摘 要：以地理信息产业为研究对象，使用授权发明专利数据，在地理信息产业链的基础上，提出产业创新链结构研究方法。进而，从总体结构角度和特定地域结构角度对创新链发展现状进行量化评估，对世界各国，特别是中国、美国和日本的创新链结构完整性和领先环节展开比较分析。结果表明：①从总体结构看，全球创新链因下游环节创新能力的弱势而呈“倒三角形”结构。从特定地域结构看，大多国家和地区的地理信息产业创新链并不完整，存在断环或孤环，除中国外的全球创新链因中游环节的相对弱势而使上下游间存在裂隙，呈上部宽、下部较窄，中部细窄的“沙漏形”结构；②相对而言，中国产业创新链较为完整，中游环节在全球市场中具有显著比较优势，但创新链的产学研合作薄弱，市场化程度低，技术竞争力与美国相比存在落差。
关键词：创新链; 专利计量; 创新领先环节; 比较优势分析; 全球地理信息产业
王玥（南京师范大学），女，硕士研究生，研究方向为创新经济地理，E-mail：1041757048@qq.com。
汪涛（南京师范大学），女，教授，博士生导师，研究方向为高新技术产业空间集聚与发展、区域创新等，E-mail：wangtao@njnu.edu.cn。
0 引言
知识经济时代，创新始终是全球关注的热点。Marshall在1992年提出创新链的概念，认为创新过程是一条环环相扣的链条，是不同创新主体互动的过程。经过Foxon、Barnfield、Jense和Malerba等学者的研究，创新链的概念、功能与结构愈发清晰，不同创新链之间的互动机制研究愈发深入，研究思想从中观层面的产业扩展到微观的企业和宏观的国家层面。基于此，国内学者也对创新链的内涵、模式、基本结构、布局以及形成机理等开展了研究，聚焦点开始从产业链、价值链、资金链等转移到创新链条上不同环节和资源的有效分配上来。借鉴上述研究成果，创新链指以创新过程为纽带，由产、学、研等多个创新主体分别围绕上、中、下游不同创新环节的核心技术分支所开展的分工合作、有机互动、连接互补的各种创新活动集合。研究创新链的目的是实现科技成果化的同时，不断优化创新链结构，最终实现全产业价值创造的提高。由于在创新过程中，创新链不同环节之间存在各种知识的显性或隐性流动，创新成果多由多个环节的主体利用多种技术协作创造。随着信息技术和空间技术飞速发展，以地理信息资源开发利用为核心的地理信息产业已成为世界各国重点发展的战略性新兴产业。学者们主要通过调研和实证分析方法，对地理信息分支产业现状，国家层面产业现状、趋势和某地区或区域的产业发展的影响因素等方面做了研究。现代地理信息产业不同于传统产业，介于制造业与服务业之间，是横跨多个技术领域的集成产业，具有显著的技术创新驱动特征——在数据、产品和服务中汇集的技术愈多，产业潜在价值、不可替代性愈大，市场份额竞争能力愈强。对地理信息产业而言，产业创新链结构复杂，涉及创新主体众多，各环节的技术发展瞬息万变，产品更新换代周期不断缩短，不同国家之间的实力比对也随之发生着微妙的变化，这意味着地理信息产业创新链结构调整的频率和要求之高较其他产业更甚。因此，在地理信息产业创新链启动运行后，要设计出科学的评估方法，及时对创新链结构现状进行评估，为提高创新链整体产出能力、实现资源最优化组合和价值最大化为目标的产业创新链结构调整提供参考依据。基于此，尽管已有创新能力评价理论和方法主要从高新技术类制造业产业规律的总结中得到，在一定程度上对于地理信息产业仍然适用，但有关创新链结构的研究方法不能完全适用于地理信息产业。地理信息产业创新链如何界定和识别？全球地理信息产业创新链的结构如何？中国地理信息产业创新链在全球处于什么位置？都是亟待研究的现实问题。本研究以地理信息产业为研究对象，针对地理信息产业技术驱动显著的特征，以技术为核心，在产业链基础上，识别产业创新链不同环节的构成。依据上述识别结果，利用授权发明专利数据从总体结构和特定地域结构两大层面评估2015—2019年全球地理信息产业创新链。最后，提出对中国地理信息产业创新链发展的优化建议，为中国培育具有全球竞争力的地理信息产业提供决策参考。1 研究方法
