专利是科研项目成果产出的重要表现形式。科学评价包括专利在内的各类研究成果, 是国家重点研发计划等各类型科研项目组织管理与绩效评价的必要环节, 同时也是推动科研成果转化应用的重要基础。近年来, 专利信息分析已成为科研项目成果评价的方法工具^[1-2]。在国家重点研发计划项目综合绩效评价中, 重视成果的转化应用情况及其在解决经济社会发展关键问题、支撑引领行业产业发展中的作用, 在考核指标中包含了对专利成果的评价^[3]。充分挖掘和利用具有潜在应用价值的专利成果, 既是科学全面评估国家重点研发计划项目成果产出情况的客观要求, 也是提升科研项目管理科学化、精细化水平以及优化项目管理绩效评价方式的重要途径。

农业面源和重金属污染研究兼具公益性与应用性特征, 研究成果不仅在科学研究上具有学术意义, 在经济社会可持续发展方面也具有广阔的产业化应用前景。近年来, 特别是在“十三五”国家重点研发计划资助下, 国内研究机构在农业面源和重金属污染领域取得了一大批专利成果。然而, 目前关于我国农业面源和重金属污染研究领域的专利产出情况尚少见报道。本文以“十三五”国家重点研发计划“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发”重点专项(简称“农业面源专项”)资助的35个项目为研究对象, 对各项目周期内的专利成果产出进行评价和分析。研究结果可为国家重点研发计划项目的专利成果产出评估提供方法与案例借鉴, 为项目管理部门和项目承担单位识别和挖掘高价值专利、推动科研成果转化应用提供参考。

1.   数据来源

按照中央财政科技计划管理改革的统一部署, “十三五”期间启动实施了国家重点研发计划“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发”专项。该专项围绕基础研究、关键技术研发、集成示范应用3个层次全链条设计、一体化实施, 于2016年、2017年、2018年分3批先后立项资助35个项目, 在农田氮磷流失、农田重金属污染、农业有机废弃物、农田有毒有害生物化学污染物4个领域系统部署了研究任务^[4]。5年来, 项目承担单位围绕污染防治技术需求, 取得了一系列基础研究和技术研发突破, 产生了一批论文、专利等成果。截至2022年, 该专项所有35个项目均已通过综合绩效评价。

本研究选取的专利成果来自“十三五”农业面源专项35个项目的专利产出, 各项目的实施周期截至2021年6月。对各项目承担单位在项目综合绩效自评价报告中提交的专利产出情况进行汇总, 利用全球专利数据库及相应专利检索和分析工具, 分析评价的截止时间为2022年11月30日。根据项目承担单位、主要负责人、实施周期、项目名称等相关字段信息进行反向追踪检索及相关性分析, 共筛选确认项目成果在国内申请的专利(包括发明专利、实用新型专利)共计957件, 35个项目均产出有效专利成果, 各类型项目专利总体情况如表1所示。各项目平均产出专利27.3件, 其中, 技术研发类项目的平均专利产出最多, 平均为34.4件。

表  1  各类型项目专利成果统计表

Table  1.  Patent output from projects of different types

项目类型 Category	项目数量 Projects number	专利产出 Patent output	平均值 Average
基础研究类 Basic research	7	100	14.3
技术研发类 Technique research and development	15	516	34.4
示范应用类 Demonstration and application	13	341	26.2
合计 Total	35	957	—

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2.   研究方法

近年来, 专利价值评估方法学研究及指标体系构建取得了积极进展^[5-6]。本研究采用由国家知识产权局与中国技术交易所共同开发的《专利价值分析指标体系操作手册》中的专利价值评估体系^[7]。结合图1所示, 该体系以专利价值度(patent value degree, PVD)作为最终指标, 分为3个维度, 即法律价值度(law value degree, LVD)、技术价值度(technology value degree, TVD)和经济价值度(economic value degree, EVD)。从专利功能的角度, 在3个维度上分解为18项具体评价指标, 如图1所示。专利价值度的总体评估模型为PVD=α×LVD+β×TVD+γ×EVD。其中, α+β+γ=100%, α、β、γ是权重配比, 根据选取的评估对象、评估目的以及专利所处阶段为各维度分配, 使专利价值分析体系能够从宏观与微观层面综合反映最终的专利价值度。汇总各项指标分数之后得到单项专利的评估结果。

