基于知識(shí)圖譜的海洋測(cè)繪發(fā)展趨勢(shì)研究

王克平，洪安東，吳國棟

(海軍研究院 天津 300061)

0 引言

海洋測(cè)繪是測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)的一個(gè)重要分支，是研究和解決在海洋環(huán)境下各種測(cè)繪理論、技術(shù)、方法、裝備及相關(guān)問題的工作，包括海洋上的定位、海底控制網(wǎng)的建立、海面形狀、海底地形測(cè)量、海洋重力測(cè)量以及海圖編制等[1-2]。新中國成立70 多年來，我國海洋測(cè)繪事業(yè)由小到大，從弱到強(qiáng)，取得了輝煌成就，研究成果豐碩，積累了豐富的數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)資料[3-4]。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，海洋測(cè)繪步入了一個(gè)嶄新時(shí)代。本文力圖在對(duì)現(xiàn)有海洋測(cè)繪文獻(xiàn)資料計(jì)量分析的基礎(chǔ)上，從一個(gè)新的角度，立體認(rèn)識(shí)我國海洋測(cè)繪領(lǐng)域研究的全貌，關(guān)注海洋測(cè)繪領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)，分析其知識(shí)演進(jìn)特征和屬性，為后續(xù)研究提供有益的借鑒和參考。

科學(xué)知識(shí)圖譜分析是一種建立在科學(xué)計(jì)量基礎(chǔ)上，對(duì)文獻(xiàn)資料進(jìn)行挖掘分析的方法，以數(shù)學(xué)方法表達(dá)科學(xué)知識(shí)發(fā)展進(jìn)程和結(jié)構(gòu)關(guān)系，將抽象的計(jì)量信息形象化，以圖譜方法進(jìn)行可視化分析[5-7]，既具有計(jì)量分析的科學(xué)性、客觀性優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有圖形展示方法的易于理解認(rèn)知優(yōu)勢(shì)，該方法在文獻(xiàn)挖掘領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。具體的分析內(nèi)容包括對(duì)作者、期刊、學(xué)科、關(guān)鍵詞等要素的引文分析、共現(xiàn)關(guān)系分析、多維尺度分析、詞頻分析、聚類分析、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析等[6]。

Cite Space 是一款著眼于分析科學(xué)文獻(xiàn)中蘊(yùn)含的潛在知識(shí)，在科學(xué)計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)和信息可視化背景下，逐漸發(fā)展起來的一款多元、分時(shí)、動(dòng)態(tài)的知識(shí)圖譜可視化分析軟件[8]。自2005 年Cite Space 引入中國以來，科學(xué)知識(shí)圖譜分析方法在科學(xué)學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[9-10]，然而，對(duì)海洋測(cè)繪文獻(xiàn)的知識(shí)圖譜分析基本屬于空白狀態(tài)。鑒于此，本文以海洋和測(cè)繪為主題，檢索獲取中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫的相關(guān)文獻(xiàn)，綜合利用知識(shí)圖譜分析方法進(jìn)行科學(xué)文獻(xiàn)分析，揭示國內(nèi)海洋測(cè)繪領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)，厘清其發(fā)展脈絡(luò)，填補(bǔ)海洋測(cè)繪研究的文獻(xiàn)計(jì)量分析空白，以期為海洋測(cè)繪研究發(fā)展提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以1990—2020 年中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中的SCI 來源期刊、EI 來源期刊、中文核心期刊、CSSCI和CSCD 來源期刊為樣本數(shù)據(jù)來源，以“海洋”和“測(cè)繪”作為主題，檢索獲得相關(guān)學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn)資源共384 篇，通過人工篩選方式剔除期刊會(huì)議征稿、新聞報(bào)道、個(gè)人學(xué)術(shù)成果介紹、科研機(jī)構(gòu)介紹、測(cè)繪詞條解釋以及無作者文獻(xiàn)等條目后，最終獲得256 篇有效的文獻(xiàn)資源作為研究對(duì)象。

1.2 研究方法

文獻(xiàn)記錄了科學(xué)發(fā)展的軌跡，在傳播和促進(jìn)科學(xué)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。文獻(xiàn)的特征項(xiàng)描述包括內(nèi)部和外部特征，如題名、作者、關(guān)鍵詞、摘要、機(jī)構(gòu)以及參考文獻(xiàn)等。利用發(fā)展趨勢(shì)分析方法研究海洋測(cè)繪的發(fā)文量，利用共現(xiàn)關(guān)系分析方法研究海洋測(cè)繪的文獻(xiàn)關(guān)鍵詞動(dòng)態(tài)。

