物聯網縱橫：我國物聯網研究進展與態勢

趙蓉英 ，亓永康 ，王 旭

（1.武漢大學中國科學評價研究中心，湖北 武漢 430072；2.武漢大學信息資源研究中心，湖北 武漢 430072；3.武漢大學信息管理學院，湖北 武漢 430072）

0 引言

在當今飛速發展的網絡時代，以互聯網為代表的信息化革命改變著傳統的生活方式，促進了人類社會的發展和進步。受益于信息通信技術的創新，物聯網產業正加速構建網絡化、數字化、智能化的世界。1999年，美國麻省理工學院（MIT）首次提出物聯網這一概念。2005年11月，國際電信聯盟（ITU）發布了題為《ITU Internet reports 2005——the Internet of things》[1]的報告，正式提出了物聯網（Internet of Things）這一名詞。2009年，溫家寶總理發表了題為《讓科技引領中國可持續發展》[2]的重要講話，指出“要著力突破傳感網、物聯網關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術研發，使信息網絡產業成為推動產業升級、邁向信息化的 ‘發動機’”?！笆濉逼陂g，中國政府不斷加強對物聯網發展的頂層設計，國務院和各部委相繼出臺政策文件，從全局性角度出發對物聯網發展進行系統考慮，明確了發展目標和下一階段發展思路。2017年1月，國務院發布《“十三五”國家信息化規劃》[3]明確了物聯網產業“十三五”的發展目標：完善技術創新體系，構建完善標準體系，推動物聯網規模應用，完善公共服務體系，提升安全保障能力等。物聯網作為我國的戰略性新興產業之一，已經滲透到各行各業，隨著物聯網智能化水平的不斷提高，未來發展前景廣闊，學術界對物聯網的研究也必將呈現蓬勃發展之勢[4]。“論文”是科學研究成果產出中極為重要的形式[5]，在現有學者研究基礎上，為了更好地把握物聯網研究前沿，本文基于文獻計量方法對國內物聯網研究文獻的知識結構和特征作系統的梳理與分析，并利用可視化分析方法對物聯網領域研究主題及熱點演化趨勢進行解讀，以期發現前沿熱點、預測研究方向，為后續研究提供借鑒與參考。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本文以中國知網學術期刊全文數據庫與博碩士學位論文全文數據庫作為來源數據庫，以主題=“物聯網”或篇名=“物聯網”進行精確檢索，檢索年限為所有年份，其中期刊論文來源期刊類別=“CSSCI and核心期刊and SCI來源期刊and EI來源期刊”，檢索時間為2018年10月21日。經篩選剔除掉與研究主題無關及相關度較低的無效文獻后，得到有效期刊論文4869篇，博碩士學位論文7235篇。

1.2 研究方法

本文研究主要采用文獻計量分析法、聚類分析法、知識圖譜可視化分析法，以橫向視角對國內物聯網研究的發文數據進行統計并對年度分布情況、來源期刊分布情況、來源基金分布情況、高產作者和機構分布情況、高被引論文情況進行分析與解讀，同時借助 Ucinet、Netdraw、CiteSpace 及VOSviewer等可視化軟件繪制作者共現、研究熱點和演化趨勢知識圖譜來揭示文獻的知識結構、知識特征，并以縱向視角對我國物聯網領域研究態勢做綜合分析。

2 縱觀之察：我國物聯網研究的進展

2.1 物聯網研究年度發文量分布

圖1為國內物聯網研究期刊論文與學位論文年度分布情況，7235篇學位論文包括449篇博士學位論文和6786篇碩士學位論文。國內關于物聯網研究的學位論文最早出現在2004年，華中科技大學的陳俊在碩士學位論文《基于Auto-ID技術的供應鏈模型》[6]中闡述了基于Auto-ID技術構建藥品和設備的物聯網供應鏈模型；最早的關于物聯網研究的期刊論文出現在2005年，石靈云在《EPC系統在物流中的應用實現》[7]一文中介紹了EPC系統（物聯網）物品識別模型的實現。在2009年之前，國內關于物聯網的研究處于起步階段，未受到廣泛關注，期刊論文與學位論文發文量均在較低水平。從2010年開始，發文量迅速增加，期刊論文與學位論文當年發文量分別達到183篇與95篇，2011年超過上一年兩倍，期刊論文發文量在2014年達到最高值為694篇，學位論文在2016年達到最高值為1194篇。從整體看，經歷了最初的緩慢發展階段，在近年來受關注度大幅提升，2010年以來國內關于物聯網的研究發文量呈逐年遞增趨勢，相關研究論著取得顯著增長，并且在當前大數據和互聯網+蓬勃發展的背景下，可以預期在未來幾年中關于物聯網的研究還會持續升溫。

