基于知識圖譜的國內智慧安全研究可視化分析

項乘浪，劉 輝，王海寧，王國強，徐曉萌，聶榮山

(中國計量大學 質量與安全工程學院，浙江 杭州 310018)

國際商業機器公司(International Business Machines Corporation, IBM)在2008年提出“智慧地球”概念，其理念和戰略已經得到了各國的廣泛認可。物聯網、大數據、云計算、人工智能、虛擬現實等新興信息技術不斷的發展，使得數字化、網絡化以及智能化被公認為是將來社會發展的大趨勢。同時也因為新興信息技術陸續運用在各個領域之中，使得在大數據背景下的社會安全將面臨著巨大挑戰和創新。而“智慧安全”也正是緊隨信息化技術而興起的一個相對新的研究領域。

科學技術的發展是推動社會發展的重要動力之一，大數據時代帶來的信息共享和交互，也給傳統的公共安全與應急管理的范式帶來了沖擊。“智慧安全”是一種新興的安全管理思想，依托它建立智慧安全管理保障體系，通過大數據、互聯網、云計算等先進的信息技術，與公共安全、應急管理的科技技術相結合。將公共信息、應急管理資源等要素進行整合并統一協調，有效地預防和減少事故災害發生，增強對突發事件的監測預警以及事故發生后的科學決策、處置和救援能力。目前智慧安全主要在智慧城市的建設中體現，它是智慧城市的核心和關鍵。國外Batty等人給出構成智慧城市的基本概念，定義為信息通信技術(Information and Communication Technology, ICT)與傳統基礎設施的城市，使用新的數字技術進行協調和整合[1]。Zanella等人研究城市互聯網對智慧城市前景的支持，利用最先進的通信技術來支持城市和公民管理的增值服務[2]。國內鐘少波等人對城市智慧安全建設和應用進行探索，融合新興信息技術構建城市智慧安全平臺[3]。此外智慧安全還運用在企業管理或生產監控等方面，系統通過各種終端儀器及設備的檢查、分析與顯示，累積大量的安全管理業務數據[4]，建設企業智慧化安全管理系統，做到智慧報警、智慧作業、智慧指揮及智慧決策等。

近年來，隨著人工智能的不斷興起和相關技術的發展進步，國內外學者針對智慧安全的研究也在不斷進行創新，智慧安全研究已在醫療、食品、交通、應急等領域逐漸形成多樣化的研究主題和前沿分支[5-8]。但是由于智慧安全是新興的研究領域，目前其相關的理論研究還十分有限，主要是圍繞智慧安全是什么，如何在各領域建設開展，而且這些研究整體還處于基礎階段，同時智慧安全的實踐運用主要是在監測、監管上，還未形成完整的知識體系。為了更好地識別國內智慧安全研究的理論基礎及知識群組，辨識智慧安全研究的主題分布與演化路徑，探究前沿熱點與發展趨勢，本文基于中國知網(CNKI)數據庫，綜合使用文獻計量學方法和科學知識圖譜技術，從近二十年智慧安全研究的相關文獻分布特征、研究主題、研究領域、研究熱點及前沿等方面進行信息發掘，以期為智慧安全的后續研究提供理論參考和借鑒。

1 數據與方法

1.1 數據來源

利用CNKI數據庫獲取相關文獻數據，以“智慧安全”(中英文對照)為主題，全面檢索關于智慧安全的研究，檢索時間設置為“2000年1月至2019年5月”。經過人工篩選、去重，共保留了1 043篇文獻，文獻類型主要包括期刊文章、會議文章以及學位論文三類，具體如表1。從表1可以看到，期刊文章的文獻占比高達94.899%，其次為學位論文和會議文章，分別占比3.203%、1.898%。此外在期刊文章中，核心期刊論文61篇、CSSCI收錄論文25篇、CSCD收錄論文17篇。

