情景意識(shí)相關(guān)研究進(jìn)展與趨勢(shì)分析
——基于CiteSpace的可視化對(duì)比研究

吳 文 李溪辰 汪璐 胡 威

（湖南工學(xué)院安全與管理工程學(xué)院,湖南 衡陽 421002）

情景意識(shí)（situation awareness）是與人因安全密切相關(guān)的要素之一，在人因工程領(lǐng)域得到了相當(dāng)廣泛的關(guān)注，雖然情景意識(shí)研究最初來自軍事和航空領(lǐng)域，但現(xiàn)在被認(rèn)定為任何復(fù)雜人機(jī)交互系統(tǒng)的關(guān)鍵研究主題[1]。情景意識(shí)的定義目前比較受認(rèn)可的是Mica R.Endsley于1995年提出的，是指在特定的時(shí)間和空間內(nèi)對(duì)環(huán)境中各種要素的知覺，對(duì)其意義的理解，及預(yù)測(cè)它們隨后的狀態(tài)[2]。有研究者認(rèn)為，隨著信息技術(shù)和自動(dòng)化水平的提高，在復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)中，其信息呈現(xiàn)方式（巨量信息有限顯示）[3]、規(guī)程（計(jì)算機(jī)化的規(guī)程）[4]、控制（軟控制）[5]、任務(wù)（界面管理任務(wù)）[6]、班組的交流和合作[7]等，都影響著操作者的情景意識(shí)。經(jīng)過近30年的發(fā)展，情景意識(shí)得到了更多研究者的關(guān)注，尤其是隨著科技的發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中人的因素，對(duì)情景意識(shí)的研究所涉及的領(lǐng)域也越來越廣泛，如駕駛、核電乃至醫(yī)療等領(lǐng)域。為了系統(tǒng)梳理情景意識(shí)的研究脈絡(luò)，本文主要利用陳超美教授[8-9]開發(fā)的信息可視化軟件CiteSpace對(duì)國內(nèi)外有關(guān)情景意識(shí)的文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，對(duì)情景意識(shí)的研究熱點(diǎn)及未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

本文采用文獻(xiàn)計(jì)量和科學(xué)圖譜的方法，全面分析國內(nèi)外情景意識(shí)相關(guān)研究現(xiàn)狀，綜合運(yùn)用可視化軟件CiteSpace中關(guān)鍵詞共現(xiàn)、聚類、突現(xiàn)度分析等功能，比較國內(nèi)外情景意識(shí)相關(guān)研究的熱點(diǎn)主題、演進(jìn)脈絡(luò)及發(fā)展趨勢(shì)的異同。CiteSpace能在探究分析中心度排序以及關(guān)鍵詞詞頻的基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)所研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)以及重點(diǎn)內(nèi)容；在匯聚相關(guān)關(guān)鍵詞之后，凸顯其存在的共性，從而獲得聯(lián)系密切的關(guān)鍵詞組類，形成類型豐富的主題詞，較為全面地揭示情景意識(shí)研究重點(diǎn)的時(shí)期變化，并展現(xiàn)研究內(nèi)容的未來發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以中國知網(wǎng)（CNKI）作為中文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源，Web of Science（WoS）作為外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源。

中國知網(wǎng)是目前中國文獻(xiàn)數(shù)據(jù)最全面的網(wǎng)上數(shù)字資源庫，收錄文獻(xiàn)總量超過2億篇。在中國知網(wǎng)以“主題=情景意識(shí)”為檢索條件，共檢索出相關(guān)文獻(xiàn)457篇，文獻(xiàn)分布在1995—2023年5月。

Web of Science是全球最大、覆蓋學(xué)科最多的綜合性學(xué)術(shù)信息資源庫，收錄了各研究領(lǐng)域最具影響力的9 000多種核心學(xué)術(shù)期刊。在Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中以“主題=situation awareness”為檢索條件，檢索時(shí)間范圍為1995年1月1日至2023年5月20日，共檢索出2 729篇相關(guān)文獻(xiàn)，剔除了一些征稿啟事、信息通報(bào)等無關(guān)信息后，按照相關(guān)性排序選取了前998篇文獻(xiàn)作為本研究的外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)源。

