數(shù)字林業(yè)研究的可視化分析
——基于CNKI的知識圖譜分析

畢 陳

（云南森林自然中心，云南昆明 650225）

林業(yè)的價值觀、定義和實踐因國家而異，并且一直在變化。最早的林業(yè)定義之一出現(xiàn)在1916年，將林業(yè)定義為森林目的（用于木材供應和森林影響）連續(xù)管理森林的科學和藝術(shù)。該定義在20世紀被多次修訂。1998 年，美國林業(yè)協(xié)會（SAF）將林業(yè)（由IUFRO 采納，2000 年）定義為以可持續(xù)的方式創(chuàng)造、管理和保護森林及相關(guān)資源以滿足預期目標、需求的科學、藝術(shù)、商業(yè)、價值觀[1]。數(shù)字林業(yè)一詞是在1998 年提出數(shù)字地球計劃之后出現(xiàn)的。在過去的幾年里，數(shù)字林業(yè)的框架和定義受到了廣泛關(guān)注。中國學者就數(shù)字林業(yè)定義、如何將傳統(tǒng)林業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字林業(yè)、數(shù)字林業(yè)的未來發(fā)展方向等進行了討論。

CiteSpace 是一個基于Java[2-3]的應用程序，用于分析和可視化科學文獻的趨勢和模式，包括計量學、共現(xiàn)分析和聚類分析。本研究采用CiteSpace，從共同作者、國家和機構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)合引用文獻情況，共現(xiàn)關(guān)鍵詞與聚類以及關(guān)鍵詞爆發(fā)方面探索了數(shù)字林業(yè)的研究熱點和趨勢。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫。鑒于CNKI 的收錄刊物繁多，期刊差異很大，為了更好地體現(xiàn)我國數(shù)字林業(yè)研究情況，以“數(shù)字林業(yè)”為主題進行搜索，時間設(shè)置“1991—2022 年”。檢索后有748 篇文獻符合篩選條件，刪除與數(shù)字林業(yè)無關(guān)的研究。審查標題和摘要后，剩余551 篇文獻。

1.2 研究方法

采用Citespace[2-3]分析每年出版物的數(shù)量和增長趨勢，探索作者、機構(gòu)、國家之間的合作網(wǎng)絡(luò)，確定共同引用的參考文獻以及隨著時間的推移捕獲引用強度高的關(guān)鍵詞，探討數(shù)字林業(yè)的研究前沿和新興趨勢。各種可視化知識圖中存在不同的節(jié)點和鏈接，高中心性的節(jié)點通常被識別為該領(lǐng)域的熱點或轉(zhuǎn)折點。本研究下載了CNKI 檢索到的記錄，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成純文本格式并導出，包括完整的記錄和引用，命名為download_xxx。最后導入到CiteSpace 5.8.R3，用于文獻計量和可視化分析。使用CiteSpace 進行共現(xiàn)關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)聚類，顯示主要主題。剪影函數(shù)通常用來評估簇的大小。通常，如果聚類的輪廓值大于0.7，說明聚類成員具有較高的同質(zhì)性，聚類結(jié)果有意義；如果輪廓值大于0.5，聚類通常被認為是合理的。

2 研究概況

2.1 年度發(fā)文量

文獻數(shù)量變化的時間圖可以直觀地反映學科領(lǐng)域的發(fā)展。圖1 為1991—2022 年數(shù)字林業(yè)研究領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量和論文引用次數(shù)的時間分布。從整體上看該領(lǐng)域的發(fā)文量可以分為3 個階段：1991—2006 年，發(fā)文量處于增長狀態(tài)，說明數(shù)字林業(yè)領(lǐng)域的研究尚處于快速發(fā)展階段；2007—2010年，該領(lǐng)域的發(fā)文量呈快速下降趨勢，2010 年出現(xiàn)了低谷，說明這一階段學者對數(shù)字林業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注度降低；2010—2022 年，發(fā)文量處于平穩(wěn)狀態(tài)，但發(fā)文量在減少，說明數(shù)字林業(yè)領(lǐng)域的研究達到了飽和狀態(tài)。

圖1 年度發(fā)文量統(tǒng)計

2.2 研究機構(gòu)

