基于Web of Science的國(guó)際極地機(jī)器人文獻(xiàn)調(diào)研與分析

張幸 華薇娜

（南京信息管理學(xué)院，江蘇南京210046）

基于Web of Science的國(guó)際極地機(jī)器人文獻(xiàn)調(diào)研與分析

張幸 華薇娜*

（南京信息管理學(xué)院，江蘇南京210046）

利用Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)國(guó)際極地機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行收集，并將收集到的文獻(xiàn)按照各年文獻(xiàn)量、文獻(xiàn)類型、研究機(jī)構(gòu)、研究地域分布等方面進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析，同時(shí)介紹一些被引次數(shù)較高的高影響力文獻(xiàn)。通過(guò)分析得到結(jié)論：極地機(jī)器人研究已經(jīng)得到科學(xué)家學(xué)者的關(guān)注；美國(guó)研究機(jī)構(gòu)是國(guó)際極地機(jī)器人研究的主要機(jī)構(gòu)；南極是機(jī)器人應(yīng)用與進(jìn)行科學(xué)探測(cè)活動(dòng)的重要領(lǐng)域。

極地機(jī)器人；Web of Science；文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)；南極；北極

極地環(huán)境的惡劣讓科學(xué)家與學(xué)者對(duì)南北極的深入探索與研究變得十分困難，為了應(yīng)對(duì)這樣的困境，高科技設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，而極地機(jī)器人因其自主性操作與應(yīng)對(duì)極端環(huán)境的高能力而受到科學(xué)家的關(guān)注。因此，有關(guān)利用機(jī)器人對(duì)極地地區(qū)進(jìn)行探測(cè)的研究也越來(lái)越多。

Web of Science（簡(jiǎn)稱WoS）是美國(guó)湯姆森科技信息集團(tuán)基于Web開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，是大型綜合性、多學(xué)科、核心期刊引文數(shù)據(jù)庫(kù)。本文選取WoS數(shù)據(jù)庫(kù)下5個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)SCIE（Science Citation Index Expanded，科學(xué)引文索引擴(kuò)展版——1900年至今）、SSCI（社會(huì)科學(xué)引文索引——1900年至今）、A＆HCI（人文藝術(shù)科學(xué)引文索引——1975至今）CPCI－S（社會(huì)科學(xué)會(huì)議錄論文引文索引——1900年至今）、和CPCI－SSH（人文及社會(huì)科學(xué)會(huì)議錄論文引文索引——1900年至今），數(shù)據(jù)截止到2013年。使用South pol*、Antarcti*、Arctic*、North pol*等南北極名稱以及周邊海洋和島嶼King george、Bellinsgauzen Sea、Greenland、Beaufort sea等和機(jī)器人robot*相結(jié)合，同時(shí)采用具體被命名機(jī)器人，如Autosub*系列水下機(jī)器人、seagliders機(jī)器人等進(jìn)行主題檢索，排除主題詞AERONET（（AErosol RObotic NETwork，全球氣溶膠探測(cè)網(wǎng)）以及不相關(guān)文獻(xiàn)的影響，共檢索得到192篇文獻(xiàn)，其中會(huì)議論文的數(shù)量接近總文獻(xiàn)量的2／3。這192篇文獻(xiàn)涉及多個(gè)研究角度，包括對(duì)極地機(jī)器人本身的研發(fā)以及利用極地機(jī)器人收集的數(shù)據(jù)對(duì)極地天文、地理、海洋等領(lǐng)域進(jìn)行探測(cè)的研究。

本文將以這192篇文獻(xiàn)為樣本文獻(xiàn)，利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的基本方法，從各年文獻(xiàn)量、文獻(xiàn)類型、研究機(jī)構(gòu)、研究地域分布等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以期多方位地反映國(guó)際極地機(jī)器人的研究成果。

極地機(jī)器人是服務(wù)機(jī)器人的一種，根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（International Federation of Robotics）的定義，服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能幫助人類完成除生產(chǎn)制造加工過(guò)程之外的設(shè)備。因此本文認(rèn)為應(yīng)用于極地科考探測(cè)的自主化設(shè)備均屬于極地機(jī)器人的范疇［1］。

1 各年文獻(xiàn)量統(tǒng)計(jì)與分析

文獻(xiàn)量的年代變化是衡量科研成果的重要尺度之一，可以從中看出當(dāng)前研究主題的科研產(chǎn)出情況和變化發(fā)展趨勢(shì)。將極地機(jī)器人研究相關(guān)192篇文獻(xiàn)按照出版年匯總，見(jiàn)圖1。極地機(jī)器人相關(guān)的192篇文獻(xiàn)中最早發(fā)表于1992年，最晚為2013年（由于2014年數(shù)據(jù)不完整，2014年的數(shù)據(jù)暫不列入分析）。

圖1 年代文獻(xiàn)量趨勢(shì)圖（單位：篇）（1993年、1996年、1997年文獻(xiàn)量空缺）

從圖1中可以看出，在1992－2013年的22年中，關(guān)于極地機(jī)器人研究的相關(guān)文獻(xiàn)量總體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。2000年以后，文獻(xiàn)量增長(zhǎng)速度加快，2008年達(dá)到歷史最高峰35篇，但在2008年之后存在比較明顯的波動(dòng)。

