民機進近著陸安全研究文獻數據可視化分析

張英杰

(四川省安全科學技術研究院,成都 610041)

目前世界經濟發展的重要特征是全球化,民航業在促進全球化的過程中發揮了重要的作用,同時全球的經濟發展也促進著航空業的進步。在飛行過程中,進近著陸是事故率發生的最高階段[1]。根據近10年的飛行事故統計,進近著陸階段發生事故占總事故的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,我國民航交通業發展迅速,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]?？茖W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來呈現該領域的研究進程、熱點和相關知識框架,實現對民機進近著陸領域研究動態的分析和把握。

1 民機進近著陸論文產出時間與學科分布

1.1 數據來源

為確保實驗數據的可信度,文獻主要來自中國知網(CNKI)數據庫,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;通過人工進行數據篩選,得到406條有效數據;并以純文本(text)的格式保存,形成樣本數據庫。

將數據庫導入到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量進行統計分析,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年出現峰值,年度產出量為60篇。2022年的文獻統計截至7月底,文獻數量達到21篇,因此這里2022年數據僅僅作為截至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》《安全與環境學報》。由上述數據可知,國際的民機進近著陸已經有了集中穩定的核心發文期刊群:《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?！逗娇展こ踢M展》是中文月刊,本刊發表與航空航天工程研究所有領域相關的原創論文、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?！睹窈綄W報》是雙月刊,包含有關飛機和航天器的研究、設計和開發、建造和運營各個方面的原創論文,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系的合作網絡。節點相對大,對應的發文量就越多,科研人員之間的合作次數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分析發現,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為142,合作網絡節點數為212,網絡節點的密度為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)數據(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,節點的字體及其圖形的大小代表該節點的重要程度,字體越大表示關鍵詞出現的次數越多,重要性越高,越有可能成為網絡的節點。連接線表示關鍵詞的關聯程度。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數據(0.18)、安全工程管理(0.12)等節點在圖譜中發揮了重要的連接樞紐作用。根據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。根據民航事故報告,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出能量相對異常的狀態,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律分析以及模擬仿真[11]。2)QAR數據,是飛機在飛行過程中重要的數據。陳農田等[12]利用QAR數據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 關鍵詞時區圖譜

對該領域的總結和歸納,作者會以關鍵詞的形式表現出來,關鍵詞的變化、出現的次數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“Time Zone”形成時區視圖,呈現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出來,方便預測未來該領域的發展趨勢。

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,研究方向逐步轉變為平行跑道[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據源,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》《安全與環境學報》;通過對期刊的綜合影響因子和刊載文獻的數量結合分析可得:《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,出現頻率和中心度較高?！芭鲎诧L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。