研究和個(gè)體患者護(hù)理的高技術(shù)準(zhǔn)備水平。

聚類9 是關(guān)于慢性病管理和電子醫(yī)療的研究。 該類別涉及的研究包括:Pires 等[45]介紹了一種集成的老年人電子醫(yī)療保健系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、隨地、無(wú)干擾地監(jiān)測(cè)老年人的生物醫(yī)學(xué)參數(shù)，所開發(fā)的電子系統(tǒng)處理能力強(qiáng)，可采用先進(jìn)的演算法來(lái)偵測(cè)健康問題，以確保長(zhǎng)者一整天的安全和健康；Farahani 等[46]提出基于物聯(lián)網(wǎng)的電子健康生態(tài)系統(tǒng)的整體架構(gòu)，討論物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療保健領(lǐng)域的適用性；Chung 等[47]提出了一種基于分布式對(duì)象組框架的開放平臺(tái)智能健康服務(wù)，通過自動(dòng)化技術(shù)和分布式代理優(yōu)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建了充分發(fā)揮分布式網(wǎng)絡(luò)性能的智能健康網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

6 競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析

綜合競(jìng)爭(zhēng)地位判別方法由專利組合分析和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)成，專利組合分析是由德國(guó)學(xué)者霍爾格·恩斯特(H.Ernst)教授首次提出[48]，本部分利用核心區(qū)域?qū)＠?，依?jù)專利活動(dòng)和專利質(zhì)量?jī)蓚€(gè)維度將各國(guó)綜合競(jìng)爭(zhēng)地位分為四個(gè)等級(jí)，分別為技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，潛在競(jìng)爭(zhēng)者，技術(shù)活躍者和技術(shù)落后者，并以二維矩陣圖的形式展現(xiàn)出來(lái)，專利活動(dòng)和專利質(zhì)量包含的具體指標(biāo)和測(cè)算方法如表7 所示。

表7 專利組合指標(biāo)計(jì)算方法Tab.7 Patent Portfolio Index Calculation Method

因?yàn)楦黜?xiàng)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果差異較大，為了指標(biāo)判定的準(zhǔn)確性，我們采用標(biāo)準(zhǔn)化方法，即讓每個(gè)指標(biāo)中的值與結(jié)果中最大的數(shù)值相比，將所有值轉(zhuǎn)化為[ -1，1]之間的值，這樣更容易清晰地看出競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手間的差距。 我們將相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算，再經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算結(jié)果見表8，最后繪制出圖8 所示的氣泡圖。

由圖10 可以看出，橫縱坐標(biāo)分別代表專利活動(dòng)和專利質(zhì)量，氣泡的大小代表核心專利數(shù)量，日本處在技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者象限中，無(wú)論是專利活動(dòng)還是專利質(zhì)量都處于領(lǐng)先地位，說(shuō)明日本在涉老傳感器領(lǐng)域具有較強(qiáng)的技術(shù)研發(fā)能力，是行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)者，也是其他國(guó)家應(yīng)當(dāng)效仿和學(xué)習(xí)的對(duì)象；美國(guó)與德國(guó)的專利活動(dòng)較少，但專利質(zhì)量較高，兩國(guó)的“國(guó)際范圍”指標(biāo)即同族專利平均數(shù)量遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，一項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了大量同族專利，可以從側(cè)面反映出這項(xiàng)技術(shù)的重要程度，因此兩國(guó)仍然具備競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，屬于行業(yè)內(nèi)的潛在競(jìng)爭(zhēng)者；中國(guó)的專利活動(dòng)相對(duì)比較頻繁，其“專利成長(zhǎng)率”在五國(guó)中最高也反映了這一點(diǎn)，但專利質(zhì)量不高，這決定了其技術(shù)追隨者的地位；韓國(guó)屬于技術(shù)落后者，但是它處于潛在競(jìng)爭(zhēng)者和技術(shù)活躍者的邊緣，未來(lái)有趕上中國(guó)的趨勢(shì)。

7 結(jié)論與建議

7.1 主要結(jié)論

1)目前面向老年人的傳感器技術(shù)領(lǐng)域正處于發(fā)展時(shí)期，自20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，專利和文獻(xiàn)數(shù)量都有了大幅增長(zhǎng)，這表明產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)領(lǐng)域?qū)ι胬蟼鞲衅鞯呐d趣在日益增長(zhǎng)。

