基于中國知網數據庫的中國深潛技術文獻研究

楊 薇，欒維新，曹月朦

（大連海事大學航運經濟與管理學院，遼寧大連 116026）

1 研究背景

深海是21 世紀國際海洋戰略博弈和大國角力的四大戰略空間1）之一，深潛技術作為海洋開發、保護和海洋技術發展的至關重要一環，為國家經濟可持續發展、保障國家安全提供了堅實保障。深海潛水器是深潛技術發展的主要載體，包括載人潛水器和無人潛水器兩類。在海洋強國目標和“一帶一路”倡議的推動下，“十三五”期間中國以“三龍”為代表的深海運載裝備系列已初具規模，即以“蛟龍”號為代表的載人潛水器、以“海龍”號系列為代表的無人有攬自治潛水器和以“潛龍”號系列為代表的無人無攬自治潛水器，在深海裝備領域取得了一批具有國際影響的重大成果［1］，為中國深海高科技的發展作出了歷史性的貢獻。

對一個科技研究領域的歷史和知識進行梳理，對于奠定該領域基礎和促進其發展是一項很重要的工作。國內學者對深潛技術研究起步于20 世紀70年代，近10年來相關文獻數量增長迅猛。以往對深潛技術的研究多聚焦在微觀技術層面或科普等方面，對深潛技術發展歷史宏觀計量的分析研究寥寥，目前尚未發現從技術分類角度對深潛技術進行計量研究。韓國元等［2］對2005—2014年包括深潛技術在內的中國深海技術發展歷程進行了研究，是針對深海技術少見的量化探索，但其研究重點不在于深潛技術。

鑒于此，本研究運用文獻計量、支持向量機（support vector machine，SVM）聚類分析以及網絡可視化分析方法，對中國深潛器技術研究近40年（1980—2018年)的學術成果進行較為全面的梳理與統計分析，以期厘清中國深潛技術的發展脈絡和研究現狀，追蹤研究熱點，探尋制約中國深潛器技術發展的主要瓶頸，為推動中國深海高科技健康發展提供有益借鑒。

2 數據處理與研究方法

2.1 數據來源及處理

研究數據來源于中國知網（CNKI）數據庫的中文文獻。CNKI 數據庫以《中國學術期刊(光盤版)》全文數據庫為核心，收錄資源包括期刊、博碩士論文、會議論文、報紙等學術與專業資料，覆蓋廣泛學科范圍，其收錄的文獻能夠反映科技前沿的發展動態。深潛技術分為直接技術和間接技術，本研究選擇屬于間接技術的深潛器為研究主題。在CNKI 數據庫中，以“深潛技術”“深潛器”“載人深潛器”“水下機器人”“ROV”“HOV”“AUV”“UUV”等為關鍵詞，在文獻分類目錄里以基礎科學、工程科技為主進行檢索，文獻類型以期刊論文為主，檢索時段為1980—2018年的相關技術文獻，共搜索得到文獻1 326 篇，經過去重及排除應用類、綜述類以及不相關主題論文，獲得有效文獻記錄811 篇（以下簡稱“樣本文獻”）。

為便于辨析機構性質及準確分析協同創新效應，對研究機構的處理方法如下：（1）采取一級機構名稱與歸類，例如大學的相關學院均以大學為一級機構；中國船舶重工集團公司702 所的別稱為“中國船舶科學研究中心”，連同中國船舶重工集團公司（以下簡稱“中船重工集團”）其他分所（701、704、712、714、725）一并歸類至中船重工集團一級機構之內。（2）各相關軍隊機構均歸類為軍隊系統。（3）機構名稱有所變更的均以最新機構名稱為準進行合并統計，如原哈爾濱船舶工程學院于1994年更名為“哈爾濱工程大學”等。

2.2 研究方法

2.2.1 運用SVM 算法的聚類分析

對專利文本的聚類分析是近年來較為成熟的分類分析方法之一，為本研究提供了有益借鑒。深海潛水器技術是多學科多種技術的綜合集成，這一領域內的文獻分屬于不同的技術模塊，對相關文獻分門別類，有助于分析深潛技術的研究結構特征、追蹤研究熱點及發現研究薄弱環節。SVM 算法為實現這一目的提供了技術支持。SVM 算法又稱為支持向量機，是一種二分類模型的計算機軟件，對其中的部分程序語言修改之后可用作多類別問題的分類。本研究采取建立技術分類體系和關鍵技術主題，從文獻數據中識別和篩選屬于各技術類別與技術主題的高頻關鍵詞，制定基于關鍵詞與所屬技術類別相匹配的文獻檢索策略，利用SVM 算法將樣本文獻歸類至相應的技術類別中，以獲取各技術類別的分類數據。