图  1  专利价值度评估体系构成及评价指标

Figure  1.  Patent evaluation system and indicators

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本研究的具体评估分析采用基于上述专利价值评估体系开发的“专利价值评估系统”。该系统是目前国内专利评估分析的主流工具, 运用大数据对目标专利内容进行快速、智能化分析, 从专利保护范围、技术领域热度、专利运营情况等方面评价某一件或一组专利的实际价值, 利用计算机对专利技术方案进行评分, 将自动评估和专家评估结果相结合, 以一种相对标准的形式定量体现专利技术方案中定性的因素, 实现单篇专利或专利组合的自动评估, 最终提供切实有效的评估结果以及详实的评估细节报告。

3.   总体情况分析

围绕专利成果所记载的技术、法律、经济等著录项目字段, 从专利申请态势、申请主题、文本质量、技术应用领域、运营情况等方面对957件专利进行统计分析。

3.1   专利申请态势分析

从专利申请年份分布来看, 各项目的专利成果申请在实施周期各年度均存在, 申请数自2016年起逐年增长, 并在2019年达到峰值(275件), 占所有专利成果的28.7% (图2)。从专利申请(专利权)人构成来看, 共涉及268家专利申请(专利权)人, 其中高校/科研院所120家, 企业132家, 个人9个, 政府机构7家。从专利类型来看, 专利申请中发明专利691件, 其中授权412件, 驳回266件; 实用新型专利266件, 全部授权; 处于有效状态612件, 失效状态206件, 审中状态139件。

图  2  专利成果申请年份分布情况

Figure  2.  Distribution of patent output by application year

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3.2   专利申请主体分析

主要专利申请(专利权)人的专利申请及状态分布情况如表2所示。其中, 排名前3位的申请主体依次是农业农村部环境保护科研监测所(48件)、浙江大学(38件)、南京农业大学(34件); 排名前10位的单位中, 北京市农林科学院的专利授权率最高(88.5%), 浙江大学的专利授权数和有效数最多(均为31件)。此外, 有效专利数量等于专利授权数量, 表明获得授权后的专利均得到权利维持, 未出现被宣告无效、未缴年费失效等专利权丧失的情况。在申请专利数排名前10的项目中, 有7个关键技术研发类项目, 3个集成示范类项目, 无基础研究类项目, 符合不同类型项目的专利申请特点。

表  2  主要专利申请(授权)人的专利申请及状态分布情况

Table  2.  Top 10 patent applicants and relative patent status

申请(专利权)人 Applicant	申请数 Application number	授权数 Grant number	授权率 Grant ratio (%)	有效数 Effective number
农业农村部环境保护科研监测所 Agro-Environmental Protection Institute, Ministry of Agriculture and Rural Affairs	48	28	58.3	28
浙江大学 Zhejiang University	38	31	81.6	31
南京农业大学 Nanjing Agricultural University	34	24	70.6	24
中国科学院南京土壤研究所 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences	26	20	76.9	20
江苏省农业科学院 Jiangsu Academy of Agricultural Sciences	26	19	73.1	19
北京市农林科学院 Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences	26	23	88.5	23
中国农业大学 China Agricultural University	24	19	79.2	19
华中农业大学 Huazhong Agricultural University	24	14	58.3	14
华南农业大学 South China Agricultural University	23	13	56.5	13
山东省农业科学院农业资源与环境研究所 Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences	22	11	50.0	11

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3.3   专利文本质量分析

专利文本内容中权利要求项数和说明书项数的分布可以从一定程度上反映专利申报材料的撰写质量。如图3所示, 专项产出的957项专利中, 大部分专利的权利要求项数在10项以下(占比97.5%), 反映其专利保护主题、保护层次扩展不足, 可能影响授权后权利维护和专利权后期的转化; 同时, 专利申请文献页数在20页以下的占比高达97.1%, 反映专利技术方案的内容披露相对不够丰富详实, 难以支撑要求保护的权利范围, 可能造成后续审查过程中的修改受限, 影响专利授权。

图  3  专利成果权利要求项数和说明书页数分布情况

Figure  3.  Number of claims and pages of patent application materials

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3.4   专利技术应用领域分析

根据分析专利大数据技术内容和专利IPC分类号的技术涵义, 得到专利产出的应用领域分类。如图4所示, 从专利成果技术方案按技术应用领域的分布情况来看, 排名前10的专利技术方案的应用领域为可持续废弃物处理、土壤调节材料、水/污泥/污水处理、污染土壤复原等, 符合农业面源专项的专业领域和资助方向。其中, 技术应用领域集中在施肥装置(276件/28.8%)、测量装置(158件/16.5%)、污染土壤的复原(151件/15.8%)、水/污泥/污水处理(149件/15.6%)等领域。

