民機進近著陸安全研究文獻數(shù)據(jù)可視化分析

張英杰

(四川省安全科學技術研究院,成都 610041)

目前世界經濟發(fā)展的重要特征是全球化,民航業(yè)在促進全球化的過程中發(fā)揮了重要的作用,同時全球的經濟發(fā)展也促進著航空業(yè)的進步。在飛行過程中,進近著陸是事故率發(fā)生的最高階段[1]。根據(jù)近10年的飛行事故統(tǒng)計,進近著陸階段發(fā)生事故占總事故的30%,位居第1[2]。因此對民機進近著陸領域的系列研究,對飛行理論和民機設計具有重要的意義。

近年來,我國民航交通業(yè)發(fā)展迅速,但對民機進近著陸領域的研究主要集中在碰撞風險檢測[3]、飛行員異常行為的分析[4]以及在飛行過程中的事故分析及預判[5]等方面,即只聚焦在民機進近著陸的微觀領域,無法滿足整個航空安全領域。因此需要對該領域研究現(xiàn)狀的整體格局做出宏觀的可視化分析。

文獻綜述是對某一給定領域進行分析,提煉該領域的問題和研究的進展情況,但缺乏對該領域的時間、空間的把握和分析[6]。科學知識圖譜(Mapping Knowledge Domains,MKD)是以不同的圖形圖表對科學類知識的發(fā)展進程與結構關系進行展示,利用可視化的技術對其資源與載體進行多維度全面分析。

本文運用基于Java語言的信息可視化軟件CiteSpace V[6-8],對民機進近著陸的可視化分析。在民機進近著陸領域運用MKD的理論知識,運用CiteSpace V來呈現(xiàn)該領域的研究進程、熱點和相關知識框架,實現(xiàn)對民機進近著陸領域研究動態(tài)的分析和把握。

1 民機進近著陸論文產出時間與學科分布

1.1 數(shù)據(jù)來源

為確保實驗數(shù)據(jù)的可信度,文獻主要來自中國知網(CNKI)數(shù)據(jù)庫,以“進近、著陸、進近著陸”等為主題,在CNKI上檢索最近10年(2010—2022)的文獻;通過人工進行數(shù)據(jù)篩選,得到406條有效數(shù)據(jù);并以純文本(text)的格式保存,形成樣本數(shù)據(jù)庫。

將數(shù)據(jù)庫導入到CiteSpace V中,設置Time Slicing:2010—2022;TOP N%:10.0;選擇閾值TOP N:50;Node Type分別為References、Institution、Keyword,繪制作者合作圖譜、關鍵詞圖譜等,然后有規(guī)律地對民機進近著陸領域科學研究進行可視化分析。

1.2 論文產出的時間圖譜

按照時間序列對民機進近著陸的年度論文數(shù)量進行統(tǒng)計分析,見圖1。

圖1 民機進近著陸研究論文產出的時間圖譜

由圖1可知,中國知網收錄的進近著陸相關文獻數(shù)量整體呈增長趨勢。2010—2012年,民機進近著陸相關領域的研究還處在初級階段,發(fā)表的相關文獻均在20篇以下。2013—2014年處于逐年增長階段。2015—2021年呈增長趨勢,每年平均產出論文約40篇,并于2021年出現(xiàn)峰值,年度產出量為60篇。2022年的文獻統(tǒng)計截至7月底,文獻數(shù)量達到21篇,因此這里2022年數(shù)據(jù)僅僅作為截至2022年7月的產出參考。

將刊載民機進近著陸相關領域研究的論文,按照刊載量進行排序,前6名分別是《航空工程進展》《航空學報》《民航學報》《北京航空航天大學學報》《中國民航大學學報》《安全與環(huán)境學報》。由上述數(shù)據(jù)可知,國際的民機進近著陸已經有了集中穩(wěn)定的核心發(fā)文期刊群:《航空工程進展》《航空學報》《民航學報》。核心期刊能夠代表對應領域研究的熱點,是學習該領域的重要資源。《航空工程進展》是中文月刊,本刊發(fā)表與航空航天工程研究所有領域相關的原創(chuàng)論文、綜述文章、短文通信等。在CNKI上2022年的綜合影響因子為0.434。《航空學報》被中國知網和美國劍橋科學收錄,在CNKI上2022年的綜合影響因子為1.267。《民航學報》是雙月刊,包含有關飛機和航天器的研究、設計和開發(fā)、建造和運營各個方面的原創(chuàng)論文,綜合影響因子為0.181。因此,綜合考慮期刊綜合影響因子、發(fā)文總量,上述幾個期刊都是民機進近著陸相關領域的期刊群中最權威的刊物。