国际上，地理信息产业的界定与分类最初始于北美和西欧。自1989年起，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚的各大企业、研究所和组织机构先后对地理信息产业进行了以地理信息系统和卫星遥感业为主的界定和分类。我国印发的产业统计分类标准将地理信息产业划分为测绘服务、遥感服务、地理信息系统服务、卫星导航与位置服务、地理信息硬件装备、地理信息软件装备六类。因此，国内外学者定义的地理信息产业多以测绘、遥感、地理信息系统三大类领域为基础，地理信息产业的范畴应包括这些内容，但仍缺乏准确的专利检索表达供理论研究和实践参考。此外，由于国外技术起步较早，国内通常追随国外的研究步伐，要重视美、日、西欧等专利的检索，特别是检索其在地理信息产业领域技术发展成熟的国家或地区的专利，因此不能完全参照国内的分类体系。浙江地理信息产业园课题组成员通过发放问卷的方式，对产业园企业的实际需求进行了深入的调研和分析，分解出全球地理信息产业的关键技术，并提供相应的专利检索表达式。综合考虑专利检索和研究的可操作性，本研究参考浙江地理信息产业园课题组划定的分类体系，将地理信息产业划分为工程测绘、遥感探测、地理信息平台（包括硬件和软件）和地理信息系统四个技术分支（表1）。
地理信息产业链是构建创新链的基础。参考已有研究，地理信息产业链的上游、中游和下游分别负责实现数据采集、平台开发和应用服务功能，将创新链同样分为上、中、下游三个环节，每个环节由用于实现各个环节功能的技术分支构成，各环节功能具体内涵见表2。
采用的专利数据主要来源于Derwent专利数据库（Derwent Innovation Index，DII）。DII涵盖多个国家的专利信息，每周更新并可回溯至1963年，数据较为全面；且考虑到同一项专利可能在多个国家和地区提出专利申请，导致数据库内存在同一项专利的多条记录，DII将这些相关的多件申请作为一条记录收录。数据采集主要分为三步：①为使结果尽可能表征地理信息创新链现状和减少由于专利申请到授权流程时长导致专利数据增长滞后的影响，选取2015—2019年授权发明专利数据，参考浙江地理信息产业园课题组提供的关键技术专利检索表达式，构建二级技术分支检索式，并人工剔除不相关的专利。全部数据于2020年1月15日检索完成，并统计专利数量、申请人国别、申请时间和专利分类号等信息；②以IPC（国际专利分类）专利所属的第四级信息作为相应的技术代码，将其按对应的专利量进行排序，并提取二级技术分支排名前20的IPC分类号，作为识别各技术分支占据主导地位的技术和判断其所属创新链环节的依据，共计133个技术分类代码（表3）；③选择IPC技术索引表作为技术领域划分标准，对照创新链环节定义识别各个技术分类代码所属的环节，如G05D1指陆地、水上、空中或太空中的运载工具的位置、航道、高度或姿态的控制，比照创新链环节的具体内涵（表4），将其归入上游环节；④利用上述步骤的结果，以技术领域代码为中介，将产业技术分支归入不同的创新链环节。
专利地图是一种分析和利用专利的综合性方法，它将定量和定性分析结合在一起将专利信息以图表形式表现出来，这些图表隐含着与技术研发方向息息相关的信息。为便于识别创新链中哪一个环节占据主导地位，引入专利地图概念将创新链中专利技术信息图表化——将创新链进一步定义为以四个一级技术分支及其二级技术分支为核心的创新链；且考虑到一个技术分支由多个IPC组成，引入重心概念，将创新链各技术分类代码赋予一维几何坐标以表征其隶属的环节，从而更为直观地表现创新链结构，即将分布于创新链上、中、下游的IPC分别赋坐标值1、2、3，以每个IPC对应的专利数量为权重，依据重心引力模型，计算各二级技术分支“重心”P，公式如下：P=∑ni=1WiXi∑ni=1Wi,n≤133 （1）式中，Xi是技术分类代码i的坐标，Wi为其对应的专利数量，规定该分支“重心”P与哪一个环节坐标值之差最小就归为哪一个环节，同理，计算四个一级技术分支“重心”Q，公式如下：式中，m为各一级技术分支所包含二级技术分支的数量，Sa代表对应二级分支a的专利数量。