图  4  专利成果技术方案按应用领域的分布情况

Figure  4.  Distribution of technical solutions of patents by application fields

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3.5   专利运营情况分析

通过专利运营情况分析, 可以判断专利权人是否尝试通过专利运营获得经济效益。其中, 专利实施许可是指专利技术所有人或其授权人许可他人在一定期限、一定地区、以一定方式实施其所拥有的专利, 并向他人收取使用费用; 专利权质押融资是指债务人或第三人将其所拥有的发明专利、实用新型专利、外观设计专利的财产权经评估后向银行、其他的金融机构或投资公司作质押取得贷款。所有专利成果中仅有10件通过许可或质押的方式进行了专利技术转移转化等运营方式, “一种中轻度重金属污染土壤上稻米安全生产的方法” “一种利用秸秆直接制肥的方法及制备的秸秆有机肥”等8件专利许可, 以及“一种富硒降镉叶面硅肥及其制备方法和应用” “一种具有促根作用的土壤磷素活化剂”2件专利质押融资。其中广东省科学院生态环境与土壤研究所、南京农业大学、浙江省农业科学院、山东省滨州市京阳生物肥业有限公司和大连理工大学等5个专利权人将专利对外许可给6家企业创新主体, 实现专利技术的转化运用; 四川安达农森科技股份有限公司从中国农业大学受让了1件授权发明专利, 并将其进行质押融资, 佛山市铁人环保科技有限公司也将其1件授权发明专利进行了质押融资。

4.   专利价值评估分析

利用《专利价值分析指标体系操作手册》中的专利价值评估体系, 逐一计算957个专利的专利价值度以及3个维度分值, 并根据评分结果对专利的稳定性、技术先进性、保护范围评价等方面进行分析。

4.1   专利评估分数

从评分分数总体分布来看, 各专利的分数分布在53.48至91.22之间, 均值为71.01, 中值为70.82(图5)。专利价值度分值分布跨度较大, 反映出专利成果之间的个体差异性较大。从纵向估值角度来看, 大部分专利的估值位于中等至较高之间。从专利点的分布区域来看, 几乎所有专利均位于价值技术积累区和先进技术孵化区的区域内, 意味着大部分专利成果尚不能直接作为专利产品或专利方法面向市场进行推广运用, 即不能直接从市场获得经济收益, 技术方案后续仍需持续性投入人力、资金等进行技术改进和完善, 方能投入市场实现产业化运用。

图  5  专利价值分布情况(评分—估值)

Figure  5.  Distribution of patent value (rating-valuation)

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将评估分数按照取值范围划分为5档(50~60、60~70、70~80、80~90、90~100, 每个区间仅包含下端点值), 相应的专利评估分数按区间的累计数量分布情况如图6所示。评估分数主要集中在60~70和70~80两个区间, 占比83.0%; 处于良好以上评价(80分以上)的专利共有100件, 占比10.4%; 有1件专利的评分位于90分以上区间, 为北京农业智能装备技术研究中心开发的“一种水质探测器、水体污染排放源监测系统及方法”。

图  6  专利成果按评分区间的累计数量分布情况

Figure  6.  Distribution of the cumulative number of patent output by scoring interval

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4.2   高评分专利分析

选取了评分80分以上的10个代表性高评分专利成果, 如表3所示。其中, 专利成果的技术功效是基于专利大数据分析所得, 表示该专利技术方案所能实现的技术功能或解决具体技术问题所带来的技术效果。从应用领域来看, 主要涉及面源污染监测、农田重金属污染治理等方面的方法与装置, 与农业面源专项的资助领域相符。

表  3  代表性高评分专利成果情况(10件)