1.3 學科分布

根據(jù)近10年民航進近著陸的論文研究得出研究成果,因學科方向有交叉,本文統(tǒng)計每個學科方向在該領域的研究成果,見表1。其中航空航天科學與工程對該領域研究最為突出(398篇),占總研究成果的98.03%。

表1 民機進近著陸研究成果學科分布

2 民機進近著陸合作圖譜

2.1 作者合作圖譜

圖2 民航進近著陸研究論文作者合作網絡

根據(jù)CiteSpace V的作者合作的網絡密度為0.01,說明在民機進近著陸領域的作者關系較為松散,即民機進近著陸沒有形成緊密聯(lián)系的合作網絡。節(jié)點相對大,對應的發(fā)文量就越多,科研人員之間的合作次數(shù)用連接線的粗細表示[9-10]。

2.2 機構合作圖譜

機構合作圖譜主要分析科研機構之間的合作關系,根據(jù)圖譜更容易得出科研能力的分布以及影響力較大的科研機構。民機進近著陸的機構網絡圖譜見圖3。從機構類型分析,該領域的研究是以高等院校為主要研究力量,高等院校主要是航空、航天類的高校。從發(fā)文量分析,以中國民航大學、南京航空航天大學和中國民用航空飛行學院為主,顯示出較強的科研能力。通過CiteSpace V分析發(fā)現(xiàn),空軍工程大學等高校的科研機構傾向與國內外著名高校、科研機構合作,他們之間形成了較強的合作網絡。其中南京航空航天大學和中國民用航空飛行學院等合作最為密切。從合作網絡分析,近10年來機構合作關系數(shù)為142,合作網絡節(jié)點數(shù)為212,網絡節(jié)點的密度為0.006 3,這說明民機進近著陸領域的機構合作關系較松散(合作關系用節(jié)點之間的連線表示,合作時間越近表明連接線顏色就越鮮艷;合作產出的論文量用連接線的粗細表示)。

圖3 民機進近著陸研究論文機構合作網絡

2.3 關鍵詞共現(xiàn)圖譜

關鍵詞是對所述文章思想和觀點的高度概括。近10年民機進近著陸領域406篇中文文獻的關鍵詞共有252個,通過實驗可得該領域的高頻關鍵詞為:安全工程(55次)、快速存取記錄器(Quick Access Recorder,QAR)數(shù)據(jù)(42次)、安全管理工程(34次)、進近著陸(34次)、進近(33次)、飛行安全(31次)、進近管制(30次)、碰撞風險模型(27次)。根據(jù)CiteSpace V得到的關鍵詞知識圖譜如圖4所示。

圖4 民機進近著陸研究關鍵詞分析

由圖4可知,其產生的節(jié)點有252個、連線334條,網絡密度為0.010 6。在關鍵詞知識圖譜中,節(jié)點的字體及其圖形的大小代表該節(jié)點的重要程度,字體越大表示關鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)越多,重要性越高,越有可能成為網絡的節(jié)點。連接線表示關鍵詞的關聯(lián)程度。在CiteSpace V中的關鍵詞圖譜中,若中心度大于或者等于0.1,說明該節(jié)點在該領域中具有關鍵性作用。由圖4可得,關鍵詞中安全工程(0.21)、QAR數(shù)據(jù)(0.18)、安全工程管理(0.12)等節(jié)點在圖譜中發(fā)揮了重要的連接樞紐作用。根據(jù)關鍵詞的頻次以及關鍵詞可視化的大小程度,反映了民機進近著陸的中心度,研究主題的核心。根據(jù)關鍵詞分析,民機進近著陸研究重點為:1)安全工程,是進近著陸的重要表現(xiàn)。根據(jù)民航事故報告,在近10年的民航事故率中,進近著陸階段事故率最高,而大部分事故中主要表現(xiàn)出能量相對異常的狀態(tài),并演變成民機失控、民機重著陸、沖出跑道、擦機尾等事故類型,或者復飛失敗。在該基礎上構建了模擬平臺對民機進近著陸進行規(guī)律分析以及模擬仿真[11]。2)QAR數(shù)據(jù),是飛機在飛行過程中重要的數(shù)據(jù)。陳農田等[12]利用QAR數(shù)據(jù)為民機在高高原機場進近著陸時,提供風險識別和等級判定。3)安全工程管理,是指飛行過程的安全管理,進近著陸過程對整個飛行質量非常重要[13]。