地理信息产业创新链的总体结构是指跨越地理限制，从宏观视域鸟瞰全球地理信息产业创新链的结构，参照公式（1）（2）原理，计算全球尺度地理信息产业在创新链上的“重心”Gol，公式如下：Gol=Up+2Mid+3BotUp+Mid+Bot （3）式中，Up、Mid、Bot分别代表上、中、下游环节所包含的授权发明专利数量。同理，计算特定国家或地区地理信息产业在创新链上的“重心”Rol。引用显示性比较优势指数（RCA指数）和贸易竞争指数（NTB指数）［28］，对比分析不同国家地理信息产业创新链环节的创新比较优势。NTB指数是对显示性比较优势指数的补充，此处引申为技术竞争力指数（TTB指数），两者计算公式如下：式中，Xia是国家i在环节a上的技术出口，Xwa是环节a在世界市场上的总技术出口，Xit是国家i的总技术出口，Xwt是国际市场上（此处仅指中美日三国）的总技术出口。一般认为，RCAia接近1，表示无所谓相对优势或劣势；当RCAia>1时，表示创新链环节a在本国的技术出口相对份额大于在世界的平均比重，创新链环节a所包含的产业分支产品或服务中汇集较多技术成果，具有不可替代性，在国际市场上具有比较优势，取值越大比较优势也越大，创新竞争力越强；当RCAia<1时，则表示在国际市场上不具有比较优势，该环节竞争力相对较弱。式中，X、M分别表示技术出口和进口数量。当TTBit>0且距离0值越远时，表示国家i地理信息产业创新产出能力越大；反之，当TTBit<0距离0值越远时，表示国家i地理信息产业创新链对他国创新依赖度越高。2 地理信息产业创新链结构分析
由公式（1）（2）计算得，遥感探测技术和工程测绘技术重心Q偏向1，从属上游环节；地理信息平台（包括硬件和软件）技术重心Q偏向2，从属中游环节；地理信息系统技术重心偏向3，从属下游环节（表5）。进而，依据上述创新链上-中-下游技术分支划分结果，计算得到全球尺度地理信息产业在创新链上的“重心”Gol为1.3，即“重心”偏向上中游环节，主要原因在于全球授权发明专利数量主要集中在遥感探测和地理信息平台两大技术分支，导致全球创新链因中下游环节创新能力的相对弱势而呈“倒三角形”结构，即上游环节处于领先位置，中游环节创新能力相对弱势，下游则与上、中游间存在较大裂隙。
其中，下游面向应用层，与行业结合紧密，技术边界宽泛，不同类型创新主体间合作联系最多。该技术领域中国专利量占全球的80%以上，并仍在逐年攀升，韩国位居全球第二，增长速度慢于中国，美、日两国近年来无明显增长。中游以地理信息平台业为主，技术研发偏向基础研究，直接应用少，研究主体类型多为机构和大专院校，与企业合作较少，2015年后中国牢牢把持着该领域全球技术研发尖端的位置，且该领域中国申请人以高校研究所为主。上游环节以基础数据采集为主，遥感探测领域不同类型创新主体合作联系较多，技术创新活动高度集聚在美、日、德、英、法和俄罗斯等欧美国家。美国和日本起步早、专利申请涨幅相对较大，技术处于成熟期。近5年来，中国、韩国等的遥感探测技术领域创新能力得到了飞跃性的发展，当前该领域技术核心主要由中、美、日三国掌握。传统工程测量领域技术创新格局高度集聚在亚欧大陆的中国、日本和德国等西欧国家，创新主体大部分来自日本，主要技术多应用于工程测量仪器，且少有不同类型创新主体的合作。与中游和下游相比，上游技术研究体系更细化、成熟和完善，此类技术多由企业和高校掌握，其中，航空技术涉及国防安全，通常不对外公开。目前，随着民用遥感卫星、导航卫星，如北斗导航卫星定位系统的逐步发展和完善，开始出现一些普通民用专利。从活跃度看，遥感探测、地理信息平台和地理信息系统技术分支的专利授权量持续增加，参与创新活动的主体数量也在不断增加，创新活跃度较高，而工程测绘技术分支近5年没有显著的增长趋势，反映出上游环节相对成熟、起步较早，处于成熟阶段；而面向市场用户终端的下游环节尚未步入成熟期，正在快速发展阶段，相关企业增多，市场规模增大，并已成了热点方向，具有巨大的发展潜力和市场价值。2.2 特定地域结构
