陈冠益教授团队：基于专利分析技术对天津市环境监测产业创新能力的分析

胡文杰 ^1,2   王界 ^1,2,3,4*  夏建东 ^1,2  马娜 ^1,3   刘文清 ^3,5 陈冠益 ⁶  陶俊宇 ⁶   史伟光 ⁷ 张甫 ⁸

（ 1. 安徽大学 物质科学与信息技术研究院，合肥 230061；2. 安徽蜀峰环境科技发展有限公司，合肥 230031；3. 合肥综合性科学中心环境研究院，合肥 230031；4. 安徽大学 信息材料与智能感知安徽省实验室，合肥 230061；5. 中国科学安徽光学精密机械研究所 中科院环境光学与技术重点实验室，合肥 230031；6. 天津商业大学，天津 300134；7. 天津工业大学，天津 300387；8. 中国科学院合肥物质科学研究院文献情报与期刊中心，合肥 230031 )

环保产业作为国民经济的重要组成部分，是实施可持续发展战略的重要基础和保障。环境监测作为环保产业的重要组成部分，已成为产业智能化升级的重要方向，环境监测的发展程度现已成为衡量地区环保产业发展水平的重要指标之一。天津市作为我国高端装备制造重要基地之一，在集成电路、新材料、高端装备、信息技术应用创新、海洋装备等领域均具有较好的优势。依托装备制造和科技创新，天津市的环境监测领域也取得了较好的发展，有力支撑了本市的污染防治攻坚战，并对区域生态环境质量改善作出了重大贡献。

专利文献信息记载了全球90%以上的科学技术信息，它不仅能反映科技发展的前沿水平，也能反映企业的自主知识产权战略布局和市场地位。对细分领域的专利信息进行定量分析，有助于了解和掌握研发领域的发展态势和研究热点，专利分析方法现已广泛应用于评估高校、科研院所和企业等机构的研发能力，是当前信息情报研究的一种重要手段。本文基于专利分析，对天津市过去5年环境监测领域的技术现状与问题进行梳理，结合天津发展现状提出相应的对策建议，以期为天津环境监测产业的高质量发展提供参考。

基于专利分析法，对天津市2018—2022年在环境监测领域申请的专利进行梳理，重点分析了天津市环境监测技术的发展现状、存在的问题，并提出了进一步促进天津市环境监测产业创新的合理化建议。分析结果表明，过去5年，天津市环境监测技术取得了长足的发展。专利申请的热点区域集中分布在滨海新区、南开区。专利申请人中企业占比70.23%，初步形成了以企业为技术创新主体的局面。但专利数量前10的申请人中，以天津大学为代表的高校、科研机构占60%。占比最高的小类为借助测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料（G大类中G01N），监测技术主要集中于设备的改进、采样。过去5年中，天津市专利数量趋于稳定，技术创新的活力有所下降。建议天津市在环境监测产业方面加大支持力度，通过规划牵引有序引导技术攻关和布局，加大环境科技创新成果转化支持力度，培育龙头企业，发展成区域特色环境监测产业。

本文采用的专利分析方法，主要是针对专利申请年度趋势、申请区域、申请人、国际专利分类（IPC构成）、技术热点等项目开展。以智慧芽专利信息平台为数据源，对天津市2018—2022年（2018-01-01—2022-12-31）的专利数据进行了检索与分析。

本文专利检索策略如下：1）根据环境监测领域的专利技术特征确定检索关键词，对环境监测领域专利进行初步检索；2）在专利数据尽可能查全、查准的基础上，将失效专利进行剔除；3）采用批量去噪和人工阅读去噪方式对检索数据进行去噪处理，通过去噪去重进行数据清洗和数据标引，确保检索数据的完整性和准确性。