2 文獻(xiàn)時(shí)間分布

從文獻(xiàn)的時(shí)間變化趨勢(shì)可以直觀地看到某研究內(nèi)容在一定時(shí)間內(nèi)熱度的變化，是衡量研究主題在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)展態(tài)勢(shì)的重要指標(biāo)，對(duì)分析該領(lǐng)域發(fā)展動(dòng)態(tài)和預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)具有重要的意義。通過對(duì)國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行逐年分析（見圖1），發(fā)現(xiàn)1995年國外學(xué)者開始關(guān)注情景意識(shí)的研究，到2004年迎來一個(gè)爆發(fā)期，發(fā)文數(shù)量達(dá)到17篇，此后基本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在2021年達(dá)到一個(gè)高峰期，發(fā)文數(shù)量達(dá)到112篇；而國內(nèi)有關(guān)情景意識(shí)的文獻(xiàn)在2005年以前只有零星介紹，不成系統(tǒng)，2005年之后基本呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，在2021年、2022年發(fā)文數(shù)量均達(dá)到43篇?？傮w而言，國內(nèi)對(duì)情景意識(shí)的研究起步相對(duì)國外較晚，發(fā)文數(shù)量也遠(yuǎn)低于國外，但無論是國內(nèi)還是國外，總體發(fā)文數(shù)量均呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，這說明21世紀(jì)以來，國內(nèi)外研究者對(duì)情景意識(shí)的關(guān)注呈現(xiàn)出攀升的態(tài)勢(shì)。

圖1 國內(nèi)外情景意識(shí)相關(guān)文獻(xiàn)逐年分布情況

3 國內(nèi)外情景意識(shí)相關(guān)研究分析

3.1 核心期刊分析

3.1.1 國外情景意識(shí)研究核心期刊分析

將國外相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Citespace軟件中，將Node Type設(shè)置為“Cited Journal”，閾值設(shè)置為“T80”，其余選用默認(rèn)值，得到的國外情景意識(shí)研究的核心期刊共被引知識(shí)圖譜，國外有關(guān)情景意識(shí)研究的共被引期刊來源主要為Human Factors、Ergonomics、Safety SCI、Accident Analysis and Prevention、Applied Ergonomics等安全與工效學(xué)相關(guān)期刊，這5本期刊的引文數(shù)量分別為241篇、172篇、161篇、127篇、123篇。通過計(jì)算中心度，得到排名前三的期刊為Human Factors、Ergonomics、Applied Ergonomics等人因工效學(xué)類期刊，其中心度得分分別為0.29、0.18和0.11。這說明這三本期刊中關(guān)于情景意識(shí)的文章質(zhì)量較高，對(duì)相關(guān)研究有重要的支撐作用，其中Human Factors的被引頻次以及中心度是最高的，說明該期刊在情景意識(shí)研究領(lǐng)域?qū)儆诤诵钠诳?/p>

3.1.2 國內(nèi)情景意識(shí)研究核心期刊分析

由于Citespace無法系統(tǒng)地進(jìn)行中文期刊共被引分析，本文通過CNKI可視化分析國內(nèi)的期刊來源數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)目前情景意識(shí)相關(guān)文獻(xiàn)的期刊分布較為分散，除了碩博論文外，主要集中在《中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)》（12篇）、《安全與環(huán)境學(xué)報(bào)》（12篇）、《航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程》（12篇）等雜志。這說明國內(nèi)的情景意識(shí)研究方向與國外的研究方向存在一定的重合，主要集中在安全、航天等工程領(lǐng)域，其中引文數(shù)量最高的為《中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)》，說明該期刊是較為關(guān)注情景意識(shí)這一主題的中文核心期刊。

3.2 重要作者分析

3.2.1 國外情景意識(shí)研究的重要作者分析

在CiteSpace軟件中將Node Type設(shè)置為“Author”，閾值設(shè)置為“5”，其余默認(rèn)，得到發(fā)文量靠前的重要作者有3位，分別是來自美國南安普頓大學(xué)汽車人因工程領(lǐng)域的Neville A.Stanton（21篇）、前美國空軍首席科學(xué)家Mica R.Endsley（12篇）以及悉尼科技大學(xué)人工智能領(lǐng)域的Jie Lu（8篇）。這3位作者的主要研究領(lǐng)域均涉及人因工程領(lǐng)域，其中Mica R.Endsley對(duì)情景意識(shí)的研究是最早的，影響也是最廣泛的[10]，她于1995年發(fā)表的論文“Toward a theory of situation awareness in dynamic systems”中提出的情景意識(shí)理論受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍認(rèn)可，Research Gate上的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年5月這篇文章已有高達(dá)10 980次引用。

