一、引言

在全球资源竞争与海洋战略地位持续攀升的时代背景下，深海科技已走向国际科技竞争的核心舞台，成为提升国家未来发展潜力与战略优势的关键领域。2025年《政府工作报告》中提出，要“推动商业航天、低空经济、深海科技等新兴产业安全健康发展”，这是首次将深海科技写入政府工作报告之中。^[1]在国际海洋竞争日益激烈的当下，深海科技的突破是我国维护海洋权益、拓展蓝色经济空间的核心支撑，为经济高质量发展注入新动能，^[2]有助于提升我国在国际海洋规则制定、海洋资源分配中的话语权，进而实现我国在全球海洋治理体系中从参与者向引领者的转变。^[3]近年来，我国在深海科技方面取得令人瞩目的成绩，如“深海一号”大气田的投入，满足了粤港澳大湾区近四分之一的民生用气需求；“奋斗者”号万米载人潜水艇刷新中国载人深潜新纪录，达到10909米。然而，我国在高端传感器、精密元器件、深海通信网络等领域，仍与欧美发达国家存在较大差距，部分关键技术进口依赖度高，严重制约我国深海科技的自主可控发展。^[4]在此背景下，开展深海科技关键技术群落的系统性识别与国际竞争态势的精准判断，对我国锚定海洋科技发展方向、补齐“卡脖子”技术短板、助力我国从海洋大国迈向海洋强国具有重要现实意义。

近年来，学术界围绕关键技术群落识别方法、竞争态势分析框架开展多维度探索。

在关键技术群落识别方法方面，研究视角大多集中于关键技术识别方面：一是专利数据挖掘与多维度指标体系构建，郑思佳等提出从专利技术性、经济性和法律性三个维度识别关键核心技术，并且通过引入t-SNE改变以往对于专利数量指标评估的竞争态势方法；^[5]二是关于关键技术演变路径与技术生命周期的划分，侯剑华和范二宝将技术发展划分为新技术类别涌现期、技术完善期、技术调整期三个阶段。^[6]Han等利用专利数据并结合5G技术的生命周期解读5G技术的主要演进趋势，并采用聚类分析来识别引文网络中的社区结构。^[7]在现有关键技术群落识别研究中，仅孙明汉等基于全球PCT专利数据，通过RIT指数构建实现技术群落的量化分类与规模层级划分。^[8]可以看到，现有研究已经开始关注关键技术对科技发展的重要性，但目前对深海科技关键技术群落识别的探索相对较少。

在竞争态势分析框架方面，已有研究主要涉及两个维度。一是关注关键技术专利质量。黄鲁成等在兼顾专利“量”与“质”的基础上，提出“三个侧面与一个综合相结合”的竞争态势分析框架。^[9]王健美等认为，虽然中国专利技术近几年发展非常迅速，但专利技术质量亟须提高。^[10]二是多维度评价模型。杨曦、李旭宏等采用多维度、多层次模型和定量赋权方法，揭示了产业技术领域的竞争格局，以促进我国技术创新与产业发展。^[11][12]现有竞争态势分析框架多基于成熟技术领域的专利数据构建，对深海科技领域专利数据少、技术关联性强的特点适配性不足。^[13][14][15]

在深海科技领域，相关研究主要聚焦于深海技术分类、“卡脖子”技术甄别与产业发展问题。这些为深海科技关键技术的发展提供依据，但仍存在碎片化、深度不足等问题。Cui等系统梳理深海装备的技术分类与发展阶段，明确深海装备技术群落的核心构成，为识别深海科技关键技术群落提供直接的领域划分依据。^[16]刘鹏等针对深海“卡脖子”技术，从五个维度指标体系构建DNN模型，为关键技术群落的“短板识别”提供方法。^[17]孙明汉等发现LNG船舶技术成为全球船舶领域的创新前沿之一，且创新主体正从传统大企业向中小型创新企业与研究机构转移。^[18]Sharma分析深海采矿的技术挑战与经济可行性。^[19]韩立民和梁铄则从深海经济视角分析我国深海产业面临的问题。^[1]