2.2 物聯網研究論文來源期刊分布

圖1 國內物聯網研究論文年度分布

經統計分析發現，國內關于物聯網研究的4869篇期刊論文刊載于814本期刊。其中317本期刊僅刊載1篇論文；論文刊載量不超過3篇的期刊有527本，占期刊總數的64.74%；論文刊載量超過刊均刊載量（刊均刊載量≈5.98篇）的期刊共計193本；論文刊載量超過50篇的期刊共計20本，合計刊載論文達到論文總數的31.83%，如表1所示。

表1中所列論文刊載量最高的期刊是《物流技術》，刊載219篇論文，占總數的4.10%。20本期刊中有10本期刊屬于計算機、電子技術領域，可見關于物聯網技術的研究，特別是物聯網核心架構的研究是當前國內學者關注的重點?！督K農業科學》、《農機化研究》載文量分別為75篇、64篇，在物聯網研究的論文中占有較高比例，說明農業領域的物聯網研究也是當前頗受關注的熱點之一。

2.3 物聯網研究論文基金分布

研究基金項目資助發表論文的情況，不僅可以了解該領域相關研究的受重視程度及當前的研究前沿或熱點，還可以反映該領域研究論文的質量水平。本文統計了期刊論文與學位論文受基金資助論文數量分別位居前十位的基金，得到物聯網研究論文受基金資助情況分布表，如表2所示。

從整體看，期刊論文受基金資助比例明顯要高于學位論文，基金資助期刊論文數量位居前十位的基金累計資助了超過35%的論文，而學位論文則占比不到7%，存在較大的差距，且期刊論文受基金資助更為集中。從個體看，期刊論文方面，受國家自然科學基金資助的論文數位居首位，達到962篇，占全部論文的19.76%；國家高技術研究發展計劃（863計劃）、國家社會科學基金、國家科技支撐計劃、國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）資助的論文數量也均超過了90篇。這五項基金作為國家重點的基金項目，憑借其巨大的影響力度及資金資助力度對物聯網的研究提供了極大的助力。學位論文方面，受基金資助的論文數量較少，基金分布也相對較為分散，但受國家自然科學基金資助的論文數量也仍然位居首位，共計252篇，占全部學位論文的3.48%，且位居前列的基金均為國家級基金項目，為物聯網領域相關的研究提供了支持。

表1 物聯網研究論文來源期刊分布（載文量≥50篇）

表2 物聯網研究論文受基金資助情況分布

2.4 物聯網研究核心作者群及機構分布

為了更好地體現國內學者在物聯網研究的成果和合作情況，界定物聯網研究領域的核心學術團體，本文抽取發文量不少于6篇的作者共計128位，繪制物聯網研究發文作者共現知識圖譜，如圖2所示。

圖2 物聯網研究作者共現知識圖譜

在圖2中，作者節點是以點度中心性的大小作為可視化的標準，節點越大代表該作者在網絡中的重要程度越高；連線粗細表示節點間合作強度的大小，連線間的數值表示節點間合著發表論文的次數。從合作網絡整體看，國內物聯網研究的學者形成了多個比較明顯的合作團體，且合作團體多核心趨勢顯著，這些具有明確核心的合作團體在物聯網研究中輻射范圍廣、影響力高，所取得的科研產出也處于領先位置，其中以來自中國礦業大學的丁恩杰、張申為中心的學者團體最為突出，兩人合作發文11篇，超過了絕大多數學者的發文量。此外，曲立國、唐超禮、陳珍萍、黃友銳，李瑾、馮獻、郭美榮，李成棟、汪明、張桂青，李國強、張杰、鄭國清也分別組成了多核心合作團體，發文量處于領先位置。多核心合作團體的形成有力保障了核心團體的穩定性，各核心學者憑借自身的影響力將團體更好地進行融合，集思廣益，相比較單核心合作團體具有更高的影響力、凝聚力和穩定性。