表1 文獻類型Table 1 Type of the literature

1.2 研究方法和工具

文獻計量學是一門對學科技術研究現狀和發展趨勢進行描述、評價和預測的學科，通常采用數學與統計方法來挖掘文獻的各種特征量信息。在文獻計量學分析方法中，知識圖譜能夠用來顯示科學知識的發展進程與結構關系，具有知識導航功能[9]，通常利用VOSviewer和Citespace軟件來實現。VOSviewer是由荷蘭萊頓大學(Leiden University)的Van Eck和Waltman開發的一種基于VOS技術的文獻知識單元可視化軟件。在顯示映射知識領域，特別是在聚類方面具有獨特的優勢[10]。Citespace軟件是美國德雷塞爾大學陳超美教授開發的一種常用的信息可視化軟件[11]，側重探測和分析學科研究前沿的演變趨勢、研究前沿與其知識基礎之間的關系，以及不同研究前沿之間的內部聯系。目前已有很多研究人員采用知識譜圖方法來評價各自領域的研究現狀和預測發展趨勢[12-15]。本文以智慧安全為主題繪制科學知識圖譜來挖掘當下的研究熱點、研究前沿以及研究趨勢，以便為相關的研究提供依據。

2 結果與討論

2.1 時間分布

為了評估智慧安全研究的成果，根據從CNKI數據庫中收集2000年1月至2019年5月發表的文章，對智慧安全研究文獻從時間分布上進行分析，了解智慧安全研究的趨勢和變化。智慧安全文獻的時間分布統計結果如圖1。

圖1 發文量隨年度變化趨勢圖Figure 1 Yearly distribution of the number of articles

從總體趨勢上看每年的文獻數量呈現指數增長的趨勢，具體可以分為兩個階段：第一階段是緩慢發展期(2000-2010年)，該階段發文量不高，年均十余篇，2000年發文量僅2篇，2010年最多也只有23篇。從整體上看，呈緩慢波動上升趨勢。第二個階段是迅速發展期(2011年至今)，從2011年開始每年的文獻數量迅速增長，到2018年已達229篇，比預測指數曲線預測的都要快得多。雖然2019年發表文獻的總量尚不清楚，但很可能按照這一趨勢發展，說明智慧安全的研究熱度在不斷提高，其研究態勢發展迅速。

2.2 主題分布

智慧安全涉及領域廣泛，通過對主題的分析能了解其主要的研究方向和涉及的具體領域。對智慧安全研究主題進行統計分析，發文量前15的主題分布如圖2。根據各主題的發文量可知，發文量最多的研究主題是智慧城市，達到334篇，其次是信息安全和智慧校園，分別是77篇和58篇。說明在智慧城市建設項目中智慧安全是其重要內容，研究的熱度也最高。同時，在大數據時代背景下，信息安全為社會各層所廣泛關注，因此它也是智慧安全研究熱度較高的主題之一。此外對智慧校園這一主題而言，高校管理也逐漸向智能化的方向發展，“智慧安全管理”是高校安全管理的主要改革和發展方向。智慧安全的研究在這些主題上得到了具體的應用并且其研究熱點還在不斷的提高。

圖2 文獻的主題分布圖Figure 2 Thematic distribution of the literature

2.3 來源分布

通過智慧安全研究的文獻來源期刊分布，可以了解國內目前智慧安全研究文獻主要發表在哪些期刊，以及其側重的研究領域。統計發文數量前10的來源期刊以及均篇下載次數等相關數據，具體情況見表2。

表2 來源期刊統計表Table 2 Source journal statistics

可以看出目前在期刊《中國公共安全》上登載的文獻數量最多，達41篇。其次是《網絡安全與應用》和《信息安全與通信保密》，分別是24篇、16篇。這說明了智慧安全在公共安全上的研究成果較多，其次是網絡安全和信息安全。此外，均篇下載次數則是期刊《電子政務》的次數最多，達到351.50次，其次是《網絡安全技術與應用》和《智能建筑與智慧城市》兩本期刊，分別達到131.54次、116.88次，說明其發表的智慧安全研究文獻被眾多學者所關注。

2.4 機構分布

通過對智慧安全研究的機構分布，可以得知目前在國內開展智慧安全研究的主要機構，并通過機構能更準確地了解智慧安全的研究主題和深度。根據統計文獻數據，繪制了文獻的機構分布知識圖譜，以及發文量前10的機構分布情況表，分別見圖3和表3。