可以看到，关键技术群落识别和竞争态势分析相关研究已成为热点问题，但聚焦于深海科技关键技术的研究较少。石亮等基于专利视角对全球深海采矿技术发展态势进行分析，^[20]刘鹏等提出深海潜水器“卡脖子”关键核心技术甄别框架和关键核心技术竞争态势分析，^[17]为深海科技领域的探索提供一定的理论基础，但由于深海科技覆盖范围较广，因此对深海科技关键技术细分领域认识尚不充分，特别是对微观层面的深海科技关键技术识别与竞争态势分析缺乏较为系统的研究。深海科技处于当今世界科技竞争的前沿位置，对深海资源的高效开发、深海环境的科学探究以及海洋权益的维护等意义重大。在全球各国加大深海科技投入的形势下，进军深海是开发利用海洋资源、保护海洋发展利益、建设海洋强国、维护总体国家安全的必然要求。^[21]基于此，本研究对深海科技领域的技术创新态势、关键技术群落及国际竞争格局进行深入分析，以期为深海科技领域的创新布局与国际竞争策略提供决策参考。

二、深海科技的内涵释义

深海科技是以深海资源开发、环境探测、工程建设和生态保护为核心，依托的是高端装备和前沿技术形成的综合性体系，是推动深海经济发展的关键动力，^[22]其涵盖的领域广泛，包括探测技术、资源开发装备、工程支撑系统、金属矿产资源、油气能源、生命科学与空间利用等，直接关系到国家战略安全与可持续发展。^[1]在装备与技术层面，深海采矿系统、潜水器、海底观测与作业装备的技术发展已初步形成跨学科、系统化格局，既支撑资源勘探与开采，也服务于环境监测与风险评估。^[23]与航天工程类比的研究表明，深海科技需要通过跨领域协作、制度设计与市场机制的结合，实现协同创新与长期战略布局。^[22]此外，深海科技的影响力已超越单纯的技术问题，进入国际治理等层面。深海基础设施与装备研发被视为影响国际秩序与规则制定的重要变量，国家间在技术、制度与治理能力上的竞争正在决定深海利用与保护的方向。^[24]因此，深海科技不仅是经济和科技发展的前沿，而且是全球治理与国家战略博弈的重要支点。

三、研究设计 (一) 研究框架

研究框架(图 1)如下：在第一阶段，收集与处理深海科技相关专利数据；在第二阶段，通过结合技术相对影响力(Relative Impact of Technology, RIT)指标，构建二维散点图以评价技术创新态势，并将收集到的相关专利划分为强势、新兴、衰退和沉睡四种类型；在第三阶段，通过提取专利IPC分类号之间的共现关系，构建反映技术融合趋势的共现网络图谱，并借助网络社群发现算法，识别并绘制深海专利关键技术群落图；在第四阶段，对核心专利进行筛选，利用t-SNE算法的降维可视化，绘制技术原创国竞争态势图谱；在第五阶段，对RIT散点图、关键技术群落图和竞争态势图谱开展深度解析与信息提取，凝练形成高价值技术情报，为科技创新与战略决策提供数据支撑与方向指引。

(二) 研究方法

围绕深海科技领域的关键技术构成与竞争态势进行系统探究，包括技术创新态势分类、关键技术群落识别与国际竞争格局分析三部分。首先，在获得专利数据基础上，借助技术相对影响力(RIT)指标，从时序角度划分技术的创新态势。其次，构建技术共现矩阵，通过社群发现算法识别内部紧密关联的技术群落。最后，聚焦核心专利，运用文本挖掘与降维技术呈现各国在不同技术方向上的布局差异。具体研究方法如下：

1、技术相对影响力RIT指数的计算方法

王冠指数(CWTS)在科研绩效评价中作用显著，Opthof和Leydesdorff在其基础上提出MNCS(Mean Normalized Citation Score)。^[25][26]二者均聚焦学者或机构，用于评估其在特定学科领域相对国际平均科研水平的影响力。基于这两项指标构建技术相对影响力指标，以衡量某一技术在所属学科或部门中相对于平均科研水平的影响力，计算公式为：

$ R I T=\frac{C P P_f}{C P P_s} $

(1)

其中，CPP_f表示某一技术专利的平均被引次数，CPP_s表示该技术所属学科或部门专利的平均被引次数。通过这种计算方法，RIT值能够消除不同学科或领域之间的引用差异，允许对不同技术领域的专利进行横向比较。

