目前,针对同族专利的分析有检索列表浏览法、数量统计法、同族专利解析表和可视化4种。检索列表是对专利检索系统检出的同族专利进行简单的罗列,用户在使用时按照页码进行翻页,分析效率不高,欧洲专利局和德温特专利数据库均采用该方法。数量统计法则是通过对专利的同族专利数量进行统计分析,用以作为判断专利重要性的参考指标之一^{[ 2]},一般在进行专利价值评估和专利战略分析等宏观层面使用^{[ 3, 4]}。同族专利解析表是对检索列表进行人工改写,在一张表格中顺序列出每个同族专利的“国家、申请日、申请号、主标识、辅标识、公开日、公开号、优先权”等信息^{[ 5]}。同族专利解析表侧重于微观层面的分析,其优点是解析信息易扩展、分析结果有条理,不足之处在于其内容均由人工完成,在同族专利数量较多时,人力成本增加,而且表格的浏览方式使得使用者很难快速准确地定位所关注的信息。同族专利可视化分析以商业专利检索系统SooPAT为典型^{[ 6]},提供了同族专利发展图、星形图和花形放射图三种可视化分析图形。该系统的同族专利数据更新较欧洲专利局具有明显的延迟,其可视化显示以专利公开号、公开日为主,且在同族数量较多时可读性降低,服务由最初的免费转向收费。

基于以上分析,设计开发一个能够全面并高效地获取同族专利数据、多角度展示同族专利所蕴含的各类信息的同族专利分析工具是十分必要的。

信息可视化是利用计算机支撑的、交互的、对抽象数据的可视表示,来增强人们对这些抽象信息的认识^{[ 7]}。其内涵是将数据通过图形化、地理化形象真实地表现出来并且找到数据背后蕴含的信息^{[ 8]}。在各种可视化技术中,基于双曲几何的双曲树是操纵大型层次结构数据方面应用广泛的可视化技术之一^{[ 9]}。同族专利集合经过适当的变换可转换成树形结构,而且转换后的树形结构具有数据节点多、申请时间跨度长等特点,与双曲树可视化具有很好的拟合性。

本文构建的同族专利分析工具采用信息可视化的原理,按照同族专利的优先权时间和申请国将同族专利转化成两种树形结构,进而基于双曲树算法把同族专利之间的关系以树形结构形象化地展示出来。具体的转换规则如下:

(1)以被分析专利作为树形结构的根节点;以被分析专利所有同族专利的共有优先权日期集合为根节点的子节点集合,即二级节点集合;将具有相同优先权日(二级节点集合中的单个节点)的专利集合按照公开日期进行排序,作为二级节点的三级、四级……子节点,形成树形结构。

(2)以被分析专利作为树形结构的根节点;以被分析专利所有同族专利的所属国集合为根节点的子节点集合,即二级节点集合(相同的元素合并后节点集合元素唯一);将所属国相同的专利集合按照公开日期进行排序,作为二级节点的三级、四级……子节点,形成树形结构。

同族专利可视化分析系统框架主要由同族专利信息的采集、清洗转换和可视化分析几个功能模块组成。同族专利信息主要来源于欧洲专利局的官方检索平台INPADOC数据库。在同族专利采集过程中引入搜索引擎技术,以实现同族专利信息的搜索;清洗转换采集的同族信息提供给分析引擎进行分析并存储;采用可视化手段呈现分析结果。系统的结构框架如图1所示:

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 同族专利可视化系统结构框架

同族专利可视化分析工具的界面设计如图2所示:

图2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 同族专利可视化分析工具主页面

菜单栏主要包括:文件、模式、显示、语言、帮助5个菜单项;工具栏主要包括:打开、保存、搜索、网络连接、背景设置、根节点、截图、图形样式、主页链接、退出10项;界面下方为可视化图形输出区域。

该工具支持输入专利同族信息实时搜索与可视化呈现,也支持图形文件“打开”对离线的数据进行可视化呈现。

同族专利可视化分析工具的功能设计如下:

(1)同族专利数据搜索。在工具栏的搜索文本框中输入待分析专利,点击搜索按钮获取同族专利数据。

(2)同族专利数据可视化表示。搜索到的同族专利数据以双曲树的形式显示在图形区,通过菜单栏的模式按钮在优先权模式和国家模式之间进行可视化图形的切换。通过菜单栏的显示按钮使节点显示内容在专利申请人、发明人、公开日、国际分类号、欧洲分类号或美国分类号之间切换。通过鼠标单击专利节点将其布置在屏幕中心。

