基于VOSviewer的2016—2021年間安全科學領域熱點研究概況

鄭欣睿，程健維，張巨峰，司俊鴻

(1.中國礦業大學 安全工程學院，江蘇 徐州 221116；2.隴東學院 能源工程學院，甘肅 慶陽 745000；3.華北科技學院 應急技術與管理學院，北京 101601)

0 引 言

安全科學是在生存實踐中對安全的本質及其運動、變化規律的研究，安全科學為一門涉及文、理、工以及醫學等學科的綜合學科，包括安全工程、防火防爆工程、電氣安全工程、交通安全工程、職業衛生工程(除塵、防毒、個體防護等)及安全管理工程等。科技論文是科學研究的主要成果形式，通過對科技論文的統計分析可以得出安全科學領域的研究狀態，包括研究內容、研究趨勢及合作交流等內容，有利于安全科學學者從宏觀的角度去了解此領域的結構和進展狀況，把握研究主流及熱點，為安全科學領域的研究提供方向參考。

目前，一些學者試圖用量化的方法來研究科學和學科的結構。在科學計量領域，普賴斯可能是第1個預言科學引文索引或許包含揭示科學結構信息的學者。普賴斯認為合適的分析層次是基于期刊或者期刊聚類進行的期刊-期刊引用分析[1]。1981年，知名的科學計量學者SMALL等提出作者共被引分析方法是研究科學結構的一種重要方法[2]。1997年SMALL提出專題領域科學結構和全領域科學結構的不同，并稱這2類結構組成了科學領域結構[3]。2006年，BOLLEN等通過數據的使用情況試圖來繪制科學結構[4]；同年RICHARD等在國際科學計量學期刊上發文，討論并繪制了基于2002年發表的80萬篇科學論文引用數據的科學結構地圖[5]。2008年，KEVIN等通過使用確定與研究化學結構和演化相關的聚類，繪制了新的學科地圖[6]。2017年，MUNOZ-éCIJA等將利用可視化技術構建科學結構這一方法系統化，并表示可以將此方法用在任何其他科學領域[7]。2019年，CHANIN將科學繪圖技術用于梳理關于可持續旅游發展此類文獻的知識結構[8]。再后來的研究中，同被引分析、文獻耦合分析、內容詞分析以及內容詞-引文的混合分析等方法也被應用到科學結構的研究中[9-11]。隨著數據處理技術和方法的不斷發展，國內學者在管理學、材料科學、心理學及物流等領域應用了共詞分析方法和技術[12]。在安全科學領域，李杰提出使用量化的方法分析科學結構成為科學結構研究的重要方法，并進行了安全學科部分文獻的統計與分析[13]。但近幾年此類研究的文獻總體較少，統計文獻時間范圍小，部分統計文獻時間較為久遠。

為了考察近年來世界安全科學領域關注的研究主題，文中利用文獻計量學分析方法，以24種國際安全科學與技術領域高影響力SCI或SSCI收錄期刊及論文集在2016—2021年刊載的論文為研究對象，通過對論文關鍵詞的可視化分析，系統梳理了近5年世界安全科學領域的研究主題，同時借助VOSviewer軟件對研究熱點、研究主題進行可視化展示，這有助于學者快速有效地把握當前安全科學研究的切入點，促進對安全科學領域研究進展和研究方向的了解。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

本研究采用的數據來源于被SCI或SSCI收錄的24本國際安全科學與技術核心期刊及論文集，其中包含不同國家和不同影響因子的各類國際期刊，見表1。選取國際上用于科技文本挖掘的權威數據庫Web of Science作為文中分析的核心數據集，參與分析的文獻為2016—2021年的期刊論文。