圖3 文獻的機構分布圖Figure 3 Organizational distribution map of the literature

表3 國內智慧安全研究相關機構分布表Table 3 Organization distribution table of domestic smart security research

通過圖3可知軍事科學院和中國電信上海研究院是中心度最高的兩個研究機構，表明這兩個機構在智慧安全研究領域有較高的影響力。由于這兩個機構的發文量相比其他機構較少，因此沒在表3中顯示。其次各個機構相互之間的聯系較少，說明智慧安全研究目前主要是以各機構獨立研究為主。通過表3發現高校的發文量相對較多，這可能與高校學術研究的特點相關。而均篇被引次數可以了解機構發表文章質量的高低，華南理工大學的均篇被引次數最高，達到21.80次，主要發表的是博士、碩士學位論文，研究的深度較高。其次是上海社會科學院信息研究所，達到了16.40次，這間接體現了該研究所在智慧安全研究領域有較高的水平。

總體而言目前國內主要的智慧安全研究機構以高校為主，其次是研究所以及相關公司。造成這個現象的原因可能與當前智慧安全研究時間不長并以理論研究為主有關，各高校師資力量不同且各自研究方向也不盡相同，促進了智慧安全研究的多樣化發展。

2.5 研究熱點與前沿分析

2.5.1關鍵詞共現分析

關鍵詞可以反映文章的核心內容。因此，關鍵字分析可以用來識別與知識領域相關的不斷發展的研究熱點[11]。本文使用VOSviewer軟件繪制了智慧安全研究文獻的關鍵詞共現知識圖譜，如圖4。關鍵詞共現知識圖譜中相同顏色的節點代表著一個聚類，同種聚類內的關鍵詞聯系密切，不同聚類之間的聯系則可以探索其中蘊含的關系。從圖4可知，這些關鍵詞大致分為5個聚類，分別以紅色、綠色、藍色、黃色、紫色表示。

圖4 關鍵詞共現知識圖譜Figure 4 Mapping knowledge domains of key words co-occurrence

聚類1(紅色)：紅色聚類中出現頻率最大的關鍵詞是智慧城市，連接了58個節點。其次較大的幾個節點是信息安全、網絡安全、大數據、智慧校園等，這也是在智慧安全研究中的幾個主要的主題。紅色聚類以智慧城市的構建為主，以互聯網、云計算、大數據等現代信息技術為手段來合理利用和分配社會資源、自然資源、人力資源等，來提升城市管理、運行和生活水平，已達到“智慧”的形態。其中智慧安全是智慧城市在建設中的一個重點，涉及信息網絡、安全管理、安全平臺等多個方面建設。例如王楓云等人在智慧城市構建中以“智慧”為主題，提出智慧政務領域、智慧企業領域、智慧民生領域、智慧交通領域這四個方面的建設要求[16]。

聚類2(綠色)：綠色聚類主要是圍繞關鍵詞公共安全、企業管理以及智慧交通為主，主要分為兩個方面，一方面是通過大數據融合分析的技術進行管理和決策，以復雜突發事件或交通事故做情景構建和推演，為智慧安全公共安全管理以及交通監管創造新的模式，例如劉紅波等人從制度和技術雙重維度進行研究，提出了智慧安全作為新型的公共安全管理模式[17]。另一方面是以企業管理為主，針對各自行業的特點，運用“互聯網+”實施安全智慧監管，打造智慧、共享、監管一體化管理體系，努力進行智慧安全管理的新模式創新。

聚類3(藍色)：藍色聚類以智慧安全在安全生產上的研究為主，以監管部門為主導，結合互聯網以及信息技術來收集、統計、處理與安全生產相關的數據，加強各行業生產活動的智慧化生產和管理。例如徐靜等人針對礦山企業生產、經營管理特點及其信息化需求, 在自動化、數字化、智能化礦山的基礎上闡釋智慧礦山概念[18]。同時也為應急管理提供準確的信息資料，促進面對突發事件能高效、準確的開展。