通過CiteSpace 對551 篇文獻的研究機構(gòu)進行分析，獲得研究機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜，見圖2。圖譜中研究機構(gòu)的節(jié)點越大，說明研究機構(gòu)出現(xiàn)的次數(shù)越多，線條越粗，說明機構(gòu)間的聯(lián)系越緊密。圖譜中共有392 個節(jié)點。發(fā)文量較多的是東北林業(yè)大學、中國林業(yè)科學研究院資源信息研究所、遼寧省林業(yè)廳信息中心，分別為16、14 和7 篇，其余機構(gòu)出現(xiàn)次數(shù)較少，并且機構(gòu)間的線條少且細。表明數(shù)字林業(yè)領(lǐng)域研究機構(gòu)間的聯(lián)系與合作較弱，學術(shù)合作次數(shù)較少，應加強學術(shù)間的交流與合作。

圖2 研究機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字林業(yè)研究領(lǐng)域發(fā)文量在5 篇及以上的共有8 所（表1），其發(fā)文量占所統(tǒng)計論文總數(shù)的11.4%。表明在數(shù)字林業(yè)研究領(lǐng)域，發(fā)文機構(gòu)集中度較高。

2.3 發(fā)文作者

利用CiteSpace 對論文作者進行大數(shù)據(jù)分析，獲得了1991—2022 年數(shù)字林業(yè)領(lǐng)域作者共現(xiàn)圖譜，見圖3。圖中的結(jié)點數(shù)量表示論文作者的共現(xiàn)頻次，而線條多少和粗細則體現(xiàn)了論文作者間的學術(shù)關(guān)系和協(xié)作程度[3]。該圖譜共有565 個節(jié)點、480 個鏈接，網(wǎng)絡(luò)密度為0.003。從研究領(lǐng)域作者共現(xiàn)圖譜可以看出，作者之間的聯(lián)系比較集中，形成了幾個核心的研究團隊。

圖3 發(fā)文作者合作網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字林業(yè)研究領(lǐng)域中發(fā)表論文數(shù)量在4篇以上的研究者共計12名作者，如表2所示。這12名作者發(fā)表的論文數(shù)量約占統(tǒng)計論文總量的14.0%。這也說明在數(shù)字林業(yè)領(lǐng)域中，發(fā)文者集中度很高。

表2 發(fā)文量4篇以上的作者

3 研究熱點與前沿

3.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜中，每個節(jié)點代表數(shù)字林業(yè)研究的一個關(guān)鍵詞，出現(xiàn)的頻次越多，節(jié)點就越大[4]。由圖4 可知，圖譜中共有439 關(guān)鍵詞節(jié)點，節(jié)點之間的連線代表關(guān)鍵詞的彼此關(guān)聯(lián)，有1 052 條連接線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.008 7。圖譜中的節(jié)點越大，代表關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻率越高，圖中線條越粗，代表關(guān)鍵詞的彼此聯(lián)系越密切。其中代表關(guān)鍵詞“數(shù)字林業(yè)”的節(jié)點數(shù)量最大，共現(xiàn)頻率也最高。此外，從表3 可以看出，關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次在10 個以上的有：“數(shù)字林業(yè)”256次、“林業(yè)”29次、“森林資源”26次、“gi”24次、“應用”19次、“智慧森林”18次、“3s技術(shù)”15次、“林業(yè)管理”15次等，表明進入新世紀以來數(shù)字林業(yè)研究熱點主要集中在以上8個方面，其中關(guān)鍵詞“數(shù)字林業(yè)”“林業(yè)”和“森林資源”的關(guān)注度均遠遠高于其他關(guān)鍵詞。僅僅分析關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次容易造成焦點交叉和問題遺漏，因此，需要開展更深入的問題分析。