我国环境监测领域的专利申请如表1所示。可知：整体上近5年来受环保产业和技术发展的影响，我国各省份专利申请数量均出现不同幅度的增长。具体来看，江苏省近5年专利申请数量最多，从2018年的1734件到2022年已经增加到2797件，总计12580件。天津专利申请量近年也有所增加，近5年申请总计2599件，在全国主要省市排名居于中位，落后于江苏、广东、北京等省市，其中2020年达到专利申请峰值，为645件。说明天津在环境监测领域技术创新有所提升，但整体创新性不强，与环境产业发展好的省市存在一定的差距。

表1 全国环境监测领域专利申请趋势（2018—2022年）

全国和天津市专利类型分布如表2所示，天津市环境监测领域共检索到2599件专利，其中，实用新型专利1682件占天津专利申请总量的64.73%，高于全国平均水平(59.52%)，发明专利申请740件，授权发明146件，占比为5.62%，低于全国平均水平(10.26%)，外观设计约31件。这说明天津市在环境监测领域技术创新能力和质量有待提高。

表2 全国和天津市环境监测领域专利类型分布（2018—2022年）

专利法律状态是指一项专利或者专利申请当前所处的法律状态，有效专利法律状态与专利数量的结合，能更好地反映专利质量。将专利法律状态进行分类，分为授权、实质审查、未缴年费、驳回、撤回和公开共计6种类型，如图1所示。可知：天津环境监测专利授权率为66%，未缴年费专利11%，驳回专利4%和撤回专利5%，说明天津市环境监测领域专利有效率相对较高。

图1 天津市环境监测领域专利法律状态

区域分布方面，2018—2022年天津市16个区的监测领域相关专利申请量如图2所示。其中，滨海新区专利申请量达到859件，居全市首位，占全市监测领域专利总量的33.35%；其次为南开区，专利申请量达到438件，占全市监测领域专利总量的17.00%。滨海新区作为天津市经济发展较好地区，截至2022年拥有约4600家高新企业，而南开区是天津学术资源集中的地区，拥有南开大学、天津大学等16所高等院校。两者是天津市环境监测专利主要申请区域。

图2 天津市环境监测领域专利各区分布状况

不同创新主体在研发资源、技术能力、知识整合和创造方面存在差异。申请人分析有助于判断创新主体的类型，这可以从一定程度上反映该项技术当前所处的研究阶段。表3列出了天津市环境监测领域专利申请人类别。可知：天津市专利申请人主要包括企业、个人、院校/研究所、政府机构和其他。其中，企业是专业申请的主体，占比为70.23%，主要申请专利类型为实用新型专利，为1569件；院校/研究所占比为23.62%，主要为发明申请，为412件。企业在天津环境监测领域专利申请人中的占比较高，说明目前企业对环境监测技术创新的重视程度高，但申请专利质量不高，数量导向鲜明，而院校/研究所虽然占比较低，但对专利的创造性要求较高，更加注重创新研究。

表3 天津市环境监测专利申请人类型及其专利申请数量

从环境监测细分领域申请趋势（图3）来分析，大气环境监测领域共检索到1288件专利，在环境监测领域占比最多，占比49.56%；水环境监测次之，共检索到811件专利，占比31.2%，土壤环境监测领域共检索到224件专利，占比8.62%；环境分析检测共检索到158件专利，占比6.08%。总体来看，天津市大气环境监测领域的专利申请数量占主导地位，远超其他领域，这可能反映出天津市在大气环境监测领域的研发投入较大，技术积累更为成熟。

图3 天津市环境监测领域专利近5年申请状况

专利小类分析有助于了解特定时期的重要技术分布，以便对研发热点和研发路线进行适应性的调整。对比技术方向的发展趋势，可以识别哪些技术发展更早、更快、更强。通过国际专利分类表（IPC分类）对环境监测领域专利进行分类。表4展示了专利申请量排名前10的环境监测技术，其中，G01N33的申请数量最多，为830件，占比31.93%；G01N1的申请数量次之，为268件，占比10.31%；G01N21排名第3，为224件，占比9.39%。说明目前天津环境监测领域仍以材料分析技术、前处理技术为主，光学监测技术正在逐渐被重视。