國(guó)際越來(lái)越關(guān)注極地機(jī)器人的研究，主要有兩方面的原因：一是極地環(huán)境惡劣，在極地高危險(xiǎn)區(qū)域下的地面科學(xué)觀測(cè)缺乏成熟的技術(shù)手段，而極地資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)政治經(jīng)濟(jì)又有一定的戰(zhàn)略意義；另一方面機(jī)器人本身作為一種高技術(shù)裝備，在一定程度上可代替科學(xué)家的作用，實(shí)現(xiàn)漫游、觀測(cè)、采樣、分析等功能，有利于極地科學(xué)考察［2］。

將極地機(jī)器人研究的相關(guān)文獻(xiàn)量按年度進(jìn)行歸類，其結(jié)果如表1所示。

表1 年代文獻(xiàn)量統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)國(guó)際1992－2013年各年極地機(jī)器人文獻(xiàn)量的統(tǒng)計(jì)，可以將其分為萌芽期、發(fā)展期、波動(dòng)期。

1.1 萌芽期（1992－1999年）

由表1可見(jiàn)，1999年之前，各年文獻(xiàn)量都不超過(guò)5篇，甚至有些年份出現(xiàn)空缺，這個(gè)階段可以看作是極地機(jī)器人研究的萌芽時(shí)期。第一篇關(guān)于極地機(jī)器人研究的文獻(xiàn)出現(xiàn)在1992年，由于發(fā)表時(shí)間較早，文獻(xiàn)作者的所在國(guó)家和機(jī)構(gòu)已不可考。這篇最早的極地機(jī)器人文獻(xiàn)由SELTZER，R撰寫(xiě)并發(fā)表在CHEMICAL＆ENGINEERING NEWS上的“Robot to probe inside Antarctic Volcano［3］”（機(jī)器人南極火山探險(xiǎn)）注釋類的文章，這篇文獻(xiàn)介紹了由美國(guó)航天局機(jī)器人研制小組推出的新型八腳蛛形機(jī)器人“但丁”號(hào)，將在下周開(kāi)赴南極縱深埃里伯斯火山實(shí)地考察，以此探明火山內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造，同時(shí)檢驗(yàn)機(jī)器人先進(jìn)探測(cè)裝置性能在極端溫差環(huán)境下的工作狀況，以期開(kāi)拓星際探索的新篇章，同時(shí)鼓勵(lì)科學(xué)研究者將更多的高科技投入到極地的探索中。

1.2 發(fā)展期（2000－2008年）

由表1可見(jiàn)，進(jìn)入21世紀(jì)之后，關(guān)于極地機(jī)器人主題的研究文獻(xiàn)呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，2004年突破10篇，2007－2009年由于進(jìn)入國(guó)際極地年，2008年更是達(dá)到了歷史最高35篇。整個(gè)增長(zhǎng)狀態(tài)并不是連續(xù)穩(wěn)定的，年度文獻(xiàn)量有輕微的上下波動(dòng)，但增長(zhǎng)幅度大于下降幅度，而且整個(gè)階段沒(méi)有出現(xiàn)年份空缺，也說(shuō)明在新世紀(jì)國(guó)際對(duì)極地機(jī)器人的研究也逐漸重視起來(lái)。在這一時(shí)期，關(guān)于極地機(jī)器人主題的相關(guān)文獻(xiàn)共有117篇，其中美國(guó)發(fā)文44篇，占總發(fā)文量超過(guò)1／3，意大利29篇，英國(guó)18篇，其他各國(guó)的發(fā)文量均低于10篇，發(fā)文國(guó)家共計(jì)23個(gè)，參與研究國(guó)家已明顯增多，但中國(guó)在發(fā)展期內(nèi)并沒(méi)有發(fā)表與極地機(jī)器人相關(guān)的文獻(xiàn)。這117篇文獻(xiàn)中被引最高的是由來(lái)自Univ Calif（美國(guó)加州大學(xué)）的Bishop，JKB、Davis，RE、Sherman，JT 3位作者在2002年合作完成并發(fā)表于Science（《科學(xué)》）上的“Robotic observations of dust storm enhancement of carbon biomass in the North Pacific［4］”（機(jī)器人觀測(cè)北太平洋生物有機(jī)碳量與沙塵暴的關(guān)系）講述了利用兩臺(tái)機(jī)器人在北太平洋觀測(cè)并記錄生物有機(jī)碳量來(lái)說(shuō)明沙塵暴對(duì)海洋生物環(huán)境的影響，這篇文章被引頻次達(dá)到了166次之多，最近一次被引是在2014年2月，說(shuō)明這篇文獻(xiàn)影響力非常大，一直倍受專家學(xué)者的關(guān)注。從研究角度來(lái)看，發(fā)展期發(fā)表的極地機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)研究主題集中在機(jī)器人項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)、機(jī)器人應(yīng)用于極地觀測(cè)天文收集數(shù)據(jù)為主，水下機(jī)器人研發(fā)用于探測(cè)深海海底也是這一時(shí)期的主題。

