企业间专利资源本体协同构建与实现

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企业间专利资源本体协同构建与实现
摘 要
专利作为企业重要技术资源，直接影响企业的竞争力。企业之间建立专利联盟 ，
进行专利资源共享和协同管理，从而能够有效地利用专利信息，为企业提高自主
创新能力、竞争能力带来了质的飞跃。专利检索是获取专利资源信息的主要途径，
本文通过研究国内外著名的专利信息检索系统，了解到目前使用的专利检索系统
普遍存在检索查全率和查准率偏低、智能化不高，以及无法在海量的专利信息中
准确定位相似专利和相关知识、不能体现用户个性化搜索等不足。本体作为一种能
在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型的建模工具得到越来越多的应用。
本文在研究介绍本体的相关技术的基础上，结合计算机支持下的协同技术，设计
并构建了专利本体库，并结合“同步工程”系统方法来提出一种协同进化构建本
体库的方法分别对关键模块的设计和实现做了深入研究，体现用户与用户之间、
用户与机器之间的协同交互，通过Web 2.0相关技术设计并实现了基于协同构建的
专利本体的专利信息检索系统。本文的主要工作包括以下几点：
1．研究并阐述了本体的相关理论以及应用现状，结合专利信息检索需求和国
际专利分类表的特点，采用Protégé建立初始专利本体库，引入了专利“关联体”
的概念来解决产品所具有的相同概念的多种描述问题，通过机器主动挖掘相关本
体概念与关系，提高建立本体速度，减轻了本体的维护和更新工作。以家电类产
品为例，并主要对电视机类进行细化，构建了初始本体。用来详细说明专利信息
本体的建立和OWL语言描述。
2．结合基于本体的用户偏好模型，为实现满足专利信息的个性化检索，相关
专利知识推送以及专家知识组社群的构建奠定基础。
3．将计算机支持的系统技术包括信息协同、流程协同以及计算协同三方面技术
运用到协同构建专利本体库中，改进传统的构建本体方式，提出了“同步”的方
式并进一步结合计算机对本体概念与关系的发掘方法，给出了一个本体库的协同
建立方法，以减少领域专家的投入以更适应企业需求。
4．详细描述相似专利和相关知识的确定方法，结合专利文献特征构建专利
模型树，通过对语义相似性算法的比较和研究，提出对结合基于专利本体的语义
相似性的协同过滤算法来实现较为精确的相似专利以及相关知识的确定和推荐。
并通过实例验证其有效性。
关键词：本体 专利关联体 协同构建 同步 专利信息检索
ABSTRACT
Patents, as important technical resources of the enterprises, have a direct impact
on the competitiveness of enterprises. With patents alliance built and patents resources
shared among the enterprises, they will be capable of using the patents information
effectively and have a great improvement in independent innovation and
competitiveness.
Patents retrieval is a main approach to get the patents resource information, With
an overall compare and analysis of some famous patent retrieval systems at home and
aboard, we find there are some weaknesses in their low intelligentization hierarchy and
accuracy in the process of searching results of present extensively employed patent
retrieval systems.Morever, they are unable to locate related similar patents information
and knowledgement and lack of personalized search. In this paper, a patent relevant
ontology storehouse is built based on the introduction of some techniques of ontology
and discussion of the techniques in CSCW (Computer Supported Cooperative), and a
method of "parallel” collaborative in building the Ontology storehouse is designed. A
patent retrieval system is built with the application of self-organization theory through
the techniques of Web 2.0.The main works of this paper are as below:
Firstly, researches and expounds the theories and usage of the ontology, combined
with the demands of patent retrieval and characteristics of the IPC (International Patent
Classification), Protégé is used to set up the initial ontology storehouse of the patent; A
concept of patent's "Relevant Ontology" is introduced to solve the problems in multiple
descriptions of the patent with same concept addressed by the mapping function .In that
case, a connection is set up between the ontology storehouse and patent information
database, which will reduce the bulk of the maintenances and updating work. An
example of digital color TV is taken and classified to build initial ontology which is to
describe the details of the build of patent information ontology and the description of
OWL language.
Secondly, a user preference model is built based on ontology to meet the
personalized search and knowledge Push of the related of patent information, and build
a foundation of the expertise patent and knowledge community.