表4 天津市环境监测领域专利IPC分类前10小类分布

为了能更加清晰地呈现环境监测技术具体的研究热点，本研究对天津环境监测技术和监测指标进行归类分析，结果见表5。可知：天津专利在大气、水土等监测领域均有分布，具体为水质监测（569件）、环境空气监测（258件）、土壤监测（80件）、烟气监测（69件）；监测技术主要在设备改进、采样、传感器等领域更具研究热度。其中，设备改进专利数量最多，为817件；采样相关专利次之，为249件；最新申请的专利逐渐向色谱分析、光谱分析、卫星遥感技术等方向发展，同时监测设备也逐渐向便携化、智能化方向发展。

表5 天津市环境监测领域专利热点分布

表6展示了2018—2022年间天津市环境监测领域发明专利申请量前10申请人的情况。其中，4家为高校，占比40%，2家为企业，2家为科研单位，2家为机关团体。排名第1的申请人为天津大学，申请117件专利，占全市环境监测领域专利总量的4.50%；其次为天津市生态环境监测中心，申请81件专利，占比3.12%。这在一定程度上表明科研活动与技术创新具有一定的关联性，学术创新相对活跃，对专利申请贡献较大。

表6 天津市环境监测领域发明专利申请人情况（前10名）

从申请人细分领域及技术分布情况来看：天津大学主要布局方向为大气环境、水环境和土壤环境，重点针对水质、环境空气和气溶胶等监测指标，相关技术主要集中在传感器、采样和设备改进等；天津市生态环境监测中心主要布局方向为大气环境、水环境和土壤环境，具体涉及水质、环境空气和土壤等监测指标，相关技术主要为设备改进、采样和膜动态测量系统等；南开大学主要布局方向为大气环境、水环境和环境分析设备，核心涉及水质、烟气、颗粒物和气溶胶等监测指标，相关技术主要分布在数据分析、设备改进、采样和紫外光谱等；天津同阳科技发展有限公司主要针对大气环境监测，包括机动车尾气、环境空气和空气质量等开展专利保护，布局技术有采样、设备改进、TDLAS、遥感、波长调制光谱和遥测等；天津市生态环境科学研究院主要研究水环境、大气环境和土壤环境，监测指标主要包括水质、环境空气和异味等，主要研究技术有设备改进、采样、无人机等。

通过对近5年天津市专利申请进行分析，了解了天津市专利技术当前现状，对天津生态环境监测产业当前存在的问题和不足梳理如下：

1）近5年，天津申请专利数量居于全国中游水平，尤其近2年天津市环境监测专利申请增长有所放缓，天津市环境监测领域的专利申请总量相较于其他省市存在一定差距，这说明天津市近年来在环境监测领域技术创新活力不高，创新主体专利意识有待加强。

2）近5年天津市共申请环境监测领域专利以设备改进、采样等实用新型为主，授权发明专利数量和授权率低，专利价值和层次有待提升，说明天津市在环境监测技术方面的创新水平不足。

3）当前天津市环境监测技术创新主体以高校和科研机构为主。企业作为创新主体发挥作用不够明显，且较多聚焦于大气环境监测领域，针对其他环境介质的科技研发有待进一步开展。

通过专利分析法，清晰地梳理了天津市环境监测领域技术创新的现状，也为进一步优化和提升天津市环境监测产业发展质量奠定了基础。总体上，天津市环境监测产业高质量发展可以在以下几个方向发力：

一是制定未来3~5年环境监测高技术、新技术布局规划和路径，有目的、有步骤地引导技术创新落地。二是加大环境监测企业及高校在传感器、新材料加工等领域的关键核心技术攻关，提高技术创新的能力。三是积极鼓励企业和高校开展产学研用合作，通过协同攻关高质量转化环境监测技术和成果，培育龙头企业。四是发展区域化特色产业，聚焦天津沿海沿港特色，发挥海洋、港口环境监测得天独厚的区位优势，发展海洋与港口环境监测装备产业，助力环境监测装备应用场景拓展。