共現(xiàn)是指文獻(xiàn)特征項(xiàng)描述的信息共同出現(xiàn)的現(xiàn)象，共現(xiàn)分析是對(duì)共現(xiàn)現(xiàn)象的定量研究，以揭示信息的內(nèi)容關(guān)聯(lián)和特征項(xiàng)隱含的知識(shí)。常見的共現(xiàn)類型包括文獻(xiàn)耦合、文獻(xiàn)同被引、作者同被引和共詞等。該方法的前提假設(shè)是：詞匯對(duì)在同一篇文獻(xiàn)中出現(xiàn)的次數(shù)越多，則代表這兩個(gè)主題的關(guān)系越緊密。由此，統(tǒng)計(jì)一組文獻(xiàn)的主題詞兩兩之間在同一篇文獻(xiàn)出現(xiàn)的頻率，形成共詞網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的遠(yuǎn)近反映主題內(nèi)容的親疏關(guān)系。

本研究主要借助Cite Space 軟件，繪制海洋測(cè)繪研究領(lǐng)域的知識(shí)圖譜，通過文獻(xiàn)資料可視化分析海洋測(cè)繪領(lǐng)域研究現(xiàn)狀和熱點(diǎn)。

2 知識(shí)圖譜分析

2.1 文獻(xiàn)產(chǎn)出時(shí)間分析

通過分析海洋測(cè)繪領(lǐng)域論文數(shù)量的時(shí)間分布，有助于了解該領(lǐng)域的研究歷史和現(xiàn)狀，揭示海洋測(cè)繪在理論體系建設(shè)和研究發(fā)展方面的總體趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，1990—2020 年海洋測(cè)繪發(fā)文情況見圖1。

圖1 1990—2020年海洋測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)文量示意圖Fig.1 Schematic diagram of amount of publications in field of marine surveying and charting from 1990 to 2020

對(duì)時(shí)間分布進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)海洋測(cè)繪領(lǐng)域的文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在1990—2003 年間，年發(fā)文量整體平穩(wěn)且有小幅波動(dòng)，處于低位徘徊期。在2004—2011 年，經(jīng)歷了比較大的波動(dòng)期，2012 年以后，海洋測(cè)繪研究的發(fā)文數(shù)量開始進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。整體而言，盡管海洋測(cè)繪研究起步相對(duì)較晚，并經(jīng)歷了一個(gè)較大的波動(dòng)期，但近年來由于我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，以及國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)對(duì)海洋測(cè)繪需求的增強(qiáng)，海洋測(cè)繪領(lǐng)域的發(fā)文量也快速增長(zhǎng)。未來隨著國家建設(shè)海洋強(qiáng)國和海上絲綢之路戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，海洋測(cè)繪必將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇。

2.2 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞對(duì)文章內(nèi)容發(fā)揮著標(biāo)簽的作用，能夠充分體現(xiàn)出文章的核心內(nèi)容和學(xué)術(shù)價(jià)值，因此對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，可以有效把握海洋測(cè)繪領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)和熱點(diǎn)內(nèi)容。

2.2.1 關(guān)鍵詞聚類圖譜

利用Cite Space 以關(guān)鍵詞為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可視化分析，可以得到關(guān)鍵詞的共現(xiàn)圖譜。Cite Space 提供了多種閾值設(shè)置方法，用來設(shè)定在各個(gè)時(shí)間窗內(nèi)所提取的對(duì)象的數(shù)量，如g-index、Top N、Thresholds、Citations 等。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，這里采用g-index 方法。g-index是軟件的知識(shí)單元提取方式，該算法是在增加規(guī)模因子k 的基礎(chǔ)上，按照修正后的g 指數(shù)排名，抽取知識(shí)單元。g 指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：k(k Z+∈)為規(guī)模因子，k 值取20；ic 為文章被引用的次數(shù)。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)度的常用方法有以下3 種：

式中：si為i 出現(xiàn)的頻次；sj為j 出現(xiàn)的頻次；cij為i和j 的共現(xiàn)次數(shù)。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較密集時(shí)，可以通過保留重要的連線，以提高網(wǎng)絡(luò)的可讀性，Cite Space 提供了2 種網(wǎng)絡(luò)裁剪方法，分別是MST(minimum spanning tree)法和PFNET(pathfinder network)法。

本研究采用Cosion 算法，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)度，采用PFNET 法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行裁剪，最后得到的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜見圖2。

圖2 1990—2020年海洋測(cè)繪關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜Fig.2 Co-occurrence atlas of key words in marine surveying and charting from 1990 to 2020