专利优先权指专利申请人就其发明创造第一次在某国提出专利申请后，在法定期限内，又就相同主题的发明创造提出专利申请，则其在以后申请可以以第一次专利申请的日期作为其申请日，专利申请人依法享有优先权，进而产生了一组具有共同优先权的在不同国家或国际专利组织多次申请、多次公布或批准的内容相同或基本相同的专利文献，即产生了一个专利族，同一专利族的专利是技术在原先专利技术基础上的不断改进。为探究技术原创性，本研究分别按授权发明专利的申请人国别和最早优先权国别统计了不同国家的专利授权数量，因篇幅所限，统计数据样本过少或缺失的国家（如加拿大2015—2019年授权发明专利申请6例，优先权为0例）予以略去。从专利申请人国别看，部分国家创新链不具有完整性，存在断链、短链或孤环（表6）。中美两国在全球创新链中处于领先地位，其中，中国偏向上、中游环节，而美国则向下游环节延伸；日本的参考值偏向下游，但缺乏中游环节的创新能力；相较于拥有高达265项授权发明专利的下游环节，韩国上、中游环节创新能力较弱；德、法两大西欧国家上游环节比下游环节领先；瑞典、芬兰、印度偏向中游环节，挪威、澳大利亚则处于中下游环节，以色列发展较为均衡，但因这些国家近5年统计结果中数据量过少，结果仅做试验性参考。
从专利优先权角度看，一方面，全球创新链缺环现象严重，除中国创新链中游环节较为完整外，其他国家均存在不同程度的中游环节缺失，导致除中国外的全球创新链因中游环节的相对弱势而呈上部宽、下部较窄，中部细窄的“沙漏形”结构，上游与下游环节存在较大裂隙；另一方面，依据近5年所出现的发明专利，上游环节的核心技术大部分掌握在中、美、日三国，小部分由德、法、韩掌控；下游环节，核心技术主要源于美国，还有部分由中、日、韩、澳大利亚和德国掌握；中游环节的核心技术少于其他环节，且多由中国掌握。总体而言，按专利申请人国别统计所得的授权发明专利数量，远高于按优先权国别的统计所得结果，特别是在创新链中游环节。可能存在两个层面的原因：一是专利优先权是对专利技术原创国进行判断的第一依据，没有优先权的专利申请以该项专利的最早申请国为准，依照优先权国别统计得到的授权专利数量少，意味着大部分国家在地理信息产业领域知识产权意识较弱，对自身技术创新成果和市场利益的保护意识不强，在知识产权管理和规避知识产权运营风险方面存在缺失；二是由于当前全球地理信息产业正在快速发展，很多国家专利创新主体偏爱在本国或就近市场进行专利布局，在全球其他地区专利布局数量与领域分布较弱，为中国这样的发展中国家提供了良好的窗口机遇期的同时，也使得后发国家的技术创新对掌握着大部分专利优先权的先行国家的已有原创技术存在一定的路径依赖，并侧面反映了作为产业新进者的后发国家真正有价值的地理信息技术偏少的现状。2.2.2 中、美、日三国地理信息产业创新链结构对比
在全球地理信息产业创新链中，中、日、美三国授权发明专利的合计分别为11 758（上游）、1 224（中游）和4 106（下游）项。分别对三国产业创新链排名前100机构及其专利信息进行统计分析（表7），发现中国的研发主体50%以上是研究机构和大专院校，政府投入支持较多，产学研三者合作较少，尤其是上游环节产学研合作鲜见：一方面，上游环节属于有一定技术难度和深度的专业市场；另一方面，地理信息涉及国家安全的重要资源，成熟技术基本还处在国内保护阶段，限制核心技术向民营企业的技术输入。美国和日本创新主体多为企业类型，其中，美国创新链市场化程度高，有较多商业服务平台，而中国则多为公益性服务平台，且服务主要面向政府管理和国防军事领域；日本同样存在公益服务平台和商业服务平台，但由于日本地理信息企业规模较小，且多为上游工程测量技术分支和下游电子导航服务领域的企业，其他领域尚未形成市场化机制。GIS数据处理分支和下游环节的创新主体在三国甚至全球范围内均以企业居多，涉及的技术领域较为宽广，难以出现垄断型企业。此外，美、日两国地理信息产业已经展开了较全面的专利布局，形成了较高强度的专利壁垒，对自主知识产权实施了战略性的组织管理，而中国地理信息产业相关专利主要布局在国内，向海外拓展程度低，存在被侵权风险。