表1 本研究所采用的核心期刊表

定檢索策略為：在Web of Science高級檢索中以SO=出版物名稱來構建檢索式。

1.2 分析方法

VOSviewer是一款通過可視化方法呈現科學知識的結構、規律和分布情況的軟件，可以展現一定時期內某學科或領域的研究現狀，并能預測未來的發展趨勢。該軟件可根據各節點間距、密度和大小的不同構建聚類視圖、密度視圖和疊加視圖，用以評估某領域的研究方向和熱點。文中運用VOSviewer軟件，借助統計軟件Origin，對發表年份、研究熱點及關鍵詞等進行共現分析。首先將檢索到的文獻按照“全記錄及引用的參考文獻”格式分批導出，導入VOSviewer軟件去除無關關鍵詞后繪制文獻可視化圖譜。用不同顏色的節點區分不同的聚類，主題詞之間的密切程度和相似程度通過節點之間的距離來體現，節點大小代表出現的頻次，密度越高代表其聯系越緊密，相關性越強。

共現分析是較為常用的文獻計量和內容分析方法，其原理主要是對一組詞兩兩統計它們在同一篇文獻中出現的次數，對這些詞進行聚類分析，進而分析這些詞代表的學科和主題的結構變化[14]。早在20世紀80年代，荷蘭萊頓大學的Rip Arie等學者就基于《生物技術與生物工程》雜志10年的論文數據，以關鍵詞為研究對象，利用共詞分析對生物技術領域的研究進展進行了可視化分析[15]。此后，該方法被應用到其他一些研究領域的知識演進分析中，如軟件工程、化學、科學計量學、神經網絡、環境科學及SARS等[16]。近年來，中國學者在研究中也開始使用共詞分析的方法和技術，尤其是在圖書情報學領域應用較為廣泛，最近較為典型的研究如邱均平以SCI和SSCI收錄的 13種高影響力外文源刊在2006—2010年 5年間所刊載的論文為研究對象，對國際范圍內圖書情報學領域的研究熱點和前沿進行了辨識和追蹤[17]。

文獻計量方法和可視化技術為探索某一學科領域的知識結構與演變提供了有效的分析手段。文獻計量分析，是利用文獻計量學原理對相關文獻進行分析的一種文獻分析方法，通過采用數學、統計學等計量方法，研究文獻的分布結構、數量關系、變化規律[18]；其分析對象除了以篇、冊、本為單元進行計量外，還包括對文獻內部的相關信息進行計量分析，如標題、主題詞、關鍵詞、詞頻、共詞、共引、共現、引文信息、同被引、引文耦合、著者、合作者、出版者、日期、語言、機構及國家等，可用于分析學科發展動態、學科研究概況以及學科發展趨勢[19]。

2 結果分析

2.1 時間趨勢分析

研究文獻數量按時間分布的情況如圖1所示。由圖1可知，安全科學研究發表文獻數量呈逐年上升的趨勢。自2010年以來，安全科學相關文獻數量增長速度較快，且近5年來平均每年保持在約2 500篇以上，尤其在2020年竟達到了3 500篇，推測出現這種情況與全球新冠疫情的爆發導致人們對于安全的重視有一定關系。

由于文中撰寫時間為2021年，所導出文獻中2021年的文獻數量并不能代表本年總文獻數，故在作圖時略去2021年的數據。所統計的文獻數據來源于Web of Science數據庫，以上文提到的檢索策略去除掉時間范圍后進行檢索。

由圖1可知，從2015年起，每年的研究文獻數量都穩定保持著增長的趨勢，2014年之前的年研究文獻增長速率不穩定，上下波動頻繁，2000年的文獻同比增長速率甚至到達了330%，但總體上的論文數量都是隨時間呈上升趨勢。2000年論文數量急速增長可能是因為安全科學專業在各國高校的成立以及互聯網的普及，這對安全科學研究領域的發展及研究人員的培養提供便利。

圖1 研究文獻數量按時間的分布情況Fig.1 Distribution of research literature by time

由圖2可知，2015年到2020年的研究文獻數量呈逐年穩步遞增狀態，且2020年的論文數量是2015年論文數量的1.5倍，其增長速率較快，根據這一增長趨勢，預計在此類統計范圍內2021年安全學科領域論文數量可以達到4 000篇左右。