1.3 波動(dòng)期（2009至今）

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，2009年文獻(xiàn)量回落到20篇以下，并且出現(xiàn)了不小的文獻(xiàn)量波動(dòng)，2011年文獻(xiàn)量減少到7篇，2012年又增加到16篇，而到了2013年僅有2篇關(guān)于極地機(jī)器人的文獻(xiàn)。在波動(dòng)期關(guān)于極地機(jī)器人研究的相關(guān)文獻(xiàn)共有60篇，從這一時(shí)期的文獻(xiàn)總量上來(lái)說(shuō)，相比發(fā)展期數(shù)量并沒(méi)有明顯減少，只是相對(duì)2008年35篇文獻(xiàn)量來(lái)說(shuō)，文獻(xiàn)量突減很多。究其原因，筆者猜測(cè)可能是2007－2009年召開(kāi)的第四次國(guó)際極地年制定了綜合發(fā)展極地科學(xué)研究的高新技術(shù)設(shè)備的目標(biāo)，極地科學(xué)研究學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)從機(jī)器人擴(kuò)展到潛水艇、無(wú)人機(jī)、遙感、探測(cè)衛(wèi)星等其他高科技設(shè)備應(yīng)用的研究，同時(shí)由于召開(kāi)國(guó)際極地年會(huì)議，與極地機(jī)器人相關(guān)的會(huì)議論文在2008年也有所增加，造成了2008年文獻(xiàn)量最高峰的情況。在這一階段的60篇文獻(xiàn)中，美國(guó)發(fā)文24篇，澳大利亞發(fā)文13篇，英國(guó)發(fā)文11篇，中國(guó)發(fā)文10篇，其他國(guó)家發(fā)文量在10篇以下，這一時(shí)期涉及國(guó)家僅有12個(gè)，相比發(fā)展期減少了將近一半，說(shuō)明極地機(jī)器人研究目前仍處在不穩(wěn)定的發(fā)展階段。然而波動(dòng)期一個(gè)比較明顯的變化是中國(guó)在2009年首次發(fā)表關(guān)于極地機(jī)器人研究的相關(guān)文獻(xiàn)，由來(lái)自Nanjing Inst Astron Opt＆Technol（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所）的Gong，X等學(xué)者合作完成的“DOME A SITE TESTING AND FUTURE PLANS［5］”會(huì)議論文，這篇文獻(xiàn)講述了早在2005年一個(gè)中國(guó)科考隊(duì)的隊(duì)員第一個(gè)達(dá)到南極高原的冰穹A，并預(yù)計(jì)在2006年該處會(huì)成為最適合觀測(cè)天文的選址，而后由于PLATO（天文選址自動(dòng)觀測(cè)站，由機(jī)器人設(shè)備自主完成選址）贊助，中國(guó)小型望遠(yuǎn)鏡系列CSTAR在冰穹A的運(yùn)行效果較佳，并在此基礎(chǔ)上提出了未來(lái)關(guān)于探測(cè)極地天文的計(jì)劃。從被引頻次來(lái)看，這一階段比發(fā)展期略有下降，被引頻次在50次以上的僅有1篇，是由Rutgers State Univ（美國(guó)羅格斯大學(xué)）的Schofield，O等美國(guó)學(xué)者與British Antarctic Survey（英國(guó)南極調(diào)查局）的Meredith，MP合作完成并發(fā)表在SCIENCE（《科學(xué)》）上的“How Do Polar Marine Ecosystems Respond to Rapid Climate Change？”（極地海洋系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)氣候的快速變化）。從研究領(lǐng)域來(lái)看，這一時(shí)期除延續(xù)發(fā)展期對(duì)極地天文與極地水下機(jī)器人探測(cè)的關(guān)注之外，還增加了對(duì)氣候?qū)O地環(huán)境的影響探討與新型機(jī)器人的研發(fā)。

2 文獻(xiàn)類型分析

表2列出了國(guó)際極地機(jī)器人研究相關(guān)文獻(xiàn)所屬類型分布情況，不同類型的文獻(xiàn)可以反映學(xué)者對(duì)極地機(jī)器人研究的不同切入點(diǎn)。