3.2.2 國內(nèi)情景意識(shí)研究的重要作者分析

利用CiteSpace對(duì)中文作者進(jìn)行分析，將Node Type設(shè)置為“Author”，閾值設(shè)置為“3”。國內(nèi)情景意識(shí)相關(guān)文獻(xiàn)的作者比較分散，發(fā)文較多的作者分別為李鵬程（10篇）、張力（8篇）、戴立操（8篇）、金肖（4篇）、王炎鑫（3篇）。其中，李鵬程、張力、戴立操、金肖以及王焱鑫等作者聯(lián)系較為緊密。通過進(jìn)一步在CNKI上檢索他們發(fā)表的論文數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其研究情景意識(shí)主要集中在核電人因領(lǐng)域。影響力最高的李鵬程、張力、戴立操等人一起于2016年在《系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐》期刊上發(fā)表了《核電廠數(shù)字化主控室操縱員的情景意識(shí)可靠性模型》一文，目前被引量為21。這篇文章主要提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的情景意識(shí)因果模型，認(rèn)為操縱員的心智水平、工作態(tài)度、壓力水平及系統(tǒng)狀態(tài)呈現(xiàn)的水平等四個(gè)因素直接影響著操縱員的情景意識(shí)的可靠性[11]。

3.3 研究熱點(diǎn)

3.3.1 國外情景意識(shí)研究的熱點(diǎn)分析

對(duì)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，可以深入了解某領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[12]。利用CiteSpace對(duì)國外情景意識(shí)研究文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，將Node Type設(shè)置為“Keyword”，閾值設(shè)置為“T40”，得到圖2。由圖2可知，出現(xiàn)頻次前十的關(guān)鍵詞除了situation awareness（情景意識(shí)）之外，其余為performance（績效）、systems（系統(tǒng)）、decision making（決策）、model（模型）、automation（自動(dòng)化）、workload（工作負(fù)荷）、management（管理）、safety（安全）、information（信息）。從這些關(guān)鍵詞，不難看出國外關(guān)于情景意識(shí)的研究主要延續(xù)自Mica R.Endsley所提出的情景意識(shí)模型。情景意識(shí)包含著對(duì)當(dāng)前環(huán)境中關(guān)鍵元素的認(rèn)知，對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的理解以及對(duì)未來狀態(tài)的預(yù)計(jì)三個(gè)層次。識(shí)別影響情景意識(shí)的因素有個(gè)體因素、系統(tǒng)和任務(wù)因素等。

圖2 國外情景意識(shí)研究熱點(diǎn)知識(shí)圖譜

之后，再對(duì)高頻關(guān)鍵詞、摘要以及標(biāo)題進(jìn)行聚類，獲得的主要聚類分別是Cognitive Workload（認(rèn)知負(fù)荷）、non-technical skill（非技術(shù)性技能）、comparative study（對(duì)比研究）、safty-critical system（關(guān)鍵安全系統(tǒng)）、operating room（控制室）、patient safety（病患安全）、perceptual cycle approach（感知循環(huán)法）、automated driving（自動(dòng)駕駛）。這8個(gè)聚類代表了情景意識(shí)研究的具體熱點(diǎn)：一是與情景意識(shí)相關(guān)的環(huán)境要素，主要有safty-critical system（關(guān)鍵安全系統(tǒng)）、operating room（控制室）以及automated driving（自動(dòng)駕駛）；二是與情景意識(shí)相關(guān)的個(gè)體認(rèn)知層面的要素，主要有Cognitive Workload（認(rèn)知負(fù)荷）、non-technical skill（非技術(shù)性技能）；三是對(duì)情景意識(shí)研究方法的探討，主要是comparative study（對(duì)比研究）以及perceptual cycle approach（感知循環(huán)法）等，其中感知循環(huán)法是一種在人因工程領(lǐng)域比較常見的事后評(píng)價(jià)手段，該方法認(rèn)為操作者和他們所處的環(huán)境之間存在一種相互的、循環(huán)的關(guān)系。

3.3.2 國內(nèi)情景意識(shí)研究熱點(diǎn)分析

通過對(duì)國內(nèi)情景意識(shí)研究文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，得到圖3。由圖3可知，出現(xiàn)頻次前十的關(guān)鍵詞除了“情景意識(shí)”之外，其余為“人為因素”“人機(jī)交互”“飛行安全”“安全績效”“航行安全”“飛行員”“管制員”“自動(dòng)駕駛”“測(cè)量方法”。

