基于COOC 的丘陵山地農機研究知識圖譜分析*

嚴書芹 ，盧博禮 ，白保良

（貴州省科學技術情報研究所，貴州 貴陽 550000）

丘陵山區作為我國糧食和特色農產品的重要生產基地，占國土總面積的43%[1]，主要分布在19 個省區市，1 400 余個縣市區[2]，其中，有11 個省區市丘陵山地面積與耕地面積之比大于60%，云貴川三省高于90%[3]。要提高我國農業發展的整體水平，促進農業現代化，丘陵山區的農業生產水平必須提高，這離不開丘陵山地農機的支撐。本文將利用Co-Occurrence 13.4（COOC 13.4）[4]對國內丘陵山地農機相關文獻的研究人員、機構、關鍵詞等進行可視化知識圖譜分析，以探索國內丘陵山地農機研究的起源、發展、研究趨勢、熱點等。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

為全面分析我國丘陵山地農機的研究現狀與演化趨勢，文章以中國知網、維普、萬方國內三大數據庫為數據來源，編制“丘陵OR 山地”AND“農機”“丘陵OR山地” AND “拖拉機”“丘陵OR山地”AND“耕地機”“丘陵OR 山地”AND“播種機”“丘陵OR 山地”AND“收獲機”“丘陵OR 山地”AND“無人機”等檢索式進行檢索，時間不限，檢索時間為2023 年4月6 日，以保證數據的完整性。運用COOC 13.4 軟件對文獻進行合并、去重、檢驗等，刪除丘陵山地農機會議摘要、資訊報道、雜志征稿等，最終共篩選出1982年至2023 年4月的1 025 篇文獻作為文章的數據來源。

1.2 研究思路與方法

首先，利用COOC 13.4 軟件對數據進行處理，提取每年發文量、累計發文量、作者、機構、期刊、關鍵詞等主要指標進行同義詞合并、頻次統計、合作網絡聚類分析、研究熱點分析等；其次，運用文獻計量學普賴斯定律、布拉德福核心期刊理論對相關指標進行分析；以探索我國丘陵山地農機研究的整體概況以及未來發展趨勢。

2 丘陵山地農機研究基本情況

2.1 發文量統計分析

發文數量是一個領域在某個時間段內研究進展和發展水平的最直接反映。通過對從三大數據庫檢索清理后的數據進行分析，得出丘陵山地農機的發文時間折線圖（見圖1）與累計發文量折線圖（見圖2）。從檢索收集到的論文來看，丘陵山地農機相關研究可追溯到1982 年石開金《關于我國山地農業機械化問題的探討》的這篇文獻。根據發文量的分布情況，將1982—2022 年我國丘陵山地農機研究劃分為1982—2008 年、2009—2017 年、2018—2022 年3 個階段。第一階段，1982 年到2008 年，相關文獻年度發表量幾乎全部為個位數，27 年的累計發文量僅為52篇，丘陵山地農機的研究經歷了一個很長的緩慢發展階段；第二階段，2009 年到2017 年，發文量開始不斷攀升，2017 年年度發文量首次突破三位數，丘陵山地農機研究處于快速發展階段，累計發文484 篇；第三階段，2018 年到2022 年，發文量保持穩定，年均發文量約95 篇，丘陵山地農機研究進入成熟穩定階段，累計發文472篇。

圖1 丘陵山地農機發文量分布

圖2 丘陵山地農機年度累計發文量

2.2 作者統計分析

丘陵山地農機研究的1 025 篇文獻中共有作者1 881 人。普賴斯定律研究的是科學家人數與科學文獻數量的關系，根據普賴斯公式[5]：核心作者最低發文量，其中，Npmax為最大發文量。丘陵山地農機研究發文量最大的作者是楊福增，11 篇，故丘陵山地農機研究核心作者最低發文量Mp=0.749* 11=2.484，取整數3，即發文量大于等于3 的作者為丘陵山地農機研究的核心作者，共145 位（見表1），達到普賴斯定律的數值26，共發表文獻591篇，占文獻總量的53.68%，說明丘陵山地農機研究核心作者群已經形成。

表1 丘陵山地農機研究論文核心作者

作者合作發文方面，作者累計頻次2 545，平均每篇2.48 人次，合作度=作者總數/論文總數=1.83，合作率=合作論文數/論文總數=0.45。作者合作規模如圖3 所示，表明丘陵山地農機研究領域作者間多有合作，且多人（4 人及以上）合作的情況不少，合作度較高但合作產出占比相對較低。