表2 文獻(xiàn)類型分布表

2.1 會(huì)議錄文獻(xiàn)（Proceedings Paper）

會(huì)議錄文獻(xiàn)量達(dá)到122篇，占據(jù)總文獻(xiàn)量的63.54%。其中IEEE International Conference on Robotics and Automation（IEEE機(jī)器人和自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議）在極地機(jī)器人研究的22年間共發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)13篇，對(duì)國(guó)際極地機(jī)器人的研究投入了較大的科研力量。該國(guó)際會(huì)議至今已成功舉辦了30屆，其中2001年韓國(guó)會(huì)議發(fā)表5篇與極地機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)，2005年西班牙巴塞羅那會(huì)議發(fā)表2篇相關(guān)文獻(xiàn)，1998年比利時(shí)魯汶會(huì)議、2006年美國(guó)佛羅里達(dá)州奧蘭多會(huì)議、2008年美國(guó)加利福尼亞會(huì)議、2009年日本神戶會(huì)議、2010年美國(guó)阿拉斯加州安克拉治會(huì)議以及2011年中國(guó)上海會(huì)議各發(fā)表了1篇相關(guān)文獻(xiàn)。在這13篇文獻(xiàn)中美國(guó)發(fā)文11篇，意大利1篇，中國(guó)1篇，其中引用次數(shù)最高的是2008年美國(guó)加利福尼亞會(huì)議上Georgia Inst Technol（美國(guó)佐治亞理工學(xué)院）的Howard，A M、Williams，S發(fā)表的“A single camera terrain slope estimation technique for natural arctic environments［6］”，到目前共被引用了5次，這篇文章描述了在北極科研環(huán)境的惡劣給人類和機(jī)器人探索帶來(lái)強(qiáng)大阻礙的同時(shí)，提出可以使用裝有一臺(tái)攝像機(jī)的機(jī)器人坐標(biāo)系來(lái)估計(jì)地形坡度的方法，這種方法目前已經(jīng)被應(yīng)用到模擬和真實(shí)還原北極地形圖像中。中國(guó)發(fā)表的惟一一篇會(huì)議論文是在2009年日本神戶會(huì)議上由Nankai Univ（中國(guó)南開(kāi)大學(xué)）Yuan，J（苑晶）、Huang YL（黃亞樓）等學(xué)者發(fā)表的“Active Exploration Using Scheme of Autonomous Distribution for Landmarks［7］”，這篇文章系統(tǒng)的研究了缺乏陸標(biāo)的地區(qū)（南北極）移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)自主分配陸標(biāo)問(wèn)題，并針對(duì)這一問(wèn)題提出了獨(dú)創(chuàng)性的機(jī)器人陸標(biāo)分配準(zhǔn)則，該文提出的方法可應(yīng)用于大規(guī)模環(huán)境，使機(jī)器人以主動(dòng)的、智能的和自適應(yīng)的方式完成對(duì)未知區(qū)域的探索，尤其是在當(dāng)前極地探索處于尚不成熟的時(shí)期，為后續(xù)極地機(jī)器人探索提供了可借鑒之處。

IEEE／RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems（IEEE／RSJ智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議）也有3篇關(guān)于極地機(jī)器人的會(huì)議論文，其中美國(guó)2篇，加拿大1篇。2002年瑞士洛桑會(huì)議上來(lái)自Carnegie Mellon Univ（美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)）的Urmson，CP等學(xué)者發(fā)表了“Stereo vision based navigation for sun－synchronous exploration［8］”一文，介紹了使用太陽(yáng)能供電的機(jī)器人構(gòu)建導(dǎo)航系統(tǒng)并最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作。2008年法國(guó)尼斯會(huì)議上Woods Hole Oceanog Inst（美國(guó)伍茲霍爾海洋學(xué)研究所）完成“Deep Sea Underwater Robotic Exploration in the lee－Covered Arctic Ocean with AUVs”。2009年美國(guó)圣路易斯會(huì)議上Dartmouth Thayer Sch Engn（加拿大達(dá)特茅斯學(xué)院塞耶工程學(xué)院）的學(xué)者發(fā)表“Development of an Autonomous Robot for Ground Penetrating Surveys of Polar Ice”。

另外GROUND－BASED AND AIRBORNE TELESCOPES會(huì)議、ARENA CONFERENCE ON AN ASTRONOMICAL OBSERVATORY AT CONCORDIA會(huì)議、OCEAN會(huì)議以及IEEE／OES AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLES會(huì)議等也有較多涉及到極地機(jī)器人的文獻(xiàn)。

2.2 論文（Artical）

極地機(jī)器人研究相關(guān)論文文獻(xiàn)量達(dá)到74篇，占總文獻(xiàn)量的38.54%。表3列出了論文文獻(xiàn)的來(lái)源期刊分布情況。國(guó)際極地機(jī)器人研究領(lǐng)域有3篇文獻(xiàn)發(fā)表在高影響力的期刊SCINECE（《科學(xué)》，影響因子為31.027），其中來(lái)自Univ Calif（美國(guó)加州大學(xué)）的Bishop，JKB、Davis，RE、Sherman，JT 3位作者在2002年合作完成的“Robotic observations of dust storm enhancement of carbon biomass in the North Pacific”（機(jī)器人觀測(cè)北太平洋生物有機(jī)碳量與沙塵暴的關(guān)系）引用頻次高達(dá)166次；而另外一篇由British Antarctic Survey（英國(guó)南極調(diào)查局）、Marine Lab Aberdeen（蘇格蘭漁業(yè)部海洋研究所）、Open Univ（英國(guó)公開(kāi)大學(xué)）以及Southampton O-ceanog Ctr（英國(guó)南安普頓國(guó)家海洋學(xué)中心）4所英國(guó)機(jī)構(gòu)合作的“Antarctic krill under sea ice：Elevated abundance in a narrow band just south of ice edge［9］”（南極海冰下的磷蝦：海冰邊緣南面較窄區(qū)域內(nèi)的資源豐度）引用次數(shù)達(dá)到了102次，這篇文章介紹了使用水下機(jī)器人Autosub－2進(jìn)行海冰探測(cè)磷蝦的分布情況；“Robotic observations of enhanced carbon biomass and export at 55 degrees S during SOFeX”也不遜色，引用次數(shù)為64次。對(duì)于極地機(jī)器人的科學(xué)研究，這些高被引文獻(xiàn)都較有參考價(jià)值，值得專家學(xué)者深入研究。與機(jī)器人研究最相關(guān)的期刊JOURNAL OF FIELD ROBOTICS（影響因子為2.152）共刊載了極地機(jī)器人研究相關(guān)文獻(xiàn)5篇，涉及美國(guó)研發(fā)的惟一有能力進(jìn)行南極長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)摹癥eti Polar Rover”機(jī)器人、由Woods Hole Oceanog Inst（美國(guó)伍茲霍爾海洋學(xué)研究所）等機(jī)構(gòu)研制的兩臺(tái)最新的水下機(jī)器人“美洲豹Jaguar”和“美洲獅Puma”以及由Dartmouth Coll（美國(guó)達(dá)特莫斯學(xué)院）研制可進(jìn)行冰河和大氣取樣研究工作的“Cool Robot”以及可遠(yuǎn)程控制的冰川測(cè)量機(jī)器人等。