聚類4(黃色)：黃色聚類主要圍繞食品安全、智慧社區、安全防護、人工智能等四個關鍵詞為主，其中在食品安全上有較大呈現，結合“互聯網+”、智慧監管和安全標準等三個關鍵詞，展現了智慧安全在食品安全上主要的研究是監管多元化、多樣化并深刻結合智慧城市理論的新興食品安全監管體系。例如王冀寧等人探索人工智能技術在食品生產各個環節的應用，提出食品安全智慧監管新期望[19]。此外在安全防護方面也有陳家焱等人基于互聯網技術來建立電梯安全監控系統，實現電梯安全防護的自動化和信息化[20]。

聚類5(紫色)：紫色聚類是個小聚類只有2個關鍵詞服務平臺和智慧旅游。目前以互聯網為基礎構建智慧服務云平臺，通過數據分析綜合管理的方式已經在有關領域取得成效。智慧旅游主要是針對目前我國節假日旅行人數眾多的現象，對旅游景點的相關智慧服務和人員信息統計，實現旅游資源及社會資源的共享與有效利用的系統化、集約化的管理變革[21]。

從各聚類分布可以看出，五個聚類相互交叉說明其整體聯系較多，目前智慧安全的研究雖各有側重，但其運用的理論及技術相差不大，更多的體現在應用層面。導致這個現象的原因可能是智慧安全作為新興研究領域其研究時間不長，其內涵和外延還有很大拓展空間。

2.5.2關鍵詞時間線分析

關鍵詞共現網絡知識圖譜不能有效展現關鍵詞的時間分布，為了研究智慧安全研究的進展情況，使用CitespaceV軟件繪制了關鍵詞可視化時間線圖，如圖5。關鍵詞時間線圖描述了智慧安全研究熱點隨時間的變化情況，以時間為X軸，關鍵詞為Y軸。橫向分析關鍵詞最早出現的時期以及它的研究進展，縱向分析不同聚類關鍵詞的差別與聯系。圖中每個節點對應著一個關鍵詞，節點越大表示這個年份里其對應的關鍵詞出現的頻次越多，節點的顏色越深表示該關鍵詞的突發性越強，也意味著該關鍵詞是該時期的熱點。

圖5 智慧安全研究關鍵詞時間線圖Figure 5 Timeline view of keyword for smart security research

由圖5可知，智慧安全研究共有8條時間線，表示了不同集合的具體時間分布。可以發現關鍵詞熱點主要分布在近十年，最早突顯的關鍵詞是“客戶端”、“企業管理”，說明智慧安全研究在2008年時對于企業智慧化管理研究是突顯的熱點，具體是企業在管理上通過大數據、云計算、互聯網等信息技術手段來實現智慧監管以及信息整合。也表明了智慧安全在2008年才逐漸成為熱點，并被越來越多的研究人員所關注。隨著2010年智慧地球的提出，其作為研究熱點也隨之突顯，正是在這背景下智慧安全的研究開始迅速發展，其中在2012年左右出現的頻次最多、突發性最高的關鍵詞“智慧城市”是主要研究主題。信息社會的迅速發展是推動智慧城市建設的主要力量，依托智慧城市建設這一大方向下智慧安全研究漸漸在食品安全、信息安全、交通安全、公共安全、校園安全等幾個方向展開并深入。高校是智慧安全研究的主要力量，而校園作為一個小型社會其有較高的應用價值，取得的反饋信息也相對有研究意義。因此智慧校園也是當前一大研究熱點，如王虹等人基于“智慧校園”建設，探討利用校園網絡資源和信息技術實施實驗室安全管理平臺建設[22]。也正是在這個時候智慧安全的研究熱點逐漸增加，研究成果在不同的領域得到應用，比如智慧政務、智慧油田、智能交通、化工園區等以互聯網為手段，監管監測相關信息或指標，構建安全保障體系。目前在政治安全、經濟安全、社會安全這三方面智慧安全的研究均有涉及。最近幾年，較為突出的關鍵詞是“實時監控”、“智慧工地”、“智慧社區”以及“非傳統安全”。可以發現目前智慧安全研究越來越普及化，著重于普通民眾的信息服務及安全保障。