圖2 研究文獻數量按時間的分布情況(2015—2020)Fig.2 Distribution of research literature by time(2015—2020)

2.2 研究作者分析

文獻發表作者群體的可視化視圖譜如圖3所示。由圖3可知，關于安全科學技術研究學者的合作網絡共包括448位學者。在合作網絡中，節點和標簽越大，則該作者在2016—2021年發表的論文越多。通過圖譜分析可知關于安全科學技術文獻的作者主要分為31個聚類。較大的幾個聚類的核心分別是Gensrik Reniers，Faisal Khan，Jiang Juncheng，M.Sam Mannan，Mohanmed Abdel-Aty。研究人員通過與這些聚類的核心成員合作，圍繞相同的研究方向共同研究并發表論文，同時這張圖也為我們展示了不同聚類核心的研究人員彼此之間也是有聯系和合作的。

圖3 文獻發表作者群體的合作情況Fig.3 Cooperation among authors of publication

根據表2可知在安全科學領域發表論文數量排名前5的作者分別是Faisal Khan,Genserik Reniers,M.Sam Mannan,JIANG Juncheng,Mohamed Abdel-Aty.Khan，Faisal Khan來自紐芬蘭紀念大學，論文發表數量為90篇，主要研究內容為安全風險與可靠性。Genserik Reniers來自安特衛普大學，論文數量為87篇，主要研究內容為化工安全與保障。M.Sam Mannan來自德州農工大學，論文數量為68篇，主要研究內容是風險分析與管理。Jiang Juncheng來自常州大學，論文數量為66篇，主要研究內容是化工與危險化學品安全。Mohamed Abdel-Aty來自中佛羅里達大學，論文數量為51篇，主要研究內容是交通安全領域。從論文作者的研究內容來看，研究方向是安全風險分析的作者數量較多，在此方向上發表的論文數量也較多。其次研究方向在可靠性，過程安全，交通安全方面的作者也占據了研究人員的一部分，他們產出的研究結果也很豐富。因此安全風險分析似乎是高產研究人員的研究重點，也是其研究成果的主要構成部分。值得注意的是，在發表論文數量作者前10的表格中，第10名WANG Kai由于中文不同字同音及同名的情況，在以英文為主體的統計過程中，可能涵蓋了多名作者。因此統計結果具有一定的誤差，仍需在后續研究中尋找解決方法。

表2 安全科學領域發表論文數量作者前10

2.3 研究機構分析

文獻發表機構的可視化視圖譜如圖4所示，可以看到研究機構大致分為6個聚類，主要以荷蘭代爾夫特理工大學，美國德州農工大學，中國礦業大學，中國科學院，蒙納士大學等機構為核心。從本次研究數據中分析發現，文獻發表機構大多數與高等院校有關。說明在被SCI或SSCI收錄的24篇國際期刊及論文集中，高等院校在安全科學的研究產出上表現不俗。

圖4 文獻發表機構的可視化視圖譜Fig.4 Visual mapping of literature publishers

由統計表格表3來看，可以得知根據發文數量排序的前5名研究機構的論文被引次數都超過1 000次，而對于中佛羅里達大學，雖然論文數量為105篇，在統計表格中排第9名，但被引次數高達1 317次，平均篇被引也達到了12篇左右，這表明該機構在學科基礎研究上較為出色。機構的產出與所在國家或地區具有一定的相關性，在安全領域論文發表數量前10的機構中，有5個中國機構，這表明中國對國際安全科學領域的發展做出了不少貢獻，目前已經成為安全科學領域研究工作的重要組成部分。這5個中國機構包含4所國內高校，這表明中國安全科學在高校內的建設卓有成效，為中國安全領域人才培養提供途徑。