在建立技術分類體系的過程中，主要參考了美國國防部制定的《2007—2032年無人系統路線圖》所列潛水器關鍵技術［3］，以及國內學者關于潛水器（載人潛水器和無人潛水器）技術的研究文獻［4-7］，并進行了兩輪專家訪談和高頻關鍵詞篩選，將深潛器的技術系統劃分為八大類11 個子系統，即結構系統、材料系統、動力系統、導航與通信系統、控制系統、探測與作業系統、潛浮與應急拋載系統、生命支持系統（僅適用載人深潛器），包含65 個關鍵技術主題、84 個關鍵詞（見表1）。

表1 深潛器技術分類體系、關鍵技術主題及關鍵詞檢索策略

表1 （續）

2.2.2 網絡可視化分析

從樣本文獻中提取文獻來源主體（發文機構和作者），運用Bibexcel 軟件對機構和作者之間的合作進行頻次統計和共現矩陣計算，然后利用Pajek 軟件對共現矩陣進行知識圖譜的可視化繪制，得到發文機構和作者的合作網絡圖。利用社會網絡分析工具UCINET 進行分類技術不同年度熱點變化、不同性質機構獨立與合作發文等可視化分析。

3 深潛技術計量研究

3.1 總體研究趨勢

1980—2018年，中國深潛器技術領域共發表論文811 篇，其間除1993年為發文數量空白點外，其他年份均保有一定的增量，深潛器技術研究總體上得到持續關注，且階段性研究特點顯著，可將其劃分為萌芽期、儲備期和快速成長期3 個階段，如圖1 所示。

圖1 中國深潛技術研究總體趨勢

第一階段為萌芽期（1980—1999年），文獻量僅為68 篇，占樣本文獻總量的8.4%，年均發文3.4篇。這一時期，中國深潛技術研究的逐步興起主要受國際深海資源勘探開發外部環境的影響，無人潛航器在海洋石油開采領域大顯身手，海底區域“跑馬圈地”運動已初步展開。1990年，中國獲準在聯合國登記為國際海底先驅投資者，獲得了太平洋海域15 萬km2的多金屬結核開辟區（分布于水深4 000 m～6 000m 的區域）［7］，引發了國內發展大深度潛水器的現實需求。

第二階段為儲備期（2000—2009年），共有文獻131 篇，占樣本文獻總量的16.2%，較前期呈現大幅增長，年均發文13.1 篇。這一時期，中國深潛技術研究步伐較前期有所加快主要得益于國內兩個標志性事件的推動：一是2002年大深度載人潛水器（“蛟龍”號）作為國家“十五”期間“863 計劃”重大專項正式立項；二是2006年《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》將發展海洋技術確定為5 個戰略重點任務之一，明確了海洋科技的著力點和主攻方向，相應的，研究海洋技術的機構參與數量和跨機構合作研究的頻次逐漸增多，部分核心技術取得了突破性進展，如深潛器專用鋅銀蓄電池研制成功，中國掌握了大深度載人深潛器總體設計和集成技術等［5］，為“蛟龍”號深潛器的研制累積了必要的技術儲備。

第三階段為快速成長期（2010—2018年），文獻量高達612 篇，占樣本文獻總量的75.4%，較前期呈現爆發性增長，且保持在高位上下震蕩，年均發文68 篇。這一時期，中國深潛技術文獻較前期大幅增長源于國內外多種因素的推動：國內方面，2012年黨的十八大首次提出建設海洋強國目標，同年“蛟龍”號載人深潛器成功下潛7 062m 取得了關鍵技術的突破；2016年習近平總書記明確提出“深海進入、深海探測、深海開發”三部曲發展戰略，進一步指明了深海技術的發展方向。國際方面，2010年以來世界各國搶占國際海底資源的態勢明顯加劇，從2000年開始的10年間，國際海底管理局僅收到和核準了8 份海底礦區申請，而2011年至2014年的4年間，已經有26 份海底礦區申請獲得批準；與此同時，深海空間資源的國際軍事博弈引發了軍用自主潛航器密集開發的熱潮。在此背景下，國內有關深海資源勘探開發（油氣、礦產等）技術研究成果迅速增多，關于軍用深潛器技術的無人潛航器（UUV）研究文獻大量涌現（占同期文獻量32%），中國深潛技術研究進入快速發展的“黃金時期”。