此外，筆者對所得文獻的作者及機構進行統計分析，在不區分研究者署名順序與單位署名順序的情況下，4869篇期刊論文共涉及9703位作者。其中，發文量不少于2篇的作者有2375位，占總數的24.48%；發文量5篇以上的作者211位，僅占總數的2%。共涉及4716個機構，發文量不少于2篇的機構有1134個，占總數的24.05%；發文量5篇以上的機構191個，占總數的4%。以發文量不少于10篇作為標準選取高產作者，得到11位作者；以發文量不低于40篇作為標準選取高產機構，得到11個機構。以此構建了物聯網研究的高產作者與高產機構表，如表3所示。

通過表3分析發現，在11位高產作者中有3位來自中國礦業大學，分別是丁恩杰（19篇）、張申（19篇）、譚章祿（13篇），丁恩杰、張申同以 19篇的發文量位居首位。同時，中國礦業大學也以85篇發文量占據高產機構的第二位，中國礦業大學成立了物聯網（感知礦山）研究中心，為物聯網研究提供了全方位的支持，其學者在物聯網領域的研究中占得先機并取得突破與學科建設的重視程度是密不可分的。南京郵電大學以97篇的發文量高居首位，占有較大領先優勢。調研發現，南京郵電大學以建設全國唯一物聯網為特色的國家大學科技園為目標與南京市政府聯合共建了南京郵電大學物聯網科技園，科技園充分發揮南京郵電大學的人才和科技資源優勢，借助政府資金政策支持，推動了物聯網產業的發展，基于此科技園形成的規模效益，南京郵電大學在我國物聯網研究領域占有重要地位。此外，在11位高產作者所在的9個機構中，包括6所高校和3所研究所，其中中國科學院計算技術研究所的崔莉（16篇）和中國社會科學院文學研究所的劉方喜（13篇）位居第三和第四位，中國科學院與中國社會科學院作為國內自然科學與社會科學最高的學術科研機構，憑借其學科綜合性強、學術資源豐富、科研實力雄厚的優勢在物聯網研究中具有極高影響力。

筆者對所得文獻數據的“作者機構”做進一步處理，抽取了發文量不少于8篇的82個機構構建合作頻次矩陣并繪制了國內物聯網研究機構共現知識圖譜，如圖3所示。

表3 物聯網研究高產作者與高產機構

圖3中，只保留了發文量不少于8篇的機構間存在合著情況的機構節點，機構節點是以點度中心性的大小作為可視化的標準，節點越大代表該機構在網絡中的重要程度越高，連線粗細表示機構間合作強度的大小，連線間的數值表示機構間合著發表論文的次數。發現形成了4個顯著的機構合作團體，分別是以南京郵電大學、中國礦業大學、中國科學院為中心的合作團體及農業領域的高校、研究所共同組成的合作團體，其中農業領域的合作團體各機構間合作更為緊密。

2.5 物聯網研究高被引論文分布

高被引論文具有較高的學術參考價值和較強的學術引領作用，一般會在該領域得到研究者的有效利用[8]。筆者統計得到國內物聯網研究被引頻次較高的論文，發現在4869篇期刊論文中被引頻次不少于10次的有1159篇，達到總數的23.80%；被引頻次不少于50次的有199篇，超過總數的4%。以被引頻次不少于400次為標準，統計得到高被引論文11篇，繪制物聯網研究高被引期刊論文表見表4；在7235篇學位論文中存在被引的共2077篇，占總數的28.71%，被引頻次不少于10次的有688篇，達到總數的9.5%，以被引頻次不少于80次為標準，統計得到高被引論文10篇，繪制物聯網研究高被引學位論文表見表5。