表3 來(lái)源期刊統(tǒng)計(jì)表

2.3 評(píng)論（Review）

關(guān)于國(guó)際極地機(jī)器人研究的評(píng)論共有3篇。2009年 CALTECH（美國(guó)加州理工學(xué)院）的Leu，MT和Keyser，LF就機(jī)器人飛船在南極臭氧洞被發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)對(duì)地球大氣層進(jìn)行遙感檢測(cè)相關(guān)研究發(fā)表了“Vapor－deposited water and nitric acid ices：Physical and chemical properties［10］”一文。2010年由Rutgers State Univ（美國(guó)羅格斯大學(xué)）的Schofield，O等美國(guó)學(xué)者與British Antarctic Survey（英國(guó)南極調(diào)查局）的Meredith，MP合作完成了評(píng)論式文獻(xiàn)“How Do Polar Marine Ecosystems Respond to Rapid Climate Change？［11］”（極地海洋系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)氣候的快速變化），引用次數(shù)達(dá)到62次，該文探討了氣候變化將在哪些當(dāng)面影響海洋生態(tài)系統(tǒng)，并提出希望借助機(jī)器人、衛(wèi)星、船舶等設(shè)備來(lái)收集可改善數(shù)值模型的數(shù)據(jù)，并以此來(lái)研究未來(lái)極地生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)隨著氣候變化發(fā)生那些改變。2011年由Norwegian Polar Res Inst（挪威極地研究多）、Univ Bergen（挪威卑爾根大學(xué)）、Alfred Wegener Inst Polar＆Marine Res（德國(guó)阿爾弗雷德·魏格納極地與海洋中心）以及Faroes Marine Res Inst（丹麥法羅海洋研究所）等機(jī)構(gòu)合作文獻(xiàn)“Closing the loop－Approaches to monitoring the state of the Arctic Mediterranean during the International Polar Year 2007－2008［12］”，該評(píng)論描述在2007－2009年國(guó)際極地年召開(kāi)之后，北極新時(shí)代已經(jīng)越來(lái)越近的大背景下，深入分析了北極海冰迅速消融給北極探索監(jiān)測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)，總結(jié)了目前跨學(xué)科應(yīng)用的數(shù)據(jù)集及成果，并且付諸行動(dòng)，使用“Sea gliders”機(jī)器人等高科技設(shè)備進(jìn)行北極海底探測(cè)，最終認(rèn)為北極海洋觀測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分是通過(guò)機(jī)器人等設(shè)備從海洋內(nèi)部實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)。

2.4 其他類型文獻(xiàn)

由表2可知，國(guó)際極地機(jī)器人研究相關(guān)文獻(xiàn)除會(huì)議錄文獻(xiàn)、論文以及評(píng)論這幾種較為常見(jiàn)的文獻(xiàn)類型外，還涉及了兩篇社論材料類文獻(xiàn)、一篇會(huì)議摘要、一篇新聞條目以及一篇注釋類型的文獻(xiàn)。

兩篇社論材料類文獻(xiàn)中，2008年發(fā)表的文獻(xiàn)是關(guān)于冰凍圈的科學(xué)探測(cè)“Guest editorial：Cryospheric science and engineering”一文，這篇文章是由Cold Reg Res＆Engn Lab（美國(guó)陸軍工程兵寒冷地區(qū)研究和工程實(shí)驗(yàn)室）的Albert，MR和Univ Delaware（美國(guó)特拉華大學(xué)）的Geiger，CA合作完成，并刊載在COLD REGIONS SCIENCE AND TECHNOLOGY期刊，主要涉及關(guān)鍵詞有極地科學(xué)、極地工程、冰凍圈工程、機(jī)器人、冰芯等；另外一篇是在2012年由美國(guó)的4所機(jī)構(gòu)Univ Delaware（美國(guó)特拉華大學(xué)）、Univ San Luis Obispo（美國(guó)圣路易斯歐比斯普分校）、Polar Oceans Res Grp（美國(guó)極地海洋研究組織）以及Rutgers State Univ（美國(guó)羅格斯大學(xué)）共同完成并發(fā)表在OCEANOGRAPHY上的“Letting Penguins Lead：Dynamic Modeling of Penguin Locations Guides Autonomous Robotic Sampling［13］”，主要是關(guān)于機(jī)器人自主采樣進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模確定企鵝棲息地。

會(huì)議摘要是在加拿大舉辦的Oceans 97 MTS／IEEE Conference（1997年海洋技術(shù)會(huì)議）上發(fā)表的“LONTalk as a standard protocol for underwater sensor platforms［14］”，該文簡(jiǎn)明扼要的概括關(guān)于水下設(shè)施Autosub系列機(jī)器人在極地的應(yīng)用情況。