表3 研究機構分布情況

通過VOS對檢索文獻進行耦合研究機構分析，由圖5可以看出代爾夫特理工大學、清華大學、德州農工大學與其他機構的合作非常頻繁，其中代爾夫特理工大學與Univ Antwerp(安特衛普大學)的合作最為密切，其次是中國科學院與Univ Chinese acad sci(中國科學院大學)的合作比較密切。中國的研究機構合作網絡如圖5所示，以中國科學院、清華大學、中國礦業大學等為核心，構成了中國的安全科學領域研究機構網絡關系圖譜。而這3所研究機構同時與國外各研究機構也保持著緊密聯系，在中國安全學科領域的國際交流合作方面起到了重要作用。

圖5 機構合作可視化圖譜Fig.5 Visualization map of institutional cooperation

通過發表論文數對國家進行排序，可以得到論文發表最多的10個國家，見表4。安全科學的研究力量在全球范圍內分布是極其不平衡的，位于第一的美國論文數為3 667篇，位于第十的德國論文數量為475篇，美國的論文數是德國的7倍之多。

表4 國家層面的文獻發表情況

從圖6國家論文數量累計百分比的曲線中可以發現，在安全領域各國家/地區發表論文總量的排序中，前10國家/地區的論文數量累計占總論文量的61.29%，前20國家/地區的論文量占總論文量的79.37%，而前50國家/地區的累計論文量甚至達到了總論文量的95.53%。由此我們可以得出，安全領域的研究成果中一大部分是由少數國家或地區產出的，而這些國家或地區通常為發達國家或個別發展中國家，這些國家或地區在發展自身經濟的過程中都受到過安全問題的困擾。就中國而言，隨著社會經濟的不斷發展和工業水平的不斷提高，在發展過程中的安全問題也隨之暴露，并引發了一系列的安全事故，進而中國對于安全科學的研究也逐漸深入。這也表明了安全學科的是隨著人們對于安全的需要而產生和發展的。

圖6 國家/地論文數量累計百分比Fig.6 Cumulative percentage of country/region papers

2.4 安全研究的熱點分析

通過對高頻關鍵詞的研究，可以解釋一段時間內某領域研究的熱點。文中根據文獻的高頻詞將共現網絡分析為4個聚類，主要包括：職業安全與傷害，爆炸反應，交通安全，工業過程安全。

2.4.1 職業安全與傷害

圖7 職業安全與傷害中的新興主題Fig.7 Emerging themes in occupational safety and injury

圖8 職業安全與傷害中的高影響力主題Fig.8 High-impact themes in occupational safety and injury

職業安全與傷害主要是圍繞如何避免生產過程中，由于外部因素直接作用而引起的機體組織的突發性意外傷害。表5中列舉了在職業安全與傷害這個領域中排名前20的高頻詞，其中人、工作者、健康反映出此聚類研究更關注人的健康。實踐、調查、經驗、問卷及訪談等詞說明了此類研究的調查方式多為問卷和訪談，通過實踐積攢經驗進行分析。政策、社區、干預及培訓等詞表明通過制定相關政策，提前進行安全培訓，事后開展社區干預等方式，預防職業安全事故的發生和事故發生后的處理方法。這些高頻詞反映了為解決職業安全與傷害而進行的調查研究、政策制定、事后干預及預防培訓等研究內容的內在聯系。