圖3 作者合作規模

圖4 為核心作者合作圖譜，節點數145，邊數282，網絡密度為0.027，網絡傳遞性為0.834，點度中心勢為0.071，中介中心勢為0.005，說明丘陵山地農機領域作者間的合作并不緊密。從圖4 中可以看出，從事丘陵山地農機研究的學者主要形成了10 人以上的三大作者合作網絡，分別是C0 楊福增、劉志杰、孫景彬、潘冠廷、李政平、齊文超、徐錦大、劉琪、雒鵬鑫、李彥明、劉成良、王濤，C1 李艷大、藥林桃、舒時富、葉厚專、陳立才、尹國慶、古新序、萬鵬、李星、曹曉林、廖禺、潘松、溫慶錕、蔣達鉅、王水發、江向榮、王康軍、沈顯華，C2 吳偉斌、陳中武、洪添勝、高銳、張偉、嚴積淼、岳丹丹、何林、李沐桐、李震、陳志強、廖一玲等學者間的合作網絡；5 到10 人的合作網絡有9 個，分別是C3 鮑向東、張韻、許敏、陳長林、梁蘇寧、閔啟超、劉偉、劉錫勇，C4 趙武云、史瑞杰、戴飛、趙一鳴、曲浩、王天福、劉小龍，C5徐峰、李廣宇、孟長伊、張磊、李玲玲、張云碩，C6毛恩榮、朱忠祥、杜岳峰、翟志強、陳一明、宋正河，C7 馮雪、呂金慶、馬文星、王忠山、李紫輝、趙恩鵬，C8 張佩、陳玲、林蜀云、周訓謙、曾山、劉春波、李官平、肖潔，C9 寧旺云、沈鵬、鄭美英、孔皓、孫鵬，C10 張濤、廖敏、李平、陶金京、潘群林、林忠、湛小梅，C11 羅俊、梅林森、郭佳、趙幫泰、王義鵬；其余合作網絡中作者數均小于5。

圖4 丘陵山地農機研究領域核心作者合作圖譜

根據上文劃分的1982—2008 年、2009—2017 年、2018—2022年3個階段，繪制發文量排名前10的作者演變趨勢圖（見圖5），圖中1、2、3分別代表3個階段。可以看出丘陵山地農機研究領域發文量前10的作者更新變化大，只有楊福增在保持發文量排名前10的同時橫跨兩個發展階段。李艷大、張韻、楊福增等在丘陵山地農機研究領域的不同階段起到了學術帶頭引導的作用，隨著研究的深入，不斷有新的研究力量加入其中。

2.3 作者單位統計分析

1 025 篇文獻的作者來源于702 家單位，作者單位累計頻次為1 227，平均每家單位發文量為1.46篇，平均每篇文獻的單位頻次為1.20，作者單位間合作較少。發文量最多的是西南大學，48 篇，運用普賴斯公式，確定核心發文單位：，取整數6，即發文量大于等于6 的單位為核心發文單位，共30 家（見表2），其中有19 家高校，10家科學院研究所，1家企業。

表2 丘陵山地農機研究論文核心機構

圖6 為核心作者單位合作圖譜，節點數30，邊數13，網絡密度為0.029，點度中心勢為0.078，中介中心勢為0.036，說明丘陵山地農機領域作者單位間的合作稀疏。從圖6 中可以看出，丘陵山地農機研究領域作者單位間合作網絡有：西南大學與重慶市農業機械鑒定站，華南農業大學與廣東省現代農業裝備研究所，貴州大學、貴州省山地農業機械研究所與農業部南京農業機械化研究所，四川省農業機械研究設計院、四川農業大學與四川省農業科學院，江西農業大學與江西省農業科學院，西北農林科技大學、中國農業大學、山東農業大學、山東五征集團有限公司與中國農業科學院。說明：第一，丘陵山地農機研究領域科研合作很大程度上受限于地理位置；第二，在丘陵山地農機研究領域的合作網絡中，高校占主體，科研院所其次，農機管理部門及企業占少數。

圖6 核心作者單位合作圖譜

2.4 期刊統計分析

丘陵山地農機研究領域的1 025 篇文獻中有833篇分別發表在208 種期刊上，192 篇是學位論文。利用情報學家埃格黑的布拉德福核心區期刊數量計算公式，即：r0=2ln(eE*Y)，其中E為歐拉系數，E=0.577 2；Y為期刊最大載文量。本研究中Y=4 8，故：r0=2ln(1.78*48)=8.895，取整數9，由于第8、9、10 三種期刊載文量相同，均為20 篇，所以第10 種期刊《現代農機》可以納入核心區期刊，即丘陵山地農機研究主題的核心區期刊共有10 種，累計載文量為296 篇，占期刊文獻總量的35.53%，而核心區期刊僅占期刊總量的4.81%。由此可知，《南方農機》《農機化研究》《農機科技推廣》《中國農機化學報》等10 種期刊是丘陵山地農機主題文獻相對較為集中的期刊（見表3）。