Table  3.  Ten representative patents with high evaluation scores

专利名称 Patent title	评分 Rating	技术功效 Technical efficacy
一种水质探测器、水体污染排放源监测系统及方法 A water quality detector, water pollution discharge source monitoring system and method	91.22	实现污染源定位, 提高监测准确率 Locate pollution sources and improve monitoring accuracy
一种面源污染监测评估方法及装置 Method and device for monitoring and evaluating surface source pollution	89.22	监测数据具有针对性和区域差异性, 评估结果更为准确 Targeted and regionally heterogeneous data, and more accurate assessment results
一种基于水位调控的灌区水田非点源污染负荷估算方法 A method for estimating non-point source pollution load of paddy field in irrigated area based on water level regulation	87.07	环境优化管理; 构型改良; 反映异质性特征 Environmental optimization management, configuration improvement, reflect heterogeneous features
一种基于土壤共存金属影响的小麦籽粒镉富集量预测方法 A method for predicting cadmium concentration in wheat grains under the co-exposure of heavy metals in soil	86.26	参数易获得、适用性强、预测效果良好的预测方法 Prediction method with easy parameter availability, strong applicability and good prediction effect
一种准确测定耕地重金属污染状况的方法 A method for accurately measuring heavy metal pollution condition in farmland	85.45	提高重金属含量测定结果的可靠性 Improve the reliability of heavy metal content determination results
异位发酵床畜禽养殖粪污处理系统及其应用 The treatment system for ectopic fermentation bed of livestock and poultry manure and its application	85.42	提升发酵质量, 扩大粪污处理能力, 提高发酵运行效率 Improve fermentation quality, expand manure treatment capacity, and improve fermentation operation efficiency
一种中轻度重金属污染土壤上稻米安全生产的方法 A method for safe production of rice in soil contaminated by heavy metals at the moderate-mild levels	84.79	控制土壤重金属活性, 确保中轻度污染稻田水稻的安全生产 Control the activity of heavy metals in the soil to ensure the safe production of rice in moderately and lightly polluted paddy fields
一种基于多源数据的农田重金属高风险区遥感快速识别方法 A fast and remote sensing identification method for heavy metal high risk areas in farmland based on multi-source data	83.58	精确地识别出研究和防范价值更高的重金属污染高风险区域及准确边界 Accurately identify high-risk areas and precise boundaries for research and prevention of higher value heavy metal contamination
一种农田土壤重金属污染决策系统及方法 A decision-making system and method for heavy metal pollution of farmland soil	83.36	可实现农田土壤重金属污染的风险评估、分级预警、应急处置 Realize risk assessment, graded early warning and emergency disposal of heavy metal pollution in farmland soil
一种镉污染土壤上间作种植籽粒苋与小麦的方法 A method for interplanting amaranth and wheat in the cadmium-contaminated soil	83.22	提高了镉污染土壤上种植的小麦质量 Improve quality of wheat grown in cadmium-contaminated soil

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4.3   技术领域评分均值分布

不同技术领域的评分均值分布可以从一定程度上反映技术领域产出高价值专利的潜力大小。如图7所示, 在专利申请排名前10的技术领域中, 有6个领域的评分均值处于整体评分均值水平(71.01分)之上。评分均值排名前3的技术领域依次是B01J (化学或物理方法, 75.06分)、G01N (利用化学或物理性质分析材料, 74.61分)以及C12N (微生物或酶, 74.39分), 反映在相关技术领域产出高价值专利的潜力较高, 3个专利IPC分类号代表了农业产业前沿技术领域的研发方向, 在一定程度上能够反映当前相关研发领域技术发展的热点和趋势。

图  7  主要专利技术领域的评分均值分布情况

图中各技术领域编号的释义来源于国家知识产权局发布的国际专利分类表^[8]。G01N: 利用化学或物理性质分析材料; C12N: 微生物或酶; B09C: 污染土壤的再生; B01J: 化学或物理方法; C05G: 肥料的混合物; C05F: 有机肥料; C02F: 水、废水、污水或污泥的处理; A01G: 园艺; A01C: 种植、播种、施肥; A01B: 农业或林业的整地, 一般农业机械或农具的部件、零件或附件。The definition of the technical field number in the figure is from the international patent classification of the World Intellectual Property Organization^[9]. G01N: investigating or analysing materials by determining their chemical or physical properties. C12N: microorganisms or enzymes, compositions of propagating, preserving, or maintaining microorganisms; mutation or genetic engineering; culture media. B09C: reclamation of contaminated soil. B01J: chemical or physical processes, e.g. catalysis or colloid chemistry; their relevant apparatus. C05G: mixtures of fertilisers covered individually by different subclasses of class C05; mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specific fertilising activity. C05F: organic fertilisers not covered fertilisers from waste or refuse. C02F: treatment of water, waste water, sewage, or sludge. A01G: horticulture; cultivation of vegetables, flowers, rice, fruit, vines, hops or seaweed; forestry; watering. A01C: planting; sowing; fertilizing. A01B: soil working in agriculture or forestry; parts, details, or accessories of agricultural machines or implements, in general.