2)面向老年人的傳感器技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域有兩個(gè)方面:一方面是以信號(hào)裝置或報(bào)警裝置為主的電學(xué)物理領(lǐng)域；另一方面是以診斷、外科或鑒定為主的醫(yī)學(xué)衛(wèi)生領(lǐng)域。 涉老傳感器研究前沿主要集中在智能家居、電子醫(yī)療、跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及步態(tài)分析。

3)在專利權(quán)人排名方面日本企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，而科技文獻(xiàn)的作者單位所屬國(guó)以歐美國(guó)家為主，高等院校是科學(xué)期刊上發(fā)表刊物的主力軍，中國(guó)的高校與企業(yè)均未出現(xiàn)在排名中。 雖然中國(guó)整體上擁有較多的專利申請(qǐng)，但專利權(quán)人成分以“個(gè)人”為主，研究分散，盲目追求數(shù)量；“標(biāo)準(zhǔn)公司”所占比重不高，其中排名靠前的都為高等院校而沒有企業(yè)，說(shuō)明中國(guó)在傳感器領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱，科研和生產(chǎn)脫節(jié)，影響了科研成果的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致我國(guó)傳感器產(chǎn)品綜合實(shí)力較低；“非標(biāo)準(zhǔn)”專利權(quán)人的專利申請(qǐng)量最多，表明中國(guó)傳感器領(lǐng)域的企業(yè)大多是小微企業(yè)，缺乏龍頭企業(yè)引領(lǐng)和行業(yè)帶動(dòng)，缺乏國(guó)際化品牌、市場(chǎng)影響力與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

4)在核心專利分布方面，日本擁有最多的高被引專利，說(shuō)明日本在涉老傳感器領(lǐng)域具有較高的影響力水平；美國(guó)的高價(jià)值專利數(shù)高于日本，表明美國(guó)在涉老傳感器領(lǐng)域擁有潛在的技術(shù)市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)勢(shì)力范圍。 中國(guó)在高被引專利與高價(jià)值專利方面均落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，說(shuō)明中國(guó)傳感器在某些核心制造工藝技術(shù)上還明顯滯后國(guó)外，科技創(chuàng)新差，自主開發(fā)和擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研成果不多。

5)在競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析方面，日本屬于行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)者，美國(guó)和德國(guó)的專利質(zhì)量較高，是涉老傳感器領(lǐng)域的潛在競(jìng)爭(zhēng)者；中國(guó)的專利活動(dòng)頻繁，但專利質(zhì)量不高，屬于技術(shù)活躍者。

7.2 對(duì)策與建議

針對(duì)上述分析可知我國(guó)在傳感器技術(shù)方面存在的主要問題，提出如下建議:

1)針對(duì)涉老傳感器快速增長(zhǎng)的情況，中國(guó)作為老年人口最多的國(guó)家，應(yīng)該準(zhǔn)確把握人口老齡化帶來(lái)的市場(chǎng)需求新變化，利用傳感器技術(shù)在移動(dòng)醫(yī)療、智能家居、跌倒監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用來(lái)滿足老年人的特殊性需求，布局熱點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)，占領(lǐng)面向老年人的傳感器技術(shù)創(chuàng)新制高點(diǎn)。

2)針對(duì)中國(guó)申請(qǐng)專利主要是高校和小企業(yè)情況，中國(guó)應(yīng)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的地區(qū)，聚集國(guó)內(nèi)外的傳感器專業(yè)公司與科研院所，開辟面向老年人的傳感器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新單元，研究制定面向老年需求的傳感器產(chǎn)品與服務(wù)文件，培育面向老年人傳感器龍頭企業(yè)，組成具有產(chǎn)品技術(shù)工藝特色和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模優(yōu)勢(shì)以及國(guó)際市場(chǎng)影響力的產(chǎn)業(yè)集群或基地。

3)針對(duì)中國(guó)專利質(zhì)量不高，具體表現(xiàn)在高被引專利與高價(jià)值專利落后的情況，中國(guó)應(yīng)鼓勵(lì)傳感器、敏感元件等制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)行自主研發(fā)，突破技術(shù)壁壘、增強(qiáng)技術(shù)實(shí)力，加快產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展，提升關(guān)鍵核心傳感器的自主可控能力。 同時(shí)還應(yīng)積極與技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家和追趕國(guó)家開展合作與交流，實(shí)時(shí)把握領(lǐng)域研究動(dòng)向，客觀認(rèn)識(shí)自身的優(yōu)勢(shì)與不足，不留下技術(shù)短板。