2、基于RIT的创新态势分析方法

普赖斯曾提出一项用于衡量不同学科领域文献老化情况的指标，即普赖斯指数。该指数指某一学科内，发表年限在五年内的引文数量与引文总量之比，用以反映文献老化的速度与程度。^[27]受普赖斯指数的启发，尝试构建一种基于RIT的二维创新态势分析图：横坐标表示各IPC技术在1978—2020年(五年以前)的RIT值，纵坐标则表示其在2021—2025年(近五年)的RIT值。结合RIT指标的特性，以点(1, 1)为坐标原点，将分布于四个象限的技术划分为四种不同的创新态势。借鉴张新猛等将人工智能领域技术主题划分为新兴、热点、潜在、衰退及噪音等五类的研究思路，^[28]将这四个象限中的技术分别命名为强势技术、新兴技术、衰退技术和沉睡技术。

3、高频共现网络构建与社群识别方法

以深海科技相关专利为研究样本，提取各专利所含IPC分类号，构建IPC-IPC共现矩阵。其中，节点表示IPC大组，边权代表两IPC大组在同一专利中共同出现的次数。为突出主要技术关联关系，选取共现次数最高的前100组IPC为研究对象，并基于社会网络分析方法，采用Louvain社群识别算法对关键核心技术群落进行聚类识别。随后，通过咨询技术专家对技术群落的技术内涵进行解读。

4、技术竞争态势评估方法

首先, 对核心专利数据集进行筛选，并保留包括标题、摘要、专利权人、国别及IPC主分类号在内的关键字段。其次，采用TF-IDF方法对标题与摘要文本进行清洗与分词处理，构建词项－文档矩阵，将每项专利表示为高维向量。再次，通过余弦相似度度量专利间的技术相似性，并借助t-SNE算法实现降维可视化，将高维相似关系嵌入二维平面，以直观展示技术领域的结构特征。最后，以节点颜色区分专利主题，以点形区分专利原创国国别，并统计各国在不同主题簇的专利份额与密度，形成关键核心技术原创国竞争态势图谱。

(三) 数据来源

借助“智慧芽”(Patsnap)与Incopat专利检索分析平台，以“深海科技”和“深海”为关键词进行专利检索，检索截止日期为2025年6月，共收集到相关专利109838项。鉴于不同数据库之间及同一数据库内部可能存在专利重复，以专利申请号为依据进行去重处理，最终获得74752项专利数据，以此作为后续分析的基础。

四、结果分析 (一) 技术创新态势分析

为分析深海科技专利趋势的演变特征，将专利数据按时间划分为早期(1978—2020年)与近期(2021—2025年)两个阶段进行对比研究。分别统计两个时段内IPC各部的专利数量、总被引频次，并计算平均被引频次，具体结果见表 1。

深海科技领域的专利分布与引用特征呈现出显著的学科偏向性与动态演变趋势。从IPC各部的专利数量来看，A部(人类生活必需)、B部(作业、运输)和G部(物理)无论是在早期还是近期均保持较高水平，累计专利数量分别达到13473项、14944项和14617项，体现出深海科技与机械运输、物理探测及海洋生物资源利用等领域的紧密关联；相比之下，D部(纺织、造纸)专利数量仅为595项，表明其与深海核心技术关联较弱。在专利影响力方面，1978—2020年间，G部、C部(化学、冶金)和B部的平均被引频次居于前列，反映其传统学术与技术影响力较为突出；值得注意的是，在2021—2025年，C部与G部仍保持较高的平均被引频次(分别为4.705、4.506)，表明这两个领域作为当前深海科技发展的研究热点持续存在。这一趋势进一步揭示出深海科技的发展与深海耐腐蚀材料、冶金工程、海洋能转换装备及水下传感器等前沿方向的创新活动密切相关。

为进一步分析技术创新态势，分别计算1978—2020年与2021—2025年两个时间段内各IPC大组的RIT值，并以1978—2020年RIT值为横轴、2021—2025年RIT值为纵轴，以坐标点(1, 1)为原点绘制散点图，结果如图 2所示。