3.2 研究熱點分析

3.2.1 分類技術熱點由表1 可見，利用SVM 算法對樣本文獻所屬技術類別歸類統計顯示，研究熱點主要集中在導航與通信（199 篇）和結構（195 篇）系統技術方面，在這兩個系統技術方面的研究較為廣泛和深入，文獻量分別占樣本文獻總量的24.5%和24.1%；對控制（142 篇）、作業與探測（101 篇）、動力（89篇）和潛浮與應急拋載（66 篇）系統技術進行了一定的研究，文獻量分別占樣本文獻總量的17.5%、12.5%、10.9%和8.1%；相較而言，材料（15 篇）、生命支持（4 篇）系統技術方面文獻較少，文獻量分別僅占樣本文獻總量的1.9%和0.5%。反映出中國深潛技術研究較為重視導航與通信、結構系統等技術的研究，而對材料、生命支持系統等技術缺乏應有的關注，技術研究結構的均衡性不足。

3.2.2 分類技術熱點變化

對樣本文獻中各分類技術文獻的年度分布進行可視化分析，如圖2 所示，其中圓圈內數值代表對應年份的技術系統文獻數量，如1980年結構系統技術領域有文獻2 篇，動力系統與控制系統技術領域各有文獻1 篇。從圖2 可以看出，結構、控制和動力系統技術是持續的研究熱點；導航與通信、潛浮與應急拋載、作業與探測系統技術方面的文獻在近10年左右增量顯著；材料系統技術一直處于間歇性研究低位；生命支持系統技術直至2010年才出現相關文獻［8］，距結構系統技術較早刊出的文獻［9］兩者時間跨度長達30年。反映出中國深潛技術在不同時期研究的側重點有所不同，具有部分技術系統關注度高、低差異性明顯等特點。

圖2 深潛技術分類的樣本文獻年度分布

3.3 主要研究力量

3.3.1 主要研究機構及合作情況

（1）主要研究機構概況。根據樣本文獻可知，1980—2018年間中國從事深潛技術研究的機構約有201 家，按性質可以分為企業、高校、研究所和軍隊系統4 類，發文量排名前10 位的機構如表2 所示。其中：軍隊系統的文獻量占34.8%，成為中國深潛技術研究的主要力量，反映出滿足軍事需求是中國深潛技術研究的重要目標導向和驅動引擎；高校發揮著重要作用，如哈爾濱工程大學、上海交通大學（中國深潛器研究“搖籃”）是中國深潛技術研究的傳統高校，西北工業大學為新晉之秀，發文排名第7位的中國科學院也是不可或缺的中堅力量。

表2 1980—2018年中國深潛技術研究發文量前10 位機構

（2）主要機構合作情況。通過Pajek 軟件對樣本文獻的發文機構進行分析，得到深潛技術研究機構合作網絡，如圖3 所示，其中圓圈越大表示機構合作的次數越多。圖3 反映出哈爾濱工程大學、中船重工集團、西北工業大學等處于網絡的核心位置，有較多的鏈接關系；中船重工集團、西北工業大學、軍隊系統、海軍工程大學、哈爾濱工程大學、中國石油總公司、上海交通大學以及中國船舶科學研究中心的聯系較為緊密，說明這些機構之間的合作程度較高，具有明顯的影響力優勢，其他機構的合作程度遜之；此外還顯示出同系統（如海軍工程大學與海軍兵種指揮學院，軍隊系統）和同區域（如中國船舶科學研究中心與上海交通大學、上海海洋大學）開展合作研究居多，顯示出中國深潛技術研究的系統性和區域集聚性特點。

圖3 1980—2018年樣本文獻的發文機構合作網絡

（3）不同性質機構的合作情況。對樣本文獻中不同性質機構獨立與合作發文情況進行可視化分析，如圖4 所示，其中圓圈內的數字表示某種性質的機構在對應技術系統的文獻數量。從圖4 可見，排名前4 位的合作形式分別是“企業-高校”“高校-高校”“研究所-高校”和“軍隊-高校”，其文獻量分別占合作發文總量（213 篇）的38.5%、18.3%、15.9%和12.2%，表明高校是深潛技術領域合作研究的主力，企業、研究院所和軍隊系統是合作研究的重要參與者。其中，哈爾濱工程大學、上海交通大學和西北工業大學這3 所高校分別于2012年、2013年、2016年先后成立了3 個產學研一體化的協同創新中心之后，創新能力大為提升，承擔了國內深潛器研制“863 計劃”、“973 計劃”、國家重大科技專項的大部分任務。