2.4 關鍵詞時區(qū)圖譜

對該領域的總結和歸納,作者會以關鍵詞的形式表現(xiàn)出來,關鍵詞的變化、出現(xiàn)的次數(shù)會反映在研究內容和方法上。各個時間段滿足要求的關鍵詞[14]利用CiteSpace V生成關鍵詞圖譜,然后根據(jù)“Time Zone”形成時區(qū)視圖,呈現(xiàn)民機進近著陸研究領域的演進脈絡,如圖5所示。關鍵詞以時間軸的方式展現(xiàn)出來,方便預測未來該領域的發(fā)展趨勢。

圖5 民機進近著陸研究演進脈絡

由圖5可知,民航交通安全領域的研究重心主要是飛行安全[15]和儀表進近著陸[16],研究的內容較為單一,視角較為宏觀。在2011—2013年左右,中國民航交通安全領域從研究方法和研究內容上得到了飛速發(fā)展,研究熱點包括可控飛行[17-18]、進近管制[19-20]、民用飛機[21]等方向,研究的方法主要是:貝葉斯網絡、多級模糊評價等。近幾年,對進近著陸研究的方法主要是:深度學習[22-23]、卷積神經網絡[24-25]、支持向量機[26]等。

2.5 關鍵詞突變分析

科學知識圖譜在研究某領域主題或者熱點的時候,可以利用關鍵詞的演變和增長的頻率來分析。并且關鍵詞在網絡結構中非常重要。CiteSpace V可以通過“突變詞語”的突變檢測,來把握和預測該領域的研究熱點。通過對406篇民機進近著陸領域的論文進行關鍵詞突變實驗,其結果如圖6所示。突變詞“碰撞風險”突變時間段為2018—2022年,突變強度最高,為2.880 8,說明該期間科研人員主要研究有關飛行安全、深度學習、神經網絡等。2010年以后,為保障民航交通運輸業(yè)的安全、有序,科研人員把研究重點放到空中交通管制、民用飛機等[27]。2016—2017年,由于中國民航進一步發(fā)展,研究方向成為組合導航,其突變值為2.136 7。2018年,研究方向逐步轉變?yōu)槠叫信艿繹28],其突變值為2.728 8。2020—2022年,進近著陸[29-30]和安全間隔[31]成為研究熱點。

圖6 民機進近著陸研究關鍵詞突變分析

3 結論

以CNKI近10年收入的主題為“進近著陸、著陸、進近”的中文核心期刊論文為數(shù)據(jù)源,借助CiteSpace V對民機進近著陸領域論文的產出時間、學科分布、研究機構、關鍵詞的引用、突變詞等進行可視化分析。

民機進近著陸的文獻產出量符合普賴斯邏輯曲線,并且該領域的研究成果主要分布在《航空工程進展》《航空學報》《民航學報》《北京航空航天大學學報》《中國民航大學學報》《安全與環(huán)境學報》;通過對期刊的綜合影響因子和刊載文獻的數(shù)量結合分析可得:《民航學報》《航空工程進展》《航空學報》是該領域最權威的核心期刊群。

進近著陸領域的關鍵詞有很多,其中重要的關鍵詞有“碰撞風險”“空中交通管制”“平行跑道”“進近著陸”等,出現(xiàn)頻率和中心度較高。“碰撞風險”的突變強度和中心度最大,代表當前民機進近著陸研究的前沿部分。