WoS收錄并發(fā)表于2011年的新聞條目是“ROBOT DIVES TO EXPLORE ANTARCTIC ICE SHELF”（機(jī)器人潛水探索北極冰架），該文匿名發(fā)表在BULLETIN OF THE AMERICAN METEOROLOGICAL SOCIETY。

惟一的一篇注釋類型的文獻(xiàn)是極地機(jī)器人探索的第一步，發(fā)表于1992年，由SELTZER，R撰寫(xiě)并發(fā)表在CHEMICAL＆ENGINEERING NEWS上的“Robot to probe inside AntarcticVolcano”（機(jī)器人南極火山探險(xiǎn)）注釋類的文章，主要是關(guān)于機(jī)器人“但丁”號(hào)再南極火山的探險(xiǎn)活動(dòng)。

3 機(jī)構(gòu)分析

3.1 主要機(jī)構(gòu)分析

表4文量不低于5篇的16所作者機(jī)構(gòu)，從中可以了解國(guó)際極地機(jī)器人研究水平較高的重要機(jī)構(gòu)。這16所作者機(jī)構(gòu)中，7所來(lái)自美國(guó)，3所來(lái)自英國(guó)，3所來(lái)自意大利，另外中國(guó)、澳大利亞、德國(guó)均有1所機(jī)構(gòu)，可見(jiàn)美國(guó)在極地機(jī)器人研究領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

表4 作者機(jī)構(gòu)分布表（文獻(xiàn)量＞＝5）

表4 （續(xù)）

從發(fā)文量看，UNIV NEW S WALES（澳大利亞新南威爾士大學(xué)）是國(guó)際極地機(jī)器人研究的主要機(jī)構(gòu)，發(fā)文量為21篇，文獻(xiàn)涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域包括天文和天體物理學(xué)、儀器和儀表、光學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)等。位于新南威爾士大學(xué)之后的CARNEGIE MELLON UNIV（美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)）和SOUTHAMPTON NATL OCEANOG CTR（英國(guó)南安普頓國(guó)家海洋學(xué)中心）也不甘示弱，發(fā)文量分別為12篇、10篇，占總文獻(xiàn)量的6.25%、5.73%，其中美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)關(guān)于極地機(jī)器人的研究涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域有自動(dòng)化和控制系統(tǒng)、機(jī)器人學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、航空航天工程學(xué)等，英國(guó)南安普頓國(guó)家海洋學(xué)中心涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域則包括海洋工程學(xué)、電子電氣工程學(xué)、船舶工程學(xué)、機(jī)器人學(xué)等，這兩所研究機(jī)構(gòu)更側(cè)重于極地機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研發(fā)。文獻(xiàn)量分別位居第四和第五的UNIV PERUGIA（意大利佩魯賈大學(xué)）和INAF（意大利國(guó)家天文研究所）發(fā)文10篇。在位居前五的研究機(jī)構(gòu)中，意大利占據(jù)兩席之地，表明了意大利在國(guó)際極地機(jī)器人研究領(lǐng)域的科學(xué)投入與產(chǎn)出相對(duì)較多。CHINESE ACAD SCI（中國(guó)科學(xué)院）發(fā)文量也達(dá)到了9篇之多，占據(jù)總文獻(xiàn)量的4.69%，涉及到機(jī)器人學(xué)、制造工程學(xué)等學(xué)科，其中中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究院設(shè)置了機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室極地機(jī)器人項(xiàng)目組，先后研制了三代極地漫游機(jī)器人，為中國(guó)的極地科研付出了努力。

3.2 合作機(jī)構(gòu)

為了體現(xiàn)機(jī)構(gòu)間的合作情況，使用Netdraw繪制機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖，如圖2所示。圖中的節(jié)點(diǎn)表示機(jī)構(gòu)，連線表示其兩端的機(jī)構(gòu)合作，節(jié)點(diǎn)的大小表示機(jī)構(gòu)的中心度，即與之有合作關(guān)系的機(jī)構(gòu)越多，其節(jié)點(diǎn)越大；連線的粗細(xì)表示機(jī)構(gòu)合作次數(shù)的多少，連線越粗，其兩端的兩所機(jī)構(gòu)合作次數(shù)越多。

由圖2可以看出，極地機(jī)器人研究領(lǐng)域主要機(jī)構(gòu)合作有以下特點(diǎn)：①尚有5所機(jī)構(gòu)還未與其他任何機(jī)構(gòu)達(dá)成合作關(guān)系；②英國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)合作密切，主要是以英國(guó)南極調(diào)查局為核心，包括南安普頓大學(xué)及南安普頓國(guó)家海洋學(xué)中心等機(jī)構(gòu)的合作團(tuán)隊(duì)，目前尚未與其他國(guó)家機(jī)構(gòu)存在合作；