表3 丘陵山地農機研究核心區期刊分布

3 丘陵山地農機研究熱點分析

關鍵詞是從文獻的題目、正文或摘要中抽出的能表達文獻主題內容而又具有實質意義的詞語[6]。高頻關鍵詞即一段時期內一個學術領域的研究熱點的反映，而關鍵詞的變化也能在一定程度上反映該學術領域發展趨勢。本文首先利用詞云圖分析展示丘陵山地農機領域整體的研究情況。然后，去掉高頻但不能體現具體研究熱點的關鍵詞“丘陵山地”，利用VOSviewer 軟件繪制丘陵山地農機研究的關鍵詞共現圖譜，并進行聚類處理，以分析丘陵山地農機研究的具體熱點。最后，根據上文中劃分的3 個階段，繪制頻次排名前10 的關鍵詞演化趨勢圖，直觀體現出丘陵山地農機研究熱點發展趨勢。

3.1 丘陵山地農機研究的關鍵詞分析

對1 025 篇文獻中提取到的關鍵詞進行同義詞合并去重、無意義詞的刪除后得到1 688 個關鍵詞。利用COOC 軟件對1 688 個關鍵詞進行詞云圖繪制（見圖7），可以看出：丘陵山地農機領域研究的高頻關鍵詞有“丘陵山地”“農業機械化”“山地農機”“收獲機”“拖拉機”“耕地機”“運輸機”“農機推廣”等；丘陵山地農機領域的研究熱點主要是丘陵山區農業機械化發展和圍繞這一中心目標開展的一系列適用于丘陵山區耕地地形及農業生產的農機，如收獲機、拖拉機、耕地機、施肥機等的研究設計、生產制造；農機推廣采取的措施策略，如農機購置補貼、農機人才培養、農機社會化服務等。此外，在詞云圖中還可以看到馬鈴薯、玉米、水稻三種農作物名稱，這表明了丘陵山區農業機械化發展過程中馬鈴薯、玉米、水稻的生產是被重點關注的。

圖7 丘陵山地農機研究領域關鍵詞詞云圖

3.2 丘陵山地農機研究熱點分析

去掉關鍵詞“丘陵山地”后，利用VOSviewer 軟件繪制丘陵山地農機研究的關鍵詞共現網絡圖譜，并進行聚類處理，得到圖8。從圖8 中可以得出：丘陵山地農機領域具體的研究熱點可聚類歸納為農業機械化、山地農機、收獲機、拖拉機、運輸機、耕地機、播種機、噴霧噴灌機8個方面。

圖8 丘陵山地農機研究領域關鍵詞共現網絡圖譜

其中，農業機械化方面出現的高頻關鍵詞有耕地宜機化改造、貴州省、農機科研、發展戰略、增加農民收入、中華人民共和國農業機械化促進法等。由此可以看出，學術界對丘陵山地農業機械化的研究主要聚焦于探索推進丘陵山地農業生產機械化發展的方法途徑，如耕地宜機化改造、研發小型農機、頒布實施法規政策等。如楊思權等[7]在梳理貴州省農機化發展現狀的基礎上，提出完善校地合作機制、加大農機部門人才培養力度、提升農機化服務質量等發展策略。

山地農機方面，“山地農機”這一關鍵詞是指文獻中未明確是某種具體機械的農機，是小型農機具、山地農機具、微型農機、小型農業機械、小型農業作業機、丘陵農機等關鍵詞的同義替換詞。與“山地農機”一同出現的高頻關鍵詞有農機推廣、農機化技術推廣、農機應用、水果生產、經濟作物、精細農業等?？梢姡@一熱點研究的主要是山地農機在丘陵山區糧食、水果等經濟作物種植方面的推廣應用。如陳存華[8]指出小型農業機械是保障糧食單產的重要策略，是發展山區特色農產品的重要策略，要增加農機購置補貼種類，加強示范基地建設，加大科研投入力度，以加快丘陵山地小型農業機械的發展。

收獲機方面，“收獲機”是聯合收割機、小型收割機、便攜式多功能收割機、玉米收獲機、馬鈴薯收獲機、水稻聯合收割機、甘蔗收割機、辣椒收獲機、林果收集裝置、甘蔗機械化收獲、甘薯收獲機、花生收獲機、自走式白蘿卜收獲機、牧草收割機械、煙稈收割機、嫩桑收割機、蕎麥撿拾收獲機、折耳根收獲機等關鍵詞的同義替換詞。與“收獲機”一同出現的高頻關鍵詞有結構設計、田間試驗、動力學仿真、可調輪距、履帶底盤、升降機構、車身調平系統、分離篩、振動篩等?？梢?，這一熱點主要是結合丘陵山地地形地貌特點和不同作物農技特性研究開發適用的收獲機械。如史瑞杰等[9]針對丘陵山地胡麻聯合收獲空間布局有限且胡麻脫出物形狀差異小、混雜程度大、清洗難度大等問題，運用CFD-DEM 聯合仿真技術，研究設計的丘陵山地胡麻聯合收獲機復式清選系統。