圖3 國外情景意識(shí)研究熱點(diǎn)知識(shí)圖譜

這些關(guān)鍵詞中，“飛行安全”“安全績效”“航行安全”等主要與安全相關(guān)，說明國內(nèi)對(duì)情景意識(shí)的研究著重聚焦于防范風(fēng)險(xiǎn)、保證安全。一般而言，具有良好情景意識(shí)的操作者具備識(shí)別失誤鏈或者在事故發(fā)生前將其破斷的能力，能隨時(shí)知曉與識(shí)別出與團(tuán)隊(duì)、任務(wù)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素。喪失情景意識(shí)則表明一個(gè)失誤鏈正在形成，容易產(chǎn)生安全事故。低情景意識(shí)產(chǎn)生高風(fēng)險(xiǎn)，而高情景意識(shí)減少風(fēng)險(xiǎn)[13]。

此外，“人為因素”“人機(jī)交互”“自動(dòng)駕駛”等關(guān)鍵詞突出了情景意識(shí)中有關(guān)人的要素。情景意識(shí)作為人因工程領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，與個(gè)體和團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)與訓(xùn)練、操縱與操作技能、身體情況與心理狀態(tài)、對(duì)情況的適應(yīng)與熟悉程度等人的要素密切相關(guān)。

之后，再對(duì)高頻關(guān)鍵詞、摘要以及標(biāo)題進(jìn)行聚類，獲得的主要聚類分別是安全績效、人機(jī)交互、人為因素、管制員、煤礦安全、事故發(fā)生、因素識(shí)別、告警。從這8個(gè)聚類不難看出，國內(nèi)對(duì)情景意識(shí)的研究主要是從安全方面出發(fā)，安全績效、煤礦安全、事故發(fā)生、告警等主題都與之相關(guān)。此外，從人的角度出發(fā)研究情景意識(shí)，主要關(guān)注的是人機(jī)交互、人為因素等主題。

3.4 研究趨勢(shì)分析

3.4.1 國外情景意識(shí)的研究趨勢(shì)分析

關(guān)鍵詞突現(xiàn)度可以反映一段時(shí)間內(nèi)影響力較大的研究領(lǐng)域。在國外情景意識(shí)研究文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞分析中得到18個(gè)突現(xiàn)詞，如圖4所示。其中，突現(xiàn)度排在前十位的關(guān)鍵詞依次為task analysis（任務(wù)分析）、dynamic systems（動(dòng)態(tài)系統(tǒng)）、decision making（決策）、operating room（控制室）、model（模型）、work（工作）、experience（經(jīng)驗(yàn)）、hazard perception（危險(xiǎn)感知）、working memory（工作記憶）、knowledge（知識(shí)）。

圖4 國外情景意識(shí)研究關(guān)鍵詞突現(xiàn)度圖譜

從時(shí)間序列來看，2010年以前的突現(xiàn)詞主要有dynamic systems（動(dòng)態(tài)系統(tǒng)）、operating room（控制室）、knowledge（知識(shí)）。2010—2019年的突現(xiàn)詞有teamwork（團(tuán)隊(duì)工作）、systems（系統(tǒng)）、work（工作）、health care（健康護(hù)理）、hazard perception（危險(xiǎn)感知）、working memory（工作記憶）、experience（經(jīng)驗(yàn)）、human error（人因失誤）、human factors（人為因素）。2020年至今的主要突現(xiàn)詞有task analysis（任務(wù)分析）、model（模型）、machine learning（機(jī)器學(xué)習(xí)）、time（時(shí)間）、prediction（預(yù)測(cè)）、human factor（人為因素）等。

從這些突現(xiàn)詞的突現(xiàn)度和突現(xiàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)可以看出研究者的研究興趣的階段性轉(zhuǎn)變。在早期，研究主要集中在主控室的動(dòng)力系統(tǒng)等方面；進(jìn)入2010年后，逐漸開始關(guān)注團(tuán)隊(duì)情景意識(shí)，團(tuán)隊(duì)情景意識(shí)包含個(gè)體情景意識(shí)以及由溝通代理的個(gè)體之間的情景意識(shí)的共享[14]；到了2020年，隨著信息化、智能化的不斷發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注對(duì)操作任務(wù)的分析，主要通過機(jī)器學(xué)習(xí)、構(gòu)建模型等方法預(yù)測(cè)與評(píng)估人員的情景意識(shí)。

從突現(xiàn)詞的影響周期來看，dynamic systems（動(dòng)力系統(tǒng)）最長，達(dá)12年，其次是operating room（控制室），為8年。這說明雖然情景意識(shí)的研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，但主要還是集中于控制室中人員在對(duì)復(fù)雜動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行操作過程中的情景意識(shí)。