Thirdly, with the technology of CSCW (Computer Supported Cooperative Work),
which is including information, flow, calculation coordination technologies, a
collaborative ontology patent storehouse is built, with putting forward a "parallel"
collaborative construction method of the ontology storehouse, and Combines the
principle of self-organization theory, a related ontology storehouse is set up with the
self-organizing methods in order to reduce the work of experts to suit to business needs
better.
Finally, the determining way of similar patent and related knowledge is described in
details, combines patent model tree built with the characteristics of patent literatures,
and Compares with the semantic similarity algorithm, a collaborative filtering algorithm
based on the semantic similarity of the patent ontology is proposed to realize confirm
and recommend the more precise and similar patents and knowledge, then verifies its
effectiveness through example.
Key Words ： Ontology, Relevant patent ontology, Collaborative
construction，Parallel，Patent retrieval
目 录
中文摘要
ABSTRACT
摘 要................................................................1
ABSTRACT.............................................................1
目 录...............................................................1
第一章 绪 论.........................................................1
§1.1 研究的背景和意义..............................................1
§1.2 相关领域国内外研究状况........................................3
§1.3 论文研究的意义、内容与体系结构................................7
§1.3.1 论文的研究内容............................................7
§1.3.2 研究的意义................................................8
§1.4 研究思路......................................................8
第二章 本体的相关理论及应用.........................................10
§2.1 本体理论.....................................................10
§2.1.1 本体的概念及类型.........................................10
§2.1.2 本体的应用...............................................12
§2.1.3 本体在专利检索中的应用...................................12
§2.2 本体的建模方法...............................................13
§2.3 本体的建模元语...............................................15
§2.4 本体的建模语言...............................................17
§2.5 本体的建模工具...............................................21
§2.6 本章小结.....................................................23
第三章 专利本体库的构建研究.........................................24
§3.1 引言.........................................................24
§3.2 专利信息检索内容描述.........................................24
§3.3 构建专利本体库...............................................26
§3.3.1 本体构建过程.............................................26
§3.3.2 专利本体库的需求分析.....................................26
§3.3.3 专利本体的领域的选取.....................................27
§3.3.4 初始专利本体的构建.......................................28
§3.4 专利信息本体构造与实现.......................................31
§3.5 本章小结.....................................................35