圖2 機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖

4 南北極文獻(xiàn)分布情況

表5 極地機(jī)器人在南北極的文獻(xiàn)量分布表

表5列出了國(guó)際極地機(jī)器人在南北極地域上應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)量的分布情況。其中涉及南極機(jī)器人的研究占據(jù)了總文獻(xiàn)量的70.31%，涉及北極機(jī)器人研究的文獻(xiàn)只有21.88%，而有7.81%僅指明是極地機(jī)器人研究，沒(méi)有區(qū)別南北極。由此可以發(fā)現(xiàn)到目前為止，國(guó)際上對(duì)于極地機(jī)器人的研究，更多的是應(yīng)用在南極科學(xué)研究中，對(duì)于北極則涉及較少。

南極機(jī)器人研究的135篇文獻(xiàn)中，有大半是關(guān)于PLATO（Plateau Observatory，天文選址自動(dòng)觀測(cè)站），該觀測(cè)站配置全自動(dòng)化設(shè)備，以機(jī)器人模式進(jìn)行操作，在南極尋找觀測(cè)天文現(xiàn)象的最佳位置；另外IRAIT（International Robotic Antarctic Infrared Telescope，國(guó)際機(jī)器人南極紅外望遠(yuǎn)鏡）項(xiàng)目也有諸多在南極的研究，它是歐洲第一個(gè)設(shè)置在南極高原的紅外望遠(yuǎn)鏡，以機(jī)器人的形式自動(dòng)觀測(cè)并記錄天文現(xiàn)象數(shù)據(jù)；此外還涉及了一些專門為探測(cè)南極而研制的機(jī)器人及其在南極的應(yīng)用。例如，美國(guó)“Polar Rover Yeti”機(jī)器人在南極冰蓋站探測(cè)地球氣候歷史情況；中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了三代南極流動(dòng)站，為人類和移動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行南極任務(wù)提供便利；Autosub系列水下機(jī)器人；“Endurance”水下機(jī)器人用以探測(cè)南極海冰；太陽(yáng)能“Cool”機(jī)器人的研發(fā)說(shuō)明了極地研究迫切需要機(jī)器人科學(xué)的重要性；英國(guó)“ISIS”機(jī)器人對(duì)南極深海進(jìn)行探測(cè)等等。

［1］科技部.《服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》解讀［J］.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2012，（3）：6－9.

［2］李丙瑞，秦為稼，郭井學(xué)，等.智能機(jī)器人技術(shù)在南極科學(xué)考察事業(yè)中的試驗(yàn)應(yīng)用［J］.極地研究，2009，21（4）：336－343.

［3］SELTZER，R.Robot to probe inside Antarctic Volcano［J］.Chemical＆Engineering News，1992，70（51）：4－5.

［4］Bishop JKB，Davis RE，Sherman JT.Robotic observations of dust storm enhancement of carbon biomass in the North Pacific［J］.Science，2002，298（5594）：817－921.

［5］Gong X，Wang L，Cui X，etc.DOME A SITE TESTING AND FUTURE PLANS［C］∥3rd ARENA Conference on Astronomical Observatory at CONCORDIA（Dome C，Antarctica）.France：［s.n.］，2009，40：65－72.

［6］Howard A M，Williams S.A single camera terrain slope estimation technique for natural arctic environments［C］∥IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION.USA：IEEE，2008：2729－2734.

［7］Yuan Jing，Huang Yalou，Sun Fengchi，Tao Tong.Active Exploration Using Scheme of Autonomous Distribution for Landmarks［C］∥IEEE International Conference on Robotics and Automation－ICRA. USA：IEEE，2009：173－178.

［8］Urmson CP，Dias MB，Simmons RG.Stereo vision based navigation for sun－synchronous exploration［C］∥IEEE／RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems VOLS 1－3.USA：IEEE，2002：805－810.

［9］Brierley AS，F(xiàn)ernandes PG，Brandon MA，etc.Antarctic krill under sea ice：Elevated abundance in a narrow band just south of ice edge［J］.Science，2002，295（5561）：1890－1892.

［10］Leu Ming－Taun，Keyser Leon F.Vapor－deposited water and nitric acid ices：Physical and chemical properties［J］.INTERNATIONAL REVIEWS IN PHYSICAL CHEMISTRY，2009，28（1）：53－109.

［11］Schofield Oscar，Ducklow Hugh W，Martinson Douglas G，etc. How Do Polar Marine Ecosystems Respond to Rapid Climate Change？［J］.Science，2010，328（5985）：1520－1523.

［12］Mauritzen C，Hansen E，Andersson M，etc.Closing the loop－Approaches to monitoring the state of the Arctic Mediterranean during the International Polar Year 2007－2008［J］.PROGRESS IN OCEANOGRAPHY，2011，90（1－4）：62－89.

［13］Oliver Matthew J，Moline Mark A，Robbins Ian，etc.Letting Penguins Lead：Dynamic Modeling of Penguin Locations Guides Autonomous Robotic Sampling［J］.OCEANOGRAPHY，2012，25（3）：120－121.

［14］Smith SM，McPhail S，Healey A，etc.LONTalk as a standard protocol for underwater sensor platforms［C］∥Oceans 97 MTS／IEEE Conference.USA：IEEE，1997：267－267.