從整體看，統計所得的11篇期刊論文與10篇學位論文大多數發表于2010年至2013年，即關于物聯網的研究廣泛興起且研究成果高速增長階段，并且期刊論文的總體被引頻次與下載次數均高于學位論文。期刊論文因其精煉概括、創新性強的特點相較于學位論文在物聯網相關研究中更受學者的關注；11篇高被引期刊論文有8篇刊載于計算機信息技術領域的期刊，可見無論是在數量還是質量上，計算機技術在物聯網研究中都扮演著重要角色；10篇高被引學位論文中碩士、博士學位論文各有5篇，其中有5篇來源于北京郵電大學，展現了北京郵電大學在物聯網研究領域的優勢。從個體看，高被引期刊論文中北京郵電大學的孫其博等所作《物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述》[9]一文以1714次的被引量和31761次的下載量高居首位（被引頻次與下載次數均截止到檢索日期），該文從物聯網基本概念和特征入手詳解了物聯網體系架構，歸納了物聯網涉及的關鍵技術，最后總結了物聯網發展現狀并提出了物聯網標準化發展建議，是物聯網研究最早最全面的論述；被引頻次較高的論文分別對物聯網服務模式[10]、技術應用[11]、體系結構[12]、國內外發展對比[13]等方面進行研究并提出觀點，為后續研究奠定了良好基礎。

圖3 物聯網研究機構共現知識圖譜

表4 國內物聯網研究高被引期刊論文（被引≥400次）

表5 國內物聯網研究高被引學位論文（被引≥80次）

3 截面之鏡：我國物聯網研究的態勢

3.1 物聯網研究主題分布

對物聯網研究領域的相應主題和熱點展開分析，有利于對該領域研究內容框架的設計與創新[14]。通過對所得期刊論文數據的統計分析，共計10194個關鍵詞分布在4869篇相關研究文獻中，篇均關鍵詞約2.09個。抽取其中出現頻次不小于18次的關鍵詞共計72個，制成物聯網研究熱點關鍵詞頻次表見表6，抽取頻次不少于10次的關鍵詞共計196個，繪制物聯網研究關鍵詞共現知識圖譜見圖4。

表6 國內物聯網研究熱點關鍵詞頻次（頻次≥18次）

圖4 物聯網研究關鍵詞共現知識圖譜

圖4中高頻關鍵詞的字體越大代表該關鍵詞出現的頻次越高，其在整個網絡中的影響也越高，節點越大代表關鍵詞權重越高，即為研究主題的熱點所在。經研讀文獻并結合關鍵詞頻次表與共現知識圖譜發現，我國物聯網研究主題主要包括基礎理論、技術開發、應用產業鏈三個方面。

（1）物聯網基礎理論。該主題主要針對物聯網的概念、特征與分類和物聯網延伸理論兩大類。①物聯網概念、特征與分類。當前主要研究有：黃映輝[15]等從“物聯網”這個詞語的語義角度對物聯網進行了科學的定義及性質的劃分，把物聯網性質分為主性與屬性；王瑞剛[16]從“物”的屬性——智能體的角度指出物聯網的主要特征并分析物聯網基本概念與網絡應用關系，提出物聯網理論基礎體系架構；沈蘇彬[17]等從物聯網體系結構角度，討論了物聯網技術范疇、關鍵的理論以及物聯網技術標準化問題。②物聯網延伸理論。當前主要研究有：李德仁[18]等從總結數字城市建設和發展的成就出發，基于智能傳感器網和對地觀測網等物聯網新技術的浪潮，探討了數字城市發展到智慧城市的必然趨勢和基礎理論；王維秋[19]等通過文獻調研統計分析發現智慧圖書館的理論演進歷程大致分為理論萌芽、理論爭鳴和理論發展三個階段；何愉舟[20]等分析設計了健康信息服務管理的物聯網部署和大數據處理模型，形成智能建筑健康信息服務管理系統的集成框架。