基于RIT值的时序对比分析，图中技术可划分为以下四类：强势技术(878项)在两个时期RIT值均较高，始终保持较高的创新活跃度；新兴技术(1305项)的RIT值在五年以前较低，而近五年变高，是近期快速崛起的潜力领域；衰退技术(805项)是五年以前RIT值高，但近五年较低；沉睡技术(1054项)在早期和近期的RIT值都较低。显然，在深海科技领域中，新兴技术的数量明显多于其他三类，显示出该领域正处于快速演进与技术迭代阶段。为更具体地展现各类技术的构成，表 2列出四类技术中具有代表性的IPC大组及其对应的技术领域。

(二) 关键技术群落识别

通过提取各专利所含IPC分类号，构建IPC-IPC共现矩阵，选取共现次数最多的前100组IPC作为研究对象。以IPC大组为节点，并以IPC大组间的共现次数为边权，采用Louvain社群识别算法对关键技术群落进行聚类识别(图 3)。

识别出的15个技术群落及其关联关系，共同构成深海科技领域的技术关联网络。该网络呈现各群落内部技术关联紧密，而群落之间相对独立的特征。这表明，深海科技领域已形成一个结构分化明确、多学科深度交叉的复杂技术体系。

为从上述复杂网络中系统地提炼各技术群落的核心信息，进一步归纳其技术构成、代表性IPC分类及发展态势(表 3)。

深入剖析这15个关键技术群落，可见其遵循清晰的技术体系内在结构，并依据技术功能与产业角色，形成三个层级分明且相互依赖的类别：作为发展基石的基础支撑类，如耐腐蚀金属材料(#3)、深海电池与储能技术(#4)、深海电缆与导线(#8)等，其技术态势以强势与新兴技术为主，构成领域创新的基础；直接决定深海勘探与作业能力的核心装备类，如潜航装置(#7)、雷达与声呐装置(#12)等，技术态势整体强劲，是当前国际竞争的焦点；代表资源开发利用方向的前沿应用类，如海洋药物(#1)、二氧化碳捕集与封存技术(#13)等，正处于快速发展与探索阶段，新兴技术占比显著。这一从基础到装备，再到应用的完整链条，表明深海科技已形成一个紧密衔接、协同发展的有机整体。

(三) 竞争态势分析

为深入揭示全球范围内主要国家在不同技术方向上的实力对比与竞争焦点，本研究进一步将分析视角从技术内在结构延伸至国际竞争格局。鉴于专利数据中存在大量价值与影响力各异的专利，为避免普通专利稀释核心技术的竞争，首先进行核心专利筛选。综合考量专利类型、同族规模、被引频次、技术宽度和法律状态等指标，从原始数据中识别出真正代表深海科技前沿的核心专利，以此为对象进行后续国家间竞争格局分析。筛选步骤与结果如表 4所示。

通过对初步筛选得到的768项核心专利进行国别与专利权人归属的统计，本研究进一步揭示全球深海科技领域关键核心技术的竞争格局与主导力量。统计结果如表 5所示，展现主要国家及代表性机构在核心专利储备上的数量分布与梯队差异。

由表 5可知，全球深海科技核心专利的国家分布呈现出高度集中的格局。美国、日本与中国构成全球竞争的第一梯队，三国持有的核心专利总量占比超过95%，在该领域占有绝对主导地位。具体而言，美国以290件核心专利领先，展现出最强的综合实力与技术影响力；日本紧随其后，拥有254件；中国以191件位列第三，在数量上与美国、日本存在一定差距。德国、英国等其他国家在核心专利层面的占比极小。这一分布清晰地揭示了当前深海科技领域“美日主导、中国追赶”的基本竞争态势。

上述国家层面的竞争优势，最终由微观层面的创新主体来承载。为深入揭示核心技术的实际掌控者，进一步对专利权人进行分析。表 6列出全球范围内深海科技核心专利储备最为突出的机构。

从创新主体的构成来看，企业无疑是深海科技领域技术创新的核心力量。日本三菱重工与日本电气株式会社分别以16件和14件专利领先，凸显其在高端装备与系统工程领域的强劲实力。相比之下，美国虽在总量上领先，但其核心专利分散于众多企业与研究机构，未能形成具有绝对数量优势的单一龙头。值得注意的是，榜单中也出现挪威阿克尔解决方案有限公司等欧洲企业。反观中国，核心机构未能跻身前列，这表明我国在深海科技领域的专利实力仍待提升。