表5 職業安全與傷害中排名前20的高頻詞

2.4.2 爆炸反應

由圖9和圖10可知爆炸反應中的新興主題分別有爆炸的計算機分析預測、隨機森林及高溫測試等。而其中高影響力的主題分別有煤礦自燃、環境安全與風險等。

圖9 爆炸反應中的新興主題Fig.9 Emerging themes in explosive reactions

圖10 爆炸反應中的高影響力主題Fig.10 High impact themes in explosive reactions

爆炸反應主要是圍繞如何使爆炸的發生安全可控，而研究爆炸反應的動力學規律對于控制和利用爆炸反應是非常有意義的。引起爆炸的反應大致分為2類，一類為熱爆炸，一類為支鏈爆炸，按燃燒速度可分為輕爆、爆炸和爆轟。表6中列舉了在爆炸反應這個領域中排名前20的高頻詞，其中工藝、機理、性質等詞反映出對爆炸反應發生原理的分析和討論。速率、參數、溫度、壓力及配比等與爆炸反應發生的條件和規模有關。模擬、預測及算法等詞表明研究者們通過模擬實驗探究爆炸反映的相關規律。這些關鍵詞反映了在爆炸反應的研究中，爆炸原理分析、爆炸條件測試及計算機模擬實驗等為主要研究內容。

表6 爆炸反應中排名前20的高頻詞

2.4.3 交通安全

由圖11和圖12可知交通安全中的新興主題分別有自動駕駛汽車，道路交通事故原因等。而其中高影響力的主題分別有車禍事故原因分析，交通工具安全性分析等。

圖11 交通安全中的新興主題Fig.11 Emerging themes in traffic safety

圖12 交通安全中的高影響力主題Fig.12 High-impact themes in traffic safety

交通安全主要是圍繞在道路上如何避免發生人身傷亡或財務損失。表7中列舉了在交通安全這個領域中排名前20的高頻詞，其中駕駛員、參與者、年齡、自我及行人等詞表明研究者們通過分析造成交通事故的人的因素來討論交通事故。碰撞、傷害、速度及死亡人數等反映出對道路交通事故中傷害形式的分析。實際應用、數據集等與為避免交通安全事故的發生，研究者們提出的解決措施有關。這些關鍵詞主要圍繞造成交通安全的危險因素、傷害的發生形式以及預防措施等內容，表明了交通安全的研究重點。

表7 交通安全中排名前20的高頻詞

2.4.4 工業過程安全

晚唐政治昏暗且戰亂頻繁，為了茍全性命，很多文人都退隱于江湖之中。雖然隱士也無法回避現實生活的困境，但這些抵擋不住隱逸文人們對于詩意棲居的追求，文人心中的痛苦與無奈需要宣泄與表達，繪畫藝術與古琴藝術從而得到了勃興。這構成了當時鏡湖地區隱逸文學生態的另一個方面。充滿繪畫與古琴藝術氛圍的文學生態使方干的詩充滿了對自然山水寫意化的描寫和清越雅致的韻味，最終成就了他“清麗”的詩風。

由圖13和圖14可知工業過程安全中的新興主題分別有工業安全生產、可靠性分析等。而其中高影響力的主題分別有朗繆爾模型、吸附劑實驗等。

圖13 工業過程安全中的新興主題Fig.13 Emerging themes in industrial process safety

圖14 工業過程安全中的高影響力主題Fig.14 High-impact themes in industrial process security

工業過程安全主要是圍繞如何降低工業過程中的風險。表8中列舉了在工業過程安全這個領域中排名前20的高頻詞，其中濃度、溶液、產物及反應等是對工業過程中的反應原理進行安全評估。處理、去除、降解及廢水等反映出對工業過程中人為操作時安全與否的研究。效率、優化及循環等詞則說明是在對整個工業過程進行系統性的安全設計。這些關鍵詞表明研究者們在工業過程安全方面，可以通過改善原始反應的安全，規范操作者的行為、改良工業過程系統的安全性及預先進行風險評估等方式開展研究。

表8 工業過程安全中排名前20的高頻詞

2.5 高被引論文

在2016—2021年安全科學技術領域中被頻繁引用的文獻在安全領域的研究中發揮了重要的知識基礎作用。通過圖15可以了解到被引文獻分為6個聚類，包括交通安全事故、工業過程安全、風險控制、安全模型、社區安全、風險管理。這些相關文章為安全科學領域的探索提供了研究基礎，是安全研究的知識基礎。

圖15 被引次數不少于25次的620篇論文組成的共被引網絡Fig.15 A co-citation network of 620 papers cited no less than 25 times