（2）物聯網技術開發。該主題主要針對物聯網核心技術與支持技術的開發與利用兩大類，涉及到的關鍵詞有物聯網技術、RFID、無線傳感器網絡、互聯網+、大數據、ZigBee、射頻識別等。①物聯網核心技術開發與利用。當前主要研究有：劉強、崔莉[21]等以傳感器網絡為例詳細論述了物聯網的關鍵技術并以環境監測為例說明了物聯網的典型應用；謝磊[22]等以RFID的數據管理為切入點，從算法、協議以及性能評測3個層面對RFID的研究工作進行闡述與分析，突出了RFID的防沖突算法、認證與隱私保護協議以及真實環境下系統的性能評測與分析；錢志鴻[23]等在分析無線傳感器網絡技術成熟度的基礎上，從技術層面闡述了無線傳感器網絡與物聯網之間的相互關系，總結了無線傳感器網絡系統執行所需要的關鍵技術；陳琦[24]等提出了基于ZigBee/GPRS的物聯網網關系統，實現了傳感網與電信網絡之間的數據傳送、不同類型感知網絡之間的協議轉換，以及對傳感器網絡的管理控制。②物聯網支持技術開發與利用。當前主要研究有：李德仁[25]等針對傳感器網對智慧城市的大數據進行分析，論述了云計算與數據挖掘并提出了云平臺的基礎框架；李伯虎、張霖[26]等提出了面向服務的網絡化制造新模式——云制造，并就基于云仿真原型平臺的云設計對物聯網云制造做詳細闡述；廖建尚[27]利用TUN服務實現了智能網關的無線模塊設計，并實現感知層的采集類節點和控制類節點設計，驗證了IPv6異構型智能網關在農業物聯網數據采集和設備控制的有效性。

（3）物聯網應用產業鏈。該主題主要針對物聯網技術的應用及相關產業鏈的構建開發，涉及到的關鍵詞有：物聯網產業、區塊鏈、智能化、智慧城市、智慧圖書館、產業鏈、信息化、數字化、農業信息化等。當前主要研究有：鄔賀銓[28]從物聯網基礎出發，指出物聯網產業與應用在未來發展中面臨的挑戰以及我國發展物聯網技術需要關注的問題；唐亮[29]從理論依據、產業鏈構成、產業鏈的關鍵關節等角度對我國物聯網產業鏈進行了解讀，從宏觀角度分析了制約我國物聯網產業發展的關鍵因素；李瑾[30]等結合中國農業物聯網產業現狀，從加強農業物聯網關鍵技術研發與平臺建設、完善產業發展資金扶持政策、培育農業物聯網產業集群、創新農業物聯網商業運作模式和服務推廣等方面提出了加快農業物聯網產業發展的對策與建議；葉小榕[31]等提出借助物聯網中的二維碼、RFID和NFC實現供應鏈各主體數據的自動化上傳，利用區塊鏈完整保存了整個供應鏈各主體的數據，保證了數據公開透明、可追溯且不可篡改，使供應鏈系統更加安全可信；葛琳[32]等提出了基于區塊鏈技術的輕量級物聯網信息共享安全框架，采用數據區塊鏈和交易區塊鏈相結合的雙鏈模式，通過改進的拜占庭容錯機制共識算法，提升數據效率并實現隱私保護。

3.2 物聯網研究演進趨勢

國內物聯網領域的研究主題和研究階段也是不斷變遷的。筆者利用CiteSpaceV軟件繪制了國內物聯網領域研究的高頻關鍵詞時區演進知識圖譜如圖5所示，試圖通過揭示物聯網研究的關鍵詞演進趨勢，厘清其發展脈絡。結合圖5的知識圖譜和相關研究文獻，以主題演進和研究深度為標的，大致將國內開放數據研究劃分為3個階段：萌芽——理論研究階段（2005—2009年）、成長——技術擴展階段（2010—2014年）、發展——應用創新階段（2015年至今）。