2.5.3主題演化路徑及前沿分析

根據關鍵詞共現網絡和時間線分析，通過關鍵詞展現了智慧安全研究領域的主題演變，具體如圖6，智慧安全研究可以歸納總結為“智慧安全基礎理論”、“智慧安全-智慧城市-智慧城市技術-智慧城市建設”和“智慧安全-信息技術-智慧管理-智慧監控”3條主要演化路徑。

圖6 研究主題演化路徑圖Figure 6 Evolution path diagram of research theme

“智慧安全基礎理論”研究路徑。在智慧安全研究的兩個階段中，可以看出在緩慢發展期主要集中在“智慧安全”、“智慧地球”等基礎概念的引入，主要是塑造理論框架及內涵。隨著進入迅速發展時期，研究的主題逐漸細化為“信息安全”、“網絡安全”、“公共安全”、“校園安全”、“交通安全”等分支，表明智慧安全研究更加細化及有針對性，促進了智慧安全的研究主題及成果的實踐與應用。

“智慧安全-智慧城市-智慧城市技術-智慧城市建設”研究路徑。該路徑是智慧安全研究的主要分支，從智慧安全基本理論出發，結合時代背景下提出的智慧地球理念，提出智慧城市這一概念并研究其內涵及可行性。在此基礎上，充分運用現代信息技術來推動智慧城市技術的研究，從而促進智慧城市的建設研究。

“智慧安全-信息技術-智慧管理-智慧監控”研究路徑。該路徑是智慧安全研究的應用分支，代表著智慧安全研究在各個領域上的細化及應用。結合關鍵詞可視化時間線圖可以發現，安全管理研究最早是應用在企業，引入智慧安全的理論，研究新興信息技術的運用，并逐漸轉移到智慧管理研究。近年來，實時監控這一主題也逐漸被引入，結合智慧安全管理，通過實時數據的收集及分析，來預防事故發生。

在文獻計量研究中，前沿往往采用代表該研究內容的詞匯或短語出現次數的變化進行分析[23]。因此相對于高頻關鍵詞分析而言，突顯關鍵詞更能代表研究領域的新興趨勢和變化。由表4可以看出，智慧安全的研究在近幾年新興熱點突顯性高。在緩慢發展時期，“安全信息學”(2003-2005年)是該領域的研究前沿，突顯強度為4.100 1。“企業管理”(2008-2015年)是智慧安全研究兩個時期轉變時的研究前沿。在2017-2019年突顯度高的關鍵詞較多，突顯強度前三的關鍵詞是“智慧校園”“公共安全”以及“大數據”。說明在國內智慧安全的研究前沿這個這三個主題方向。

表4 關鍵詞突顯信息表Table 4 Keyword burst information table

3 結 論

本文通過文獻計量學方法和科學知識圖譜技術辨識國內智慧安全的研究狀況，獲得如下結論。

1)智慧安全研究發文量呈指數增長趨勢，智慧安全作為一新的研究領域其關注度正在迅速提高，智慧城市、信息安全、智慧校園是目前排前三的研究主題。《中國公共安全》和《電子政務》分別是刊登文獻最多和下載量最高的期刊。研究機構主要是以高校為主，文獻關注度較高的兩家機構是華南理工大學和上海社會科學院信息研究所。

2)智慧安全研究最早突顯的熱點是在2008年出現的“企業管理”。近幾年智慧安全的研究熱點主要集中在智慧城市、信息安全、安全生產、智慧校園、智慧監管、智慧社區等主題，研究側重應用層面，以及從理論、共性研究逐漸轉向實踐、特性研究。研究的主題在不斷細化和深入，以“智慧安全基礎理論”研究路徑為主，智慧城市是目前國內的研究重點，而智慧校園、公共安全以及大數據是三大主要研究前沿。

總體而言，在大數據時代背景下，依托于信息技術迅速發展的智慧安全研究是未來發展的重要趨勢之一，其不僅可以促進社會平穩、和諧、科學發展，還可以增強對突發應急事件監測預警、綜合分析及科學決策、處置及救援的能力。