表3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次表（30次以上）

3.2 研究前沿——關(guān)鍵詞突變與時間線圖譜分析

關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖是指關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率在特定時間或節(jié)點內(nèi)突然變高，并且變化熱度又延續(xù)了很久，在關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖中以紅線作為突變的時間長度，綠線則表示時間間隔[5]。利用關(guān)鍵詞突變分析能夠看出當前研究主題的發(fā)展態(tài)勢，可以回顧這些關(guān)鍵詞在哪個時間節(jié)點形成了熱點，并延續(xù)了多長時間，而且還能夠預見未來的研究發(fā)展趨勢。有關(guān)數(shù)字林業(yè)相關(guān)研究排名前4 位的關(guān)鍵詞突現(xiàn)如圖5所示，1991 年首次出現(xiàn)引用爆發(fā)的關(guān)鍵詞有“數(shù)字地球”“gi”“智慧林業(yè)”和“退耕還林”等。從關(guān)鍵詞突現(xiàn)強度來看，“智慧林業(yè)”一詞的突現(xiàn)程度最高，達到7.37，之后是“gi”“退耕還林”和“數(shù)字地球”分別為5.38、3.71 和3.67。這些關(guān)鍵詞在一定程度上代表了數(shù)字林業(yè)相關(guān)的研究熱點及前沿內(nèi)容。

圖5 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞時線圖譜能夠揭示研究主題的時間跨度與發(fā)展途徑，并由此能夠找到什么關(guān)鍵詞將進一步成為前沿研究的熱門話題[6-7]。綜合關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖和關(guān)鍵詞時間線圖譜，可以將2012—2022 年森林資源研究劃分為4 個階段。關(guān)鍵詞時間線如圖6所示。

圖6 關(guān)鍵詞時間線

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

（1）研究概況。通過CiteSpcace 軟件系統(tǒng)對1991—2022 年的中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)，國內(nèi)“數(shù)字林業(yè)”文獻的全面知識圖譜分析，通過對各研究學者的關(guān)聯(lián)分析以及研究機構(gòu)的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)各研究學者與研究機構(gòu)多為獨立研究，并且彼此間的合作密度較低。為了營造更好的學術(shù)氛圍，未來有望加強各學者以及研究機構(gòu)之間的學術(shù)交流與合作。

（2）研究熱點。通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析與關(guān)鍵詞聚類圖譜分析，1991—2022 年數(shù)字林業(yè)研究熱點主要集中在“數(shù)字林業(yè)”“林業(yè)”和“森林資源”等研究主題。通過聚類和突現(xiàn)圖譜分析，關(guān)于林業(yè)的研究大多仍集中在智慧林業(yè)和退耕還林這2個主題。并且在該研究領(lǐng)域一直都是研究熱點。

4.2 展望

基于上述圖譜的分析，筆者認為未來數(shù)字林業(yè)研究的熱點主要集中在數(shù)字林業(yè)、智慧林業(yè)等方面。

（1）數(shù)字林業(yè)不是數(shù)字森林或三維森林信息系統(tǒng)，而是維護森林種植、管理、使用和保護的數(shù)字化框架。數(shù)字林業(yè)是促進森林可持續(xù)發(fā)展的管理學科。

（2）數(shù)字林業(yè)在很大程度上仍然是一個概念，還有很多工作要做。隨著21世紀的發(fā)展，預計數(shù)字林業(yè)概念將為林業(yè)教育、研究和實踐的發(fā)展提供概念基礎(chǔ)。

（3）聚焦數(shù)字林業(yè)技術(shù)，通過為森林清查、規(guī)劃、管理和保護提供新的學科整合機制和虛擬環(huán)境，幫助林農(nóng)實現(xiàn)既定目標和價值方向。

（4）數(shù)字林業(yè)最終將改變我們傳統(tǒng)林務(wù)員的思維、工作和文化。

（5）可視化技術(shù)在森林管理中發(fā)揮著重要作用。通過可視化技術(shù)，系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)系、多維空間的實時狀態(tài)變化等信息直觀地呈現(xiàn)給用戶。此外，用戶還可以通過與系統(tǒng)實時交互并將結(jié)果可視化，簡單高效地分析大量復雜數(shù)據(jù)。目前，空間數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)得到了廣泛的應用，例如GoogleEarth。林業(yè)數(shù)據(jù)可視化能力是林業(yè)大數(shù)據(jù)框架的重要功能。可視化的主要目的是將大數(shù)據(jù)系統(tǒng)計算和分析的結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。通過與林業(yè)實時監(jiān)測系統(tǒng)和林業(yè)決策支持系統(tǒng)相結(jié)合，為林業(yè)數(shù)據(jù)分析和林業(yè)管理提供了極大的便利。