圖4 1980—2018年樣本文獻的發文機構研究合作類型分布

值得關注的是，圖4 顯示圓圈較大的部分是四大創新主體，即高校、企業、研究所、軍隊系統的獨立研究發文量，占比依次為46.4%、16.6%、6.6%、4.2%，合計高達73.8%；而合作研究發文量僅占樣本文獻總量的26.2%，其中產學研(或產學研用)結合的發文占比僅為14.1%（含三大高校協同創新中心成果和軍隊系統與“企業+高校+研究所”的協作成果等），反映出產學研合作嚴重不足，合作研究尚未形成規模效應。另外，對八大技術系統的機構合作研究頻次的統計顯示，合作頻次較多的依次是結構（24.4%）、導航與通信（22.9%）、作業和探測（17.1%）、控制（15.1%）和動力（12.2%）系統技術，合作頻次較少的是潛浮與應急拋載（6.8%）和材料（1.5%）系統技術，而生命支持系統技術尚未開展機構間的合作研究，表明八大類技術系統受機構開展合作研究的關注程度不同。

3.3.2 重點研究作者及合作情況

樣本文獻的作者約有1 646 位，發文量排名前10 位的作者排序如表3 所示，主要來自高校，以哈爾濱工程大學居多，少數來自企業（中船重工集團），他們是中國深潛技術研究的核心人才。

表3 1980—2018年中國深潛技術發文量前10 位作者

通過Pajek 軟件對樣本文獻中發文數量大于5篇的作者進行合作網絡分析，得到中國深潛技術研究作者合作網絡，如圖5 所示，其中圓圈越大表示合作的次數越多，主要有嚴浙平、宋保維、邊信黔、崔偉成、趙玉飛、周佳加、葛彤等作者。經過近40年的歷練，中國深潛技術領域逐漸形成了一批具備科研實力的研發團隊，其中合作發文較多的有東部地區中船重工集團的徐芑南、崔偉成團隊和上海交通大學朱繼懋（“中國深潛器之父”）、葛彤團隊，中部地區哈爾濱工程大學的嚴浙平、邊信黔、徐玉如（“中國智能水下機器人之父”）團隊，西部地區西北工業大學的宋保維團隊等，形成了深潛技術領域較為穩定的研究者合作網絡。

圖5 1980—2018年中國深潛技術研究者合作網絡

4 研究結論

（1）1980—2018年中國深潛技術研究總體上受到持續關注，相關文獻數量的階段性特征較為顯著，2000年以前長期低位徘徊，2000—2009年穩步增長，2010年以來呈現爆發性增長態勢，這與影響深潛技術發展的國內外多種因素密切相關。

（2）中國深潛技術研究熱點主要集中在導航與通信、結構系統技術方面，材料和生命支持系統等技術領域文獻較少。從分類技術的年度變化來看，結構、控制和動力系統技術是持續的研究熱點；導航與通信、潛浮與應急拋載、作業與探測系統等技術領域的文獻在近10年增量顯著；而生命支持系統技術研究時間較短、文獻量較少，材料技術研究一直處于間歇性低位，有資料顯示，我國深潛用固體浮力材料、高性能空心玻璃微珠材料主要依靠進口，耐腐蝕合金材料性能較低，材料技術的發展水平已成為制約中國海洋高端裝備研發的主要瓶頸之一［10］。

（3）哈爾濱工程大學、中船重工集團、西北工業大學和上海交通大學等為中國深潛技術主要研究機構，處于合作網絡的核心位置，具有明顯的影響力優勢；機構間的合作呈現較強的區域集聚性和系統內部合作居多的特點，主要的合作形式是“企業-高校”“高校-高校”“研究所-高校”和“軍隊-高校”4 類，合作頻次較多的領域分別是結構、導航與通信、作業和探測、控制和動力系統技術。

（4）近40年間國內深潛技術研究逐漸形成了一批具備實力的研發團隊，其中包括獨立研究和合作研究發文量均較多的哈爾濱工程大學嚴浙平、徐玉如、邊信黔團隊，西北工業大學宋保維團隊，中國船舶科研中心徐芑南、崔偉成團隊和上海交通大學朱繼懋、葛彤團隊等，形成了中國深潛技術研究較為穩定的研究者網絡及合作網絡。

（5）2010年以來中國在深潛技術領域發展勢頭迅猛，但研究結構的均衡性欠缺，對制約中國深潛技術發展的動力、材料、生命支持等系統技術研究不足，且合作研究未形成規模效應，合作研究發文量只占發文總量的26.2%，其中產學研結合的發文量占比僅為14.1%。未來應加強領域內材料、生命支持等系統技術方向的研究，借助機構間強強聯合的專業合作，提高中國深潛技術的自主創新能力和國際競爭力。

注釋：

1）四大戰略空間指深空、深海、深地、深藍，是中國《“十三五”國家科技創新規劃》中面向2030年的深度科技布局。深空，即建立太空空間站、發展火星探測技術；深海，即建立深海空間站、進行深海科技探索；深地，主要包括發展地球深部的資源勘探開發技術；深藍，即發展網絡空間、信息技術、人工智能技術等。