通过对拥有全球深海科技核心专利的国家与机构分布进行梳理，从数量维度揭示中美日“三足鼎立”但仍存梯次的整体格局。为更清晰、更直观地展现各国在不同技术主题的布局密度与竞争优势，进一步绘制深海科技领域竞争态势图谱(图 4)。

深海科技核心专利在四大主题中呈现出鲜明的国别分布特征。美国在“深海碳封存与功能材料应用”主题占据绝对主导地位，专利数量高达175项，而中国仅有17项；日本在“深海能源开发与通信系统”方面领先，拥有142项专利，而中国为34项。在技术密集度较高的“深海工程施工与探测装备”及“深海电力与智能探测技术”主题，竞争格局趋于多元，日本和美国分别以83项和71项专利暂居前列，中国以71项和69项紧随其后，差距相对有限。

总体而言，美国、日本两国仍在深海科技关键领域中占据制高点，尤其在材料、能源等前沿方向优势显著。中国虽在高端装备制造与智能探测等工程技术领域已逼近国际第一梯队，但在碳封存、能源通信等涉及多学科深度融合与基础创新的板块仍存在较大差距。这一态势既与发达国家长期持续的基础研究投入和龙头企业全球专利布局策略有关，也反映出我国在部分原始创新环节和跨学科协同机制上尚有提升空间。未来应有针对性地强化前沿材料、低碳能源、通信技术与深海场景的交叉研究，系统培育高价值专利组合，并通过深化产学研合作增强核心技术自主掌控能力。

五、结论

本研究通过对全球深海科技专利数据的分析，揭示该领域的技术发展态势、结构特征与国际竞争格局，主要结论如下。

第一，技术发展呈现从“硬装备”到“软硬协同”转变的趋势。分析表明，深海科技的创新重点不再局限于潜水器、作业机械等传统工程装备，而是向数字信息技术、新型材料等基础领域快速拓展。电子器件、信号传输、耐腐蚀高分子材料等方向创新活跃，且保持较高的技术影响力，说明深海科技正成为一个多学科深度交叉、系统性更强的技术体系。

第二，关键技术群落之间存在明显的层次性与依赖性。本研究识别出深海科技领域15个关键技术群落，根据其功能可以划分为三大类：一是基础支撑类(如耐腐蚀材料、储能技术)，二是核心装备类(如潜航器、智能探测)，三是前沿应用类(如海洋药物、碳封存技术)。我国在此竞争格局中的态势呈现清晰的层级差异：在核心装备类领域已快速跟进并接近国际领先水平；在前沿应用类领域虽形成一定规模，但仍与顶尖水平存有不小差距；而在最为关键的基础支撑类领域，技术积累与专利质量最为薄弱。这种“中间强、两端弱”的格局，是导致我国深海科技“专利数量多但核心专利少”这一结构性困境的直接原因。

第三，各国竞争优势源于其不同的技术积累与产业路径。美国在基础材料与前沿技术(如碳封存)上原创能力强，掌控着价值链的高端环节；日本则在能源系统、通信设备等需要精密制造与系统集成的领域优势突出；相比之下，我国目前在技术集成度高的工程装备领域更具优势。这种格局既反映了各国产业基础与研发模式的差异，也呈现出我国需要弥补的短板。

基于以上结论，为提升我国深海科技的创新质量与国际竞争力，提出以下建议。

第一，强化基础领域攻关，补齐关键材料与部件短板。建议科研资源配置向本研究揭示出的薄弱环节倾斜，重点支持深海耐腐蚀材料、高能量密度电池等“卡脖子”技术的研究。鼓励企业联合高校，以产出可替代进口的核心专利为目标，开展长期、稳定的联合攻关。

第二，促进学科交叉融合，培育新兴技术增长点。应有意识地打破学科壁垒，推动信息技术、材料科学的研究力量与深海工程需求对接。建议在科研项目立项与评估中，增设跨学科合作的引导性条款，鼓励在智能探测、新材料应用等新兴方向形成具有自主知识产权的技术群。

第三，依托工程市场优势，拉动产业链整体升级。充分利用我国在深海装备制造与市场应用方面的规模优势，制定鼓励使用国产核心部件和基础材料的政策。通过“需求侧”的牵引，倒逼和带动产业链上游的基础材料、核心元器件和工业软件实现技术突破，形成良性发展循环。