拖拉機方面，“拖拉機”是丘陵拖拉機、調平山地拖拉機、園藝拖拉機、輪式拖拉機機組、四驅拖拉機、丘陵山地拖拉機、山地拖拉機、履帶拖拉機、山地履帶拖拉機、輪式拖拉機、手扶拖拉機、小四輪拖拉機、小型拖拉機等關鍵詞的同義替換詞。與“拖拉機”一同出現的高頻關鍵詞有控制系統、仿真分析、穩定性、姿態調平、傳動系統、Amesim 仿真、越障性能、動力學、虛擬樣機技術、性能試驗、液壓系統等?？梢?，這一熱點主要是研究開發適用于丘陵山地的拖拉機，其中，穩定性和越障性能是山地拖拉機的重要性能指標。如張靜等[10]、齊文超等[11]對拖拉機在丘陵山地作業時面臨的安全性、作業效率、乘坐舒適性等問題，通過不同的方法提出了解決辦法，即拖拉機機身自動調平。

運輸機方面，“運輸機”是軌道運輸機、輪式運輸機、山地果園運輸機、農用運輸機、遙控運輸機、單履帶運輸車、自走式運輸機、電動雙軌運輸機、牽引式運輸機、去梢切斷運輸一體機、甘蔗田間運輸車等關鍵詞的同義替換詞。與“運輸機”一同出現的高頻關鍵詞有山地果園、機械設計、遙控、轉向系統、CDC 阻尼器、半主動懸架、動力學分析、蝸輪蝸桿傳動、皮帶張緊輪、最小轉彎半徑、氣控換擋等?？梢?，這一熱點主要是研究開發運輸機，且多是適用于山地果園的運輸機，其中驅動系統和控制系統是重點研究方向。如嚴積淼等[12]設計了由牽引頭、運輸載貨拖臺、連桿裝置和軌道組成的軌道運輸機，解決了大部分竹林山高陡峭、路遠彎多、作業難、成本高的問題。未來農用運輸機將朝著運輸全過程機械化[13]的方向發展。

耕地機方面，“耕地機”是微耕機、電動微耕機、中耕施肥機、旋耕機、深耕機、微型耕整機、耕整地機械、立式旋耕刀、小型深耕機、山地微耕機、旋耕施肥機、履帶式耕播機、自走式螺旋深耕機、菱形四輪中耕機、農機深松整地、螺旋深耕、鏈式深耕機等關鍵詞的同義替換詞。與“耕地機”一同出現的高頻關鍵詞有模態分析、結構優化、數值模擬、功率消耗、力學特性、有限元模型、力學性能、振動分析、土壤切削、高硅鋁合金、車身調平控制系統等?？梢?，這一熱點主要是研究開發耕地機，從耕地深度分為微耕、中耕、深耕，如張富貴等[14]針對丘陵山區長期使用微耕機等造成的耕層下土壤板結問題，設計了一款小型自走式螺旋深耕機，耕深達25 cm，耕寬30 cm。從耕地方式看，如段凱等[15]的綜述，旋耕刀是常見的微耕機旋耕部件最重要的組成部分，對它的研究設計已經從最初的依賴經驗與理論設計到涉及材料、熱處理以及有限元仿真分析的現代化研究方法，以最大限度地降低功率損耗、提高切削效率、延長刀具使用壽命。從功能整合上看，常見將施肥與耕地整合為一體。如祁禹衡等[16]結合云南丘陵山地地形復雜、紅土壤黏阻大以及甘蔗種植農藝特點，設計了甘蔗旋耕施肥復合機，該復合機由旋耕刀盤、旋耕彎刀、主軸、傳動裝置、單圓盤勻肥器、擋板機施肥管等工作部件組成，由拖拉機提供動力，采用三點懸掛方式，可一次性完成旋耕、施肥兩項作業，減少機具進地次數。

播種機方面，“播種機”是玉米播種機、油菜播種機、蔬菜播種機、免耕施肥播種機、播種器、微型播種機、精密播種機、排種器、溝播機、后插旋轉式分插機構、履帶式耕播機、氣吸式播種機等關鍵詞的同義替換詞。與“播種機”一同出現的高頻關鍵詞有行距、水稻、精少