Figure  7.  Distribution of average scores in major patented technology areas

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4.4   专利稳定性、技术先进性、保护范围评价分析

专利稳定性(或可专利性), 一般是指专利权授权后对抗无效请求的能力(或专利申请的授权前景), 实质上反映的是专利权的稳定性。稳定的权利范围是专利实施转化、运用的前提, 专利技术稳定性(或可专利性)的客观评价由量化数值统一反映, 其取值范围为1~10, 分值越大技术相对稳定性越高。专利技术先进性一般指对于一项专利技术而言, 容易被替代的技术, 则技术价值相对偏低。在技术先进性评价中, 分析当前是否存在解决相同或类似问题的替代技术方案, 这些技术相比目标专利技术, 是否具有更便利的可实施性、更低的成本、更好的效果等。根据现有技术情况评价该专利技术先进性的程度高低, 其取值范围为1~10, 分值越大技术可替代性越弱。保护范围(可规避性)一般指对于一项专利的权利保护强度, 是否容易被他人进行规避设计, 从而在不侵犯该项专利的专利权情况下仍然能够达到与本专利技术方案相似的技术效果, 即权利要求的保护范围是否合适, 其取值范围为1~10, 分值越大, 其专利保护范围越难以被他人规避设计。如表4所示, 611件专利处于较为稳定的状态(7分及以上), 占比为63.8%; 537件的专利技术方案同比较为先进(7分及以上), 占比56.1%; 大部分专利保护范围适当, 仅有207件专利保护范围过大(4分及以下), 占比21.6%, 其所保护的技术方案较容易被他人规避。

表  4  专利成果的稳定性、技术先进性、保护范围评价的分值分布情况

Table  4.  Rating of stability, technical advancement and protection range of the patents

分值 Rating	评价指标 Evaluation indicator
	稳定性 Stability	技术先进性 Technical advancement	保护范围 Protection range
1~2	196	195	190
3~4	150	176	17
5~6	0	49	264
7~8	297	236	479
9~10	314	301	7

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5.   结论与建议

科学评价国家科技计划资助项目中专利成果的创造和运用水平, 对于研判相关领域技术研发水平、实现科研项目科学化管理具有实际意义。本研究基于专利价值评估体系, 对“十三五”国家重点研发计划农业面源专项资助项目的专利成果进行评价和分析, 总体评价结果良好, 专利的技术分布情况与市场关注方向相匹配; 同时也存在不同项目之间、不同专利成果个体之间差异明显的情况。

1)专利技术应用领域分布方面。农业面源专项产出的专利成果主要集中在施肥装置、农业领域测量装置、污染土壤的复原、污泥污水处理等方向, 符合专项资助领域与市场关注热点, 也反映了农业面源和重金属污染研究的多学科交叉性。建议未来由专业化成果转化机构对科研项目专利成果进行跟踪服务, 挖掘优秀专利成果并引导其运营落地。

2)专利评估分数分布方面。农业面源专项产出专利的评分整体表现良好, 分数区间分布范围为53.48~91.22, 均值为71.01, 评估在80分以上的专利数占比10.4%, 专利总体质量有待提升; 从专利成果的创新角度来看, 专利创造性水平还有待提高, 建议在项目综合绩效评价环节进一步完善专利成果评价方式, 在专利产出数量考核的基础上, 适当关注专利质量和创新度。

3)专利价值和市场估值区域分布方面。90%以上的专利成果技术距离产业化阶段还存在一定距离, 但大部分专利成果位于价值技术积累区和先进技术孵化区, 未来的产业化潜力较大。项目管理机构和专利研发主体应重点关注技术成熟度较高的专利成果的后续发展, 择优追加资助力度或引入其他服务主体, 帮助优秀专利成果尽快实现产业化。

4)专利撰写质量方面。专利申请文本质量需要提升, 建议专利申请主体加强知识产权管理和统筹, 高校及科研院所可考虑推进建立知识产权管理规范体系, 实现全过程知识产权管理; 同时加强科研人员知识产权相关培训, 了解特定领域审查标准、授权要求, 掌握技术交底书撰写、申请文本质控、审查意见答复等要点和技巧。建议在项目实施团队中引入专业咨询服务人才, 解决知识产权专业人员和专业能力不足问题, 完善核心技术领域的专利布局, 为后续的专利成果转化实施奠定良好基础。

总体来看, 项目承担单位具有申请专利、运用专利的意识, 专利产出总数以及各项目专利产出数均超过指南要求。未来, 建议在国家重点研发计划等科研项目管理过程中引入专利信息分析, 在项目实施周期内及时掌握项目团队的专利形成、申请进展, 在综合绩效评价环节系统评估各项目的专利产出水平, 积极推动专利成果应用^[10]。另一方面, 通过优化科研项目管理服务模式, 进一步提升项目实施团队的专利产出质量, 完善项目综合绩效评价体系, 推动形成更加科学化、多元化的科研项目考核评价制度。