Cite Space 依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚類清晰度，提供了模塊值Modularity 和平均輪廓值Mean Silhouette，作為評(píng)判圖譜繪制效果的依據(jù)[11]。

Modularity 表示網(wǎng)絡(luò)模塊化指標(biāo)，其值Q 越大表示網(wǎng)絡(luò)的聚類結(jié)果越好，Q 值介于0～1 之間，通常Q ＞0.3 表示劃分的聚類結(jié)構(gòu)是顯著的。

Mean Silhouette 是用來衡量網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性的指標(biāo)，其值S 越接近1 反映網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性越高，通常S 值在0.5 以上，即可認(rèn)為該聚類結(jié)果是合理的。

圖中節(jié)點(diǎn)大小反映關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，節(jié)點(diǎn)間的連線表示共現(xiàn)關(guān)系，其粗細(xì)度表示共現(xiàn)強(qiáng)度，顏色對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)第一次共現(xiàn)時(shí)間。圖中有317 個(gè)節(jié)點(diǎn)475 條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.009 5，圖中僅標(biāo)記1.0%的節(jié)點(diǎn)。這里Q 值為0.811 8，S 值為0.643 6，表示聚類結(jié)果顯著且合理。

通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜顯示，在1990—2020 年間，我國海洋測(cè)繪的研究熱點(diǎn)主要圍繞海岸帶、重力測(cè)量、無人機(jī)測(cè)繪、信息化測(cè)繪、電子海圖、數(shù)字海洋、數(shù)據(jù)融合、地理信息標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)體系及基準(zhǔn)等方向展開。

2.2.2 演化路徑分析

關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖將海洋測(cè)繪研究的高頻關(guān)鍵詞投射到以時(shí)間為橫坐標(biāo)的圖譜中，可以展示我國海洋測(cè)繪研究熱點(diǎn)主題變化的時(shí)間序列，見圖3。從圖中可看出海洋測(cè)繪領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的演化和趨勢(shì)：從左下角到右上角的高頻詞中，反映1990—2020 年間海洋測(cè)繪研究的基本演化路徑，右上角的關(guān)鍵詞代表該領(lǐng)域近期的研究熱點(diǎn)。

圖3 1990—2020年海洋測(cè)繪關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)示意圖Fig.3 Schematic diagram of time zones for keywords in marine surveying and charting from 1990 to 2020

突現(xiàn)詞解釋了某一研究方向發(fā)生的重要變化，代表了本領(lǐng)域的研究趨勢(shì)和新主題，彌補(bǔ)了時(shí)區(qū)圖中難以表現(xiàn)頻次低但突現(xiàn)性強(qiáng)的關(guān)鍵詞的缺陷。因此本文進(jìn)一步利用Cite Space 計(jì)算作突現(xiàn)分析，選取了前17 個(gè)突變?cè)~，按照突變開始時(shí)間排序，見圖4。

圖4 1990—2020年海洋測(cè)繪突現(xiàn)詞分析結(jié)果示意圖Fig.4 Schematic diagram of analysis results of emergent words in marine surveying and charting from 1990 to 2020

從時(shí)間劃分來看，以2016 年為節(jié)點(diǎn)，在此之前，突變?cè)~出現(xiàn)較少，這一時(shí)期我國海洋測(cè)繪研究基礎(chǔ)較為薄弱，理論研究體系尚不夠完善。2016 年以后，突變?cè)~頻繁出現(xiàn)，表明海洋測(cè)繪領(lǐng)域的研究主題開始逐漸豐富，關(guān)注度得到提升，實(shí)現(xiàn)了與國際前沿接軌，研究范圍朝著多元方向發(fā)展，進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。關(guān)鍵詞“海岸帶”作為研究熱詞出現(xiàn)的跨度最長(zhǎng)，在2006—2015 年間一直保持較高的使用頻次，突變強(qiáng)度是1.64，且占文獻(xiàn)比重為4.30%，這與海岸帶獨(dú)特的戰(zhàn)略地位有關(guān)，海岸帶處于海陸交互地帶，作為第一海洋經(jīng)濟(jì)區(qū)，擁有豐富的自然資源。

時(shí)區(qū)圖與突現(xiàn)詞列表圖共同表現(xiàn)了海洋測(cè)繪研究的演化路徑。

2.3 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

2.3.1 作者分析

通過作者分析，能夠識(shí)別出該領(lǐng)域的核心作者及其之間的合作關(guān)系。這里是對(duì)論文所有署名作者進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：在1990—2020 年，海洋測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量最多的作者是翟國君，共發(fā)表文獻(xiàn)24 篇；歐陽永忠、陸秀平、鄧凱亮、黃謨濤、吳太旗等共計(jì)11 位作者發(fā)文數(shù)量在10 篇以上，具體見表1。