由表9可知近幾年的高被引論文大多是安全因素、化學方法、煤礦粉塵、自動駕駛及模型分析等方面的文獻，涵蓋的領域包括化工、采礦、交通、石油、建筑、管理及經濟等學科，這表明安全科學作為一門綜合科學和交叉科學，其涉及很多不同的領域，而且數量還隨著學科的發展在不斷地增加。從被引文獻所涉及的內容來看，化學領域的文獻占被引文獻的比例最大，這與安全研究中占比較大的工業過程安全和爆炸反應相關聯。重點行業安全分析及風險研究也占高被引文獻的一部分，這屬于安全學科的研究性基礎。從被引文獻的類型來看，綜述類文獻占被引文獻的30%左右，而這些文獻大多數與研究方法有關。非綜述類文獻的內容也更傾向于研究方法和實驗進展。這說明在被引文獻中，人們更傾向于去參考不同領域的研究方法，來完成對安全學科的探索。

表9 2016—2021年排名前20高被引文獻

表10是中國近幾年的高被引文獻，通過文獻可以看出中國安全科學研究學者在模型預測、煤礦粉塵、大數據及風險分析等方面的研究受到國際安全領域學者的認可，這體現了近幾年中國在安全科學領域知識基礎上的貢獻。

表10 2016—2021年中國高被引文獻

2.6 期刊分布

刊載安全學科研究成果的期刊分布如表11和圖16所示，刊載安全學科科研成果數量居前列的SCI期刊是“SAFETY SCIENCE”“ACCIDENT ANALYSIS AND PREVENTION”“PROCESS SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION”“INTERNATIONAL JOURNAL OF DISASTER RISK REDUCTION”“JOURNAL OF LOSS PREVENTION IN THE PROCESS INDUSTRIES”這5本期刊的論文量占到了總樣本數的56.9%。從期刊類型上分析，綜合類期刊所包含的安全學科科研成果較多，這也從另一個角度證實了安全學科是一門綜合類交叉學科。

圖16 刊載安全學科研究成果的期刊分布情況Fig.16 Distribution of journals containing research findings in security disciplines

表11 刊載安全學科研究成果的期刊分布情況

3 結 論

1)從時間分布上進行分析，安全科學的研究論文整體呈上升趨勢，且在2015年后保持逐年穩步遞增狀態。但在期刊分布方面，論文數量分布不平衡，期刊多數為綜合類期刊，收錄了不同領域的文獻，證明了安全科學的跨學科性。從被引論文上可以得出，安全科學的研究者更注重于結合不同領域研究方法，對安全科學問題進行討論。

2)從空間分布分析可得，安全科學的成果產出不平衡，全球各國家和地區安全科學研究水平差距較大，在統計的146個國家和地區中，前50國家和地區的累計論文量達到總量的95.53%。在機構層面上則進一步體現了這一現象，高產機構主要來源于高產國家的大學，如荷蘭、美國、中國的代爾夫特理工大學、美國德州農工大學、中國礦業大學等。

3)在學科熱點方面，根據文獻的高頻詞將共現網絡分析為4個聚類，主要包括：職業安全與傷害、爆炸反應、交通安全、工業過程安全。其中2016—2021年高影響力的主題包括：疾病控制、安全施工、環境安全與風險、交通工具安全性分析及朗繆爾模型等。新興的研究主題包括：災害風險管理、個體因素防護、爆炸分析預測、隨機森林、自動駕駛汽車、工業安全生產及可靠性分析等。從新興主題可以看出安全學科的研究方法逐步向數字化、模擬預測等方面發展。由高產研究人員統計數據可知，安全風險分析在安全科學領域更受研究者的關注。

通過上述分析，可以得到安全科學領域在近幾年的研究方向及研究狀況，為安全科學領域的研究者提供了學科前沿方向參考和研究熱點，有助于研究者快速了解學科現狀，把握學科發展方向。