（1）萌芽——理論研究階段（2005—2009年）

圖5 物聯網研究時區演進知識圖譜

由圖譜可見，物聯網技術、RFID、傳感器、供應鏈等關鍵詞在2005年開始出現，關鍵詞節點較大并得以延續。國際電信聯盟在2005年世界信息峰會上提出“物聯網”這一名詞，由此引發了全社會與學者群體對物聯網的廣泛關注，基于物聯網的研究由此開展，關于物聯網定義、性質、類型、經濟效益、社會效益的基礎研究也逐步展開，國內主要學者在這一階段開始將視線著眼于物聯網國際研究前沿，為物聯網后續發展奠定基礎。

（2）成長——技術擴展階段（2010—2014年）

由圖譜可見，2010—2014年間關于物聯網研究的關鍵詞大幅增加，主要有云計算、無線傳感器網絡、大數據、ZigBee、人工智能、感知層、智慧城市、智能化、信息化等。金融危機爆發后，全球各國迫切需要尋求路徑擺脫經濟危機困擾，物聯網在這一時期作為互聯網新興勢力成為普遍關注的新的經濟增長點。

2009年，溫家寶總理在視察無錫新區時提出“要建設‘感知中國’的中心，將其打造成為中國傳感網技術創新的核心區”，將傳感網與物聯網核心技術的擴展推上了發展高峰；2011年，工業和信息化部發布《物聯網白皮書（2011年）》[33]，系統梳理了物聯網架構、關鍵要素、技術體系、產業體系、資源體系。進入大數據時代，信息化、智能化成為發展新潮，2014年谷歌收購全球最大智能家居企業Nest引領了物聯網智能化的新突破。

（3）發展——應用創新階段（2015年至今）

由圖譜可見，2015年以來，國內關于物聯網的研究愈加廣泛，研究的主要關鍵詞有互聯網+、云平臺、區塊鏈、數據挖掘、低功耗、物聯網環境等。在這一階段的研究重心向互聯網+背景下的智能物聯網綜合平臺轉移，區塊鏈成為新的關注點。2015年9月5日國務院印發《促進大數據發展行動綱要》[34]，從國家大數據發展戰略全局的高度，提出了我國大數據發展的頂層設計，為物聯網的應用創新掃清障礙。隨著5G技術的商業化進程加速與無人駕駛汽車的蓄勢待發，物聯網發展正進入全新的階段，技術壁壘的突破與應用領域的拓展為物聯網發展勾畫了美好的藍圖，低功耗廣域物聯網技術、智能機器人開始進軍物聯網市場，數據發展帶來的信息隱私與數據安全是未來重點的發展方向。

4 結語

本文通過縱向與橫向兩個視角對國內物聯網研究進展的梳理與研究主題熱點演進態勢的可視化分析，得出以下幾個方面的結論：

第一，從文獻知識結構特征來看，國內物聯網的研究主要興起于2009年，在近5年取得了巨大進步，國內學者在物聯網理論、性質、類型方面做了詳細刻畫，力求以理論研究推動實踐發展；同時物聯網技術特別是計算機信息通信技術方面的研究在物聯網研究中最為重點且成果頗豐。

第二，從核心作者與核心文獻來看，國內學者對物聯網的研究相對集中，核心學者與核心機構均比較突出，以少數學者為核心的合作團體貢獻了絕大多數的研究成果，機構間合作也以同領域同地區的機構合作為主，研究呈現出分散化、碎片化特征，限制了研究的系統性、前沿性、創新性。未來研究應力求打破常規，實現跨學科、跨機構、跨平臺的深層次合作。

第三，從研究主題熱點來看，當前國內物聯網研究主題主要包括物聯網基礎理論、物聯網技術開發、物聯網應用產業鏈3個方面。研究的熱點還是更多地傾向于物聯網技術開發拓展的研究，針對物聯網新技術、新平臺以及數據時代信息安全的研究還在發展中，研究層次較淺。在未來的研究中應突出基于本位的思考，提升研究的針對性和應用性。

第四，從研究趨勢來看，以研究主題變遷和研究深度為標的，將國內物聯網研究劃分為理論研究（萌芽）、技術擴展（成長）、應用創新（發展）3 個階段，基于相關政策文件與研究文獻對物聯網研究三個階段的主要研究成果及未來重點突破的方向做出解讀，希望能為后續研究提供參考和借鑒。