3.4.2 國內(nèi)情景意識(shí)的研究趨勢(shì)分析

對(duì)國內(nèi)情景意識(shí)研究關(guān)鍵詞的突現(xiàn)詞進(jìn)行階段性分析，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)突現(xiàn)度排名前十位的關(guān)鍵詞為“自動(dòng)駕駛”“安全績效”“管制員”“飛行安全”“工作負(fù)荷”“交通安全”“航行安全”“測(cè)量方法”“人為差錯(cuò)”“影響因素”等。這些關(guān)鍵詞主要出現(xiàn)在2010年以后，說明國內(nèi)有關(guān)情景意識(shí)的研究相對(duì)滯后于國外。

圖5 國內(nèi)情景意識(shí)研究關(guān)鍵詞突現(xiàn)度圖譜

此外，從時(shí)間序列來看，國內(nèi)有關(guān)情景意識(shí)的研究整體較為分散，持續(xù)時(shí)間較短，為1～4年，說明國內(nèi)有關(guān)情景意識(shí)的研究尚缺乏一個(gè)持續(xù)、核心的主題，大部分學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)在于安全與人的要素，相關(guān)研究尚不夠深入。

值得注意的是，“自動(dòng)駕駛”“創(chuàng)業(yè)學(xué)習(xí)”“人機(jī)共駕”等關(guān)鍵詞一直持續(xù)到2023年，說明國內(nèi)關(guān)于情景意識(shí)的研究主要集中在汽車駕駛領(lǐng)域的自動(dòng)駕駛、智能駕駛等方面。另外，人員培訓(xùn)方面也引發(fā)了一些關(guān)注。

4 結(jié)論

本文利用可視化分析工具Citespace對(duì)國內(nèi)外情景意識(shí)研究文獻(xiàn)的時(shí)間分布、核心期刊、重要作者、研究熱點(diǎn)及研究趨勢(shì)進(jìn)行了整理和分析，得出了以下結(jié)論：

（1）從檢索的國內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)量來看，國內(nèi)有關(guān)情景意識(shí)的研究相對(duì)較少，發(fā)文數(shù)量低于國外，研究起步時(shí)間也要略晚于國外。從關(guān)鍵詞突現(xiàn)度分析來看，直到2010年之后，國內(nèi)對(duì)于情景意識(shí)的研究才真正地?zé)崞饋怼?/p>

（2）從情景意識(shí)研究文獻(xiàn)的核心期刊分布來看，國內(nèi)外研究主要集中在人因工程領(lǐng)域，其中國外主要期刊是Human Factors，國內(nèi)主要期刊是《中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)》。

（3）從情景意識(shí)研究文獻(xiàn)的發(fā)文者來看，國外研究的重要作者有Neville A.Stanton、Mica R.Endsley、Jie Lu等，其中Neville A.Stanton發(fā)文數(shù)量最多，Mica R.Endsley的文章影響力最大。而國內(nèi)研究情景意識(shí)成績比較突出的作者為李鵬程、張力、戴立操等，其主要關(guān)注核電人因領(lǐng)域。

（4）通過對(duì)國內(nèi)外研究熱點(diǎn)的分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外關(guān)于情景意識(shí)的研究熱點(diǎn)存在一定的重合，例如都關(guān)注安全以及復(fù)雜系統(tǒng)中人的要素。但是側(cè)重點(diǎn)略有不同。國外的文獻(xiàn)更多從情景意識(shí)的構(gòu)成出發(fā)，關(guān)注與情景意識(shí)有關(guān)的環(huán)境要素、人的要素，以及從方法論角度去評(píng)估情景意識(shí)。而國內(nèi)的研究主要從宏觀角度探討與情景意識(shí)有關(guān)的人的要素以及安全的防范。

（5）通過對(duì)國內(nèi)外研究趨勢(shì)的分析，未來在智能化、信息化背景下，研究情景意識(shí)是大的趨勢(shì)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、模型建構(gòu)等方法來預(yù)測(cè)和評(píng)估人員的情景意識(shí)將成為研究熱點(diǎn)。特別是在智能駕駛領(lǐng)域，情景意識(shí)可能會(huì)成為未來一段時(shí)間的研究熱點(diǎn)。

本研究尚存在一些不足，由于數(shù)據(jù)庫的局限性以及文獻(xiàn)數(shù)量的限制，某些數(shù)據(jù)可能不夠準(zhǔn)確，分析結(jié)果也可能存在偏差。后續(xù)研究可以綜合多個(gè)數(shù)據(jù)庫，采用其他可視化知識(shí)圖譜分析工具，對(duì)更廣泛的文獻(xiàn)進(jìn)行研究，使相關(guān)結(jié)果更加全面、深入。