本研究采用Cosion 算法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)度，PFNET 法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)裁剪，圖譜中共有節(jié)點(diǎn)數(shù)298 個(gè)，連線為219 條，網(wǎng)絡(luò)密集程度為0.004 9，Q 值為0.919 2，S 值為0，表示聚類結(jié)果不顯著。海洋測(cè)繪研究作者合作圖譜(局部)見圖5。由于作者比較多，圖中僅列出存在合作關(guān)系的作者合作群，圖中連線表示作者之間存在合作關(guān)系。海洋測(cè)繪研究作者分布相對(duì)集中，表現(xiàn)出明顯的團(tuán)隊(duì)合作特點(diǎn)，主要合作群是海軍海洋測(cè)繪研究所團(tuán)隊(duì)、海軍大連艦艇學(xué)院團(tuán)隊(duì)和國家海洋局團(tuán)隊(duì)。

2.3.2 發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

這里僅統(tǒng)計(jì)第一作者所在機(jī)構(gòu)。統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)發(fā)文信息顯示，軍隊(duì)研究所和高校為主要發(fā)文機(jī)構(gòu)，見表2。海軍作為我國海洋基礎(chǔ)測(cè)繪的主管部門，我國海洋測(cè)繪的開展最早是由海軍來完成。通過表2 可知，海洋測(cè)繪研究發(fā)文的機(jī)構(gòu)主要是海軍海洋測(cè)繪研究所和海軍大連艦艇學(xué)院，地方高校主要是山東科技大學(xué)、武漢大學(xué)以及上海海洋大學(xué)，皆為海洋測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

表2 1990—2020年間海洋測(cè)繪研究高產(chǎn)機(jī)構(gòu)Tab.2 Productive institutions of marine surveying and charting research from 1990 to 2020

2.3.3 發(fā)文期刊分布

按期刊名稱分別統(tǒng)計(jì)了各期刊的載文數(shù)量，表3統(tǒng)計(jì)了1990—2020 年期刊的文獻(xiàn)貢獻(xiàn)分布情況，《海洋測(cè)繪》期刊的刊文數(shù)量最多為100 篇，貢獻(xiàn)了該領(lǐng)域超過39%的文獻(xiàn)，為我國海洋測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

表3 1990—2020年間海洋測(cè)繪研究高產(chǎn)期刊Tab.3 Productive journals of marine surveying and charting research from 1990 to 2020

3 結(jié)語

本文主要以1990—2020 年CNKI 核心中文文獻(xiàn)為研究對(duì)象，對(duì)我國海洋測(cè)繪領(lǐng)域近30 年來的期刊文獻(xiàn)資料進(jìn)行文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)可視化知識(shí)圖譜分析。利用Cite Space 軟件，繪制文獻(xiàn)產(chǎn)出時(shí)間和發(fā)文量示意圖，以及作者、機(jī)構(gòu)、期刊、關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖譜、關(guān)鍵詞聚類圖譜、關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜等，并通過對(duì)各圖譜的分析，揭示我國海洋測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展過程，得出海洋測(cè)繪領(lǐng)域研究進(jìn)展及研究熱點(diǎn)。通過對(duì)1990—2020 年文獻(xiàn)數(shù)量變化分析，發(fā)現(xiàn)近年來該領(lǐng)域的關(guān)注度隨著時(shí)間的推移逐漸上升；通過對(duì)關(guān)鍵詞分析，發(fā)現(xiàn)研究熱點(diǎn)主要圍繞海岸帶、重力測(cè)量、無人機(jī)測(cè)繪、信息化測(cè)繪、電子海圖、數(shù)字海洋、數(shù)據(jù)融合、地理信息標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)體系及基準(zhǔn)等方向展開；通過對(duì)海洋測(cè)繪研究作者、機(jī)構(gòu)及載文期刊分析發(fā)現(xiàn)，翟國君、歐陽永忠、陸秀平等作者是該領(lǐng)域主要核心作者，海軍海洋測(cè)繪研究所、海軍大連艦艇學(xué)院、山東科技大學(xué)等單位是主要研究機(jī)構(gòu)；《海洋測(cè)繪》是該領(lǐng)域主要載文期刊，為我國海洋測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

隨著我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，以及現(xiàn)代科技的快速發(fā)展和海洋測(cè)繪理論、方法、技術(shù)、設(shè)備等的不斷進(jìn)步，海洋測(cè)繪必將在實(shí)現(xiàn)“中國夢(mèng)”的進(jìn)程中，受到更多關(guān)注、發(fā)揮更大的作用。