(3)查看同族专利详细信息。对于屏幕中心的专利,单击菜单栏的网络连接,调取专利在欧洲专利局的详细信息页面。

(4)图像文件的保存。截取可视化结果为JPG格式的图片,或通过类的序列化将其保存到硬盘,再通过文件打开进行可视化输出。

(5)可视化图形样式设置。应用工具栏中的背景和图形样式设置,修改背景、图形节点、连线和文字颜色。

选取同族专利数据库收录范围广、更新及时且免费的欧洲专利局INPADOC数据库为同族专利搜索来源^{[ 10]}。以C#语言Web请求类HttpWebRequest向服务器发送GET请求,请求内容设置如下:

"Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.htm&r=1&p=1&f=G&l=50&d=PTXT&S1={0}.PN.&OS=PN/{0}";//{0}为专利号的占位符

请求返回包括同族信息的HTML页面,应用以下正则表达式进行同族信息的提取:

"

Inventor:

双曲树算法是将树结构在双曲空间进行布局,然后映射到欧式空间的庞莱卡圆盘进行显示,映射示意图如图3所示:

图3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 双曲空间映射示意图

欧式空间中两个相同大小的区域离庞莱卡圆盘中心越近,在双曲空间中所占用的空间越小;反之,双曲空间中两个大小相同的区域离原点越近在庞莱卡圆盘中所占用的空间越大。当关注的树节点被放到双曲空间的原点后,欧式空间中该节点显示在圆盘中心(电脑屏幕中心),且占用的空间最大。

算法包括双曲空间树节点布局,双曲空间向欧式空间映射两个主要步骤。将树的根节点坐标设置为双曲平面的原点(0,0);把根节点的扇形区域平分给根节点的子节点,每个二级子节点拥有自己的扇形区域,再把每个二级子节点的扇形区域平分给其三级子节点,依次类推进行节点的分布;采用庞莱卡投影把双曲空间中的点映射到欧式空间的庞莱卡圆盘上。具体技术实现步骤如下:

(1)以复数类HTCoordinate(double x, double y)表示双曲空间中点坐标,复数的实部、虚部分别与双曲空间中点的横、纵坐标对应,扇形类HTSector(HTCoordinate p1,HTCoordinate p2)表示双曲空间中的扇形区域;

(2)在双曲空间中对树结构中的每个节点进行布局,除根节点布局在原点(0,0)外,其他子节点调用如下布局过程进行坐标的递归设置;

HTCoordinate w = parent. Coordinates();//当前父节点坐标

double angle = sector. Angle();//当前节点父节点所拥有的扇面

z.x = length * Math.Cos(angle);//当前节点相对于父节点的位置坐标

z.y = length * Math.Sin(angle);

z.Translate(w);//经过变换设置当前节点在双曲空间中的坐标

其中,坐标变换函数HTCoordinate.Translate(HTCoordinate w)的变换规则如下:

double deltax = x * w.x + y * w.y;

double deltay = y * w.x - x * w.y;

double newx = x + w.x;

double newy = y + w.y;

x = (newx * deltax + newy * deltay)/(deltax * deltax + deltay * deltay);

y = (newy * deltax - newx * deltay)/(deltax * deltax + deltay * deltay);

(3)将双曲空间点Z的坐标映射到欧式空间,映射规则如下:

x = Math.Round(z.x * (double) max.x)+ org.x;

//max为庞卡莱圆盘的大小

y =-Math.Round(z.y * (double) max.y)+ org.y;

//org为庞卡莱圆盘中心的欧式空间坐标

可视化图形的输出基于微软.NET Framework 3.0绘图技术开发框架Windows Presentation Foundation(WPF)实现,分别进行节点和连线的图形渲染:

DrawingContext g=new DrawingContext();

g.DrawRectangle(nodeFillColorsBrush,nodeBorderColorPen,x, y, width, heigh);

g.DrawLine(lineColorPen,StartPoint,EndPoint);

通过对同族专利数据的转换与双曲树算法的实现,同族专利可视化分别在“优先权模式”和“国家模式”下进行,如图4和图5所示:

图4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 优先权模式下的同族专利可视化表示

图5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 国家模式下的同族专利可视化表示

(1)“优先权模式”下首先关注被分析专利在世界范围内的同族专利所有优先权日期,距离被分析专利最近的一层为优先权日;然后,对同一优先权日下的专利按照国家进行划分,形成第二层分支结构;最后,就同一国家下的专利按照公开时间进行更深层级的排序。

(2)“国家模式”下首先关注被分析专利在各个国家的同族专利申请情况,距离被分析专利最近的一层为国家缩写代码;然后,依据同族专利在各国的优先权日对该国范围内申请或授权的同族专利进行划分,形成第二层分支结构;最后,就同一优先权下的专利按照公开时间进行更深层级的排序。

两种模式使用户可以迅速获取“被分析专利在哪里有同族,优先权在什么时候,来自哪个国家”等信息,并按照用户的关注内容进行专利的“申请日、申请人、发明人、国际分类号、欧洲分类号、美国分类号”等显示内容的切换。