从比较优势指数看（表8），中国在创新链上、中、下游环节均较美、日两国有显著的比较优势，美国在下游环节具有比较优势，日本则是上游环节；但是从技术竞争指数看，相较于美国而言，中国技术竞争力还需进一步提升，中国专利技术引证主要来源于自引和对美引证，中国对美国的技术引证数量与美国对中国的专利引证数量的比率是5∶1，即中国地理信息产业技术创新对美国存在较高依赖度。具体而言，中国作为三国中唯一的发展中国家，技术发展速度迅猛，但技术“质效”相对较弱。发达国家企业具有完整产业链生态，纵向上与新一代信息技术深度融合，横向上广泛应用于各行各业，大众化程度高，这也意味着有较强行业凝聚力与吸引力；而中国地理信息产业虽然在下游也存在比较优势，但创新链优势环节仍主要在中、上游之间，顶端数据与核心技术主要掌握在政府和巨头企业手中，打通产业上下游，推动地理信息“脱虚向实”可以让地理信息资源发挥更大的价值，然而，当前对政府和军事的应用依然是我国地理信息产业的主要市场，政府应用、大众化与市场化已经成为该产业重要的发展与转型方向。
3 结论与讨论
（1）从创新链的总体结构看，全球地理信息产业较为完整，链条不同环节拥有其特有的支撑技术以实现其所属环节功能；从创新链的特定地域结构看，发现除中国和美国外，大多国家和地区的地理信息产业创新链并不完整，存在断环、孤环，上游与下游由于中游环节创新能力的相对弱势而存在裂隙，除中国外的全球创新链因中游环节的相对弱势而使上下游间存在裂隙，呈上部宽、下部较窄，中部细窄的“沙漏形”结构。（2）中国地理信息产业创新链基础功能已经相对成熟，在全球范围内处于领先位置，且中游环节具有显著比较优势，但产业创新链的产学研合作薄弱，联合研发或委托研发较少。高校科研机构和政府对市场的敏感性远低于企业，如果他们的研究成果不能顺利转移到企业，而企业自主创新能力又弱于高校和科研机构，技术引进成本，特别是核心技术的购买成本过高，长此以往，创新成果将难以市场化和产业化，且国内服务对象多为国家事业单位，对企业和公众的服务强度和深度不够，进一步阻碍了创新能力的提高和创新体系的优化。（3）中国应通过政府牵头或者搭建平台定期组织全球性、全国性和区域性的产学研合作论坛，促进技术创新所需的各种生产要素的有效组合；此外，利用已形成的中游环节技术竞争优势，重视对地理信息平台（包括硬件和软件）方向的技术革新、专利布局和专利壁垒构建，重点围绕优势技术领域发展地理信息产业中上游，对于创新主体在中、美、日三国甚至全球范围内均以企业居多的GIS数据处理分支和下游环节，要推动企业与区域内外高校、研究机构等高层次人才团队的对接与合作，有效延伸创新链，打造国家地理信息产业全创新链优势，最终走出一条由“点”（优势技术领域）到“面”（创新集群）的产业发展之路。
原文载于《世界地理研究》2022年第2期
引文信息：
王玥，汪涛.全球地理信息产业创新链结构分析.世界地理研究，2022，31（2）：225-235.
［WANG Yue，WANG Tao.Research on structure of global geographic information industry innovation chain.World Regional Studies，2022，31（2）：225-235.］
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