第四章 专利资源本体库协同建立方法研究...............................36
§4.1 引言.........................................................36
§4.2 协同构建方法及技术的研究.....................................36
§4.3 专利本体协同构建过程和方法...................................37
§4.3.1 同步构建过程研究.........................................37
§4.3.2 专利本体的协同构建过程...................................39
§4.4.3 本体关系获取.............................................43
§4.4 用户检索偏好规则的获取.......................................49
§4.5 专利相关知识的确定方法研究...................................51
§4.6 本章小结.....................................................53
第五章 基于专利本体信息搜索系统设计与实现...........................54
§5.1 引言.........................................................54
§5.2 系统实现目标.................................................54
§5.3 系统体系结构.................................................55
§5.3.1 结构模型.................................................55
§5.3.2 功能模型.................................................57
§5.4 系统技术框架.................................................60
§5.4.1 系统开发技术.............................................60
§5.4.2 Jena 推理技术............................................61
§5.4.3 Web2.0 技术的应用........................................63
§5.5 检索方式研究与设计...........................................65
§5.5.1 简单检索.................................................65
§5.5.2 表格检索.................................................66
§5.5.3 逻辑检索.................................................66
§5.6 基于本体专利检索系统应用实例.................................67
§5.6.1 开发及运行环境...........................................68
§5.6.2 系统平台实现.............................................68
§5.7 系统实验结果对比分析.........................................73
§5.8 本章小结.....................................................74
第六章 总结与展望...................................................75
§6.1 总结.........................................................75
2
§6.2 展望.........................................................75
参考文献............................................................77
第一章 绪 论
第一章 绪 论
§1.1 研究的背景和意义
随着我国加入WTO以及经济全球化和贸易自由化进程的加快，专利正在成为
企业资源中最重要的部分，而国家核心竞争力越来越表现为对专利的创造和运用
能力。20世纪80年代开始，美国企业开始了“圈知运动”，到各国去申请专利。国
外跨国公司进入中国市场，往往是“产品未到，专利先行”，先搭起专利保护网，
再投资建厂，组织生产销售。
近些年以来，发展中国家和地区的企业更多地集中于一般制造领域，而发达
国家跨国公司则越来越集中于技术的研发，并以取得专利后开展技术许可贸易垄
断市场利润。例如美国大量工厂外移，已经呈现出制造业的“空壳化”趋势。而专
利贸易是美国的关键经济利益所在。
根据世界知识产权组织的统计，继2007年中国国际专利申请量跻身全球排名
第七位后，2008年中国通过专利合作条约（PCT）途径提交的申请量再创历史新
高，达到6089件，超过英国跃居全球排名第六位[1]。然而大部分国内企业与国外企
业相比，申请专利的企业数量大，规模小，产品开发能力弱，专利申请质量和管
理水平低，产业集群里的低价战略、恶性竞争现象严重，多年来专利成果转化率
较低，对于专利文献信息的利用不够，主要原因就是专利保护乏力。专利联盟作
为一种企业组织形式，以专利或以专利为支撑的技术标准为纽带，在相互协调的
基础上，确立共同目标，谋求共同发展。
国内企业已经认识到以单项专利竞赛为特征的战术竞争正转向以专利组合为
特征的战略竞争。各企业间对专利资源的协同管理十分重要，需要下大力气，联
合起来，建立专利池[2]，甚至和国外企业合作，专利共享，从而在未来的发展中，
取得制高点。
专利影响的只是一个或若干个企业，而标准影响的却是一个产业，甚至是一
个国家的竞争力。一项标准的建立需要多个企业或企业集团持续不断的、数量较多
的、科技含量较高的专利申请才能形成，而这些却恰恰都是我国企业的“软肋”
所在[3]。由于专利具有地域性和排他性，一旦以专利技术为核心建立的标准得到普
及，就会形成一定程度的技术和市场垄断，并可以保护本国技术，发挥技术壁垒
的积极作用。例如，在将国际标准转化为国家标准时加入我国的专利技术，可以
抑制国外技术长驱直入，并在实施该标准时通过交叉许可，以合理的、非歧视性