（本文責(zé)任編輯：郭沫含）

關(guān)于北極機(jī)器人研究的42篇文章，利用機(jī)器人對(duì)格陵蘭島的探測(cè)應(yīng)用較多，其次是對(duì)北極深海、北冰洋以及北極地中海的水下探測(cè)活動(dòng)，這些科學(xué)探索涉及到的機(jī)器人有“Seagliders”機(jī)器人、遠(yuǎn)程控制glacier調(diào)查機(jī)器人、英國(guó)“ISIS”機(jī)器人、美國(guó)Autosub系列機(jī)器人、“hobby”機(jī)器人以及Aerosonde機(jī)器人等等。另外還有一些小型未被命名的機(jī)器人系統(tǒng)收集北極科學(xué)數(shù)據(jù)信息以及探測(cè)雷達(dá)數(shù)據(jù)。

未區(qū)分南北極的極地機(jī)器人研究的文獻(xiàn)量較少，主要是系統(tǒng)描述在極地探索應(yīng)用機(jī)器人的必要性與可操作性。從極地探索與機(jī)器人研制的歷史長(zhǎng)期發(fā)展和先驗(yàn)理論的指導(dǎo)下，系統(tǒng)論述機(jī)器人在極地科學(xué)研究中的優(yōu)勢(shì)，并將機(jī)器人在極地的應(yīng)用從陸地操作擴(kuò)展到水、冰、陸、空操作，同時(shí)考慮到極地惡劣的環(huán)境和天氣對(duì)人類進(jìn)行科學(xué)探索的阻礙，機(jī)器人在極地的應(yīng)用在很大程度上將得到推廣。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)WoS數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的極地機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)分析，筆者得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)論文年代分布進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)極地機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量從最早出現(xiàn)相關(guān)文獻(xiàn)之后有了一個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期，目前雖然文獻(xiàn)量波動(dòng)較大，但是極地機(jī)器人在南北極的科學(xué)應(yīng)用已然引起了科學(xué)家學(xué)者的重視，可以預(yù)測(cè)將會(huì)有更多的機(jī)器人被研發(fā)以用于極地探測(cè)。

（2）通過(guò)文獻(xiàn)類型的分析，發(fā)現(xiàn)極地機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)中會(huì)議論文是重中之重，由此也可以看出偏向應(yīng)用方向的文獻(xiàn)大多圍繞相關(guān)會(huì)議開(kāi)展，其中IEEE International Conference on Robotics and Automation會(huì)議是機(jī)器人行業(yè)中的重要會(huì)議。

（3）通過(guò)對(duì)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)美國(guó)是極地機(jī)器人相關(guān)研究的優(yōu)勢(shì)國(guó)家，美國(guó)的卡內(nèi)基梅隆大學(xué)以及達(dá)特茅斯學(xué)院、澳大利亞的新南威爾士大學(xué)、英國(guó)南安普頓國(guó)家海洋中心、意大利佩魯賈大學(xué)以及中國(guó)科學(xué)院是極地機(jī)器人研究的主要機(jī)構(gòu)。另外英國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)間的合作較為密切，中國(guó)科學(xué)院與澳大利亞新南威爾士大學(xué)、美國(guó)加州理工學(xué)院及美國(guó)亞利桑那大學(xué)之間的合作是一個(gè)連通圖，且合作力度較大。

（4）通過(guò)對(duì)極地機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)在南北極的研究分布情況的研究，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人研究更多應(yīng)用在南極，而北極雖有涉及，但文獻(xiàn)量并不多，大多是機(jī)器人應(yīng)用于北冰洋、北極地中海的水下探測(cè)活動(dòng)。這種分布現(xiàn)象與國(guó)際對(duì)南北極的關(guān)注研究側(cè)重是一致的，期望未來(lái)能有更多的機(jī)器人被研發(fā)用于北極探測(cè)活動(dòng)。

總之，本文主要通過(guò)極地機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)的重點(diǎn)介紹與研究機(jī)構(gòu)分布，較全面了解極地機(jī)器人相關(guān)研究情況，希望中國(guó)的極地機(jī)器人研究可以多多借鑒國(guó)外的科研成果。

Bibliometric Study of Literatures on International Polar Robotics Based on Web of Science

Zhang XingHua Weina*
（School of Information Management，Nanjing University，Nanjing 210046，China）

A bibliometric analysis was conducted based on collection of literatures on international polar robotics research from the database of Web of Science.The study included chronological distribution，document type，research institutions，research territory.Meanwhile，high influence literratures which have been cited lots times were introduced.Some conclusions has been made：The polar robotics research has gained the attention of scientists and scholars；American research institute is the main mechanism of international polar robotics research；Antarctic is the important areas that apply robots to scientific exploration activities.

polar robot；Web of Science；bibliometrics；antarctic；arctic

10.3969／j．issn．1008－0821．2015．03．023

G250.252

A

1008－0821（2015）03－0129－07

2014－10－21

2014年國(guó)家海洋局極地專項(xiàng)辦“南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估專項(xiàng)”子專題“極地科技發(fā)展戰(zhàn)略研究”中課題四“極地科技論文分布與極地大國(guó)的研究?jī)?yōu)勢(shì)”（項(xiàng)目編號(hào)：CHINARE2014－04－05－03－04）研究成果之一。

張幸（1991－），女，碩士研究生，研究方向：信息檢索、社會(huì)科學(xué)研究評(píng)價(jià)。

華薇娜（1955－），女，教授，研究方向：信息檢索、社會(huì)科學(xué)評(píng)價(jià)研究。