条件从对手那里获得专利许可，为减少专利使用费创造条件。
1
企业间专利资源本体的协同构建与实现
世界上每年90％～95％的专利信息可在专利文献中查出。充分研究专利文献
可以受到启发，并避免重复研究和技术引进中的失误；进行技术预测，从而确定
企业的技术创新方针；通过分析跨国公司专利申请动向，预测其经营发展方向；
对引进技术或设备做出正确评价。专利信息是蕴含在专利文献中的关于申请专利
的发明创造的技术内容、专利保护的范围以及谁拥有专利、专利是否有效等内容的
信息。有效地利用这些专利信息，将对新产品开发、企业的生存、技术的革新甚至
国家的战略仿真的制定都起到事半功倍的作用。
为了帮助提高我国企业在专利组合中的协同管理能力，帮助提高我国企业在
对外专利战中的协同工作能力，帮助企业协同利用有限的专利资源，提高企业自
主创新能力，为了解决专利资源中的“信息爆炸”和“信息烟雾”问题和提高专
利知识挖掘和分析水平，企业间协同对专利资源本体的管理是非常重要且必要的。
专利检索是企业用户获取专利技术信息的核心，是进行深入专利市场分析的
基础，现有的专利检索信息网例如中国国家知识产权网（http://www.sipo.gov.cn/
sipo/zljs）等都只是根据词汇匹配，即数据库的模糊查询技术来进行检索，未能提
供相似检索的功能，一定程度上限制了查询范围。并且有些产品只是为了达到专
利审查要求的新颖性、创新性，故意使用中文的另一种表达，产生了专利“信息
烟雾”，实际从概念上来理解皆为同一种产品。若想检索同种概念不同产品名称
的专利现有的检索方法和系统亦无法实现。这样无疑会漏掉一些有用的专利信息
也无法高效精确地定位到所需要的专利信息。
本体（Ontology）是一个领域内公认的概念实体的有限集合[4]，可以用来捕
获相关的领域知识，形成对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词
汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇和词汇之间相互关系的明确。人
们已经在知识工程、信息管理和语义Web等方面对本体技术的应用开展了深入研究
将本体技术应用到专利信息检索中，有一定的优势，因为专利信息的格式统一规
范、高度标准化，并且具有统一的分类体系，易于构建专利本体[5]。本体技术的应
用从概念层次能够使专利避免“信息烟雾”，根据专利的内在特征和价值进行判
断、关联、重组，帮助人们了解行业技术发展及衍变趋势，为企业进行技术能力比
较分析、竞争战略决策和专利战略奠定了基础。
传统的本体构建方法是先建立专利资源库，在专利搜索和重用的难度变得难
以忍受时才开始本体建立的“串行”建立过程，包括企业间本体协同开发的原理
权限研究，以及体系模型、专家知识组社群的建立，这样的传统构建机制存在着
参与人数较少，构建的本体较为片面、难以推广等方面的缺陷。而本论文将本体建
立的“串行”建立过程转变为本体的“同步”建立过程，即在建立专利资源库的
2
第一章 绪 论
同时建立和使用专利资源本体，这样的构建机制提高了构建效率，缩减了构建本
体库周期，同串行时保证企业间的专利资源协同管理在面对海量的专利资源时，
仍具有较好的性能。文章中将采用Web2.0信息技术和信息有序化方法，支持企业
协同发现隐瞒的“专利地雷”，协同清理“专利烟雾”，提高专利资源的查全率
和查准率，并将协同技术、信息技术、本体技术和自组织管理方法集成在一起，用
于更有效地进行专利资源本体的建立与管理。
§1.2 相关领域国内外研究状况
一、本体研究现状：
本体是一种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型的建模工具，可
以用来捕获相关的领域知识，形成对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同
认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇和词汇之间相互关系的
明确定义。本体的研究得到了国内外的广泛关注，尤其是在国外，许多研究组织
和机构都研究建立了各种各具特色的本体。关于本体的研究遍布人工智能、信息管
理、信息检索、知识管理、数字图书馆、软件复用等相关的各个领域。
20世纪80年代末至90年代初，哲学领域的概念“Ontology”被AI领域所借鉴
[6]，本体的建模方法也初步确立，本体论把知识工程中的知识向更深入的方向推
进 。 近 年 来，国外对本体建模作了大量研究。W3C(World Wide Web
Consortium，“万维网联盟”)致力于本体的研究始于2001年，几乎和对语义网的
研究同步开始。主持研究的是Web-ontology工作组，工作组一开始就将自己的研究
定位于为语义网的创建打基础。2004年2月10日，OWL己成为了W3C的正式推荐
标准。OWL的设计目的是要让软件代替人工来进行信息内容的加工。OWL促进了
XML、RDF（S）支持的Web内容在机器间的互操作性。德国卡尔斯鲁厄大学AIFB
研究所已经基本完成和正在进行的有关本体研究课题项目共有20项，课题范围涉
及知识管理、知识表示与推理、语义网、本体工程、万维网系统、知识门户、数据和
文本挖掘、代理系统、语义标引、机器学习、形式概念分析、办公信息系统、商业过
程分 析等十余个领域。美国斯坦福大学的知识系统实验室KSL （Knowledge
Systems Laboratory）[7]，无论是在本体建模工具领域，还是在本体应用层面的研
究方面，都站在了知识工程领域的最前沿。早在1993年就提出了“本体”在知识
工程领域的定义，现在的研究方向包括知识共享技术、物理系统的建模与分析以
及应用性智能系统等。
本体的应用方面最早由DanBrickley和Libby Miller提出。FOAF（Friend-Of-A-
Friend）来自libpedia[8]，是一种采用RDF语言对人进行描述的元数据格式，由元
3
摘要：

企业间专利资源本体协同构建与实现摘要专利作为企业重要技术资源，直接影响企业的竞争力。企业之间建立专利联盟，进行专利资源共享和协同管理，从而能够有效地利用专利信息，为企业提高自主创新能力、竞争能力带来了质的飞跃。专利检索是获取专利资源信息的主要途径，本文通过研究国内外著名的专利信息检索系统，了解到目前使用的专利检索系统普遍存在检索查全率和查准率偏低、智能化不高，以及无法在海量的专利信息中准确定位相似专利和相关知识、不能体现用户个性化搜索等不足。本体作为一种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型的建模工具得到越来越多的应用。本文在研究介绍本体的相关技术的基础上，结合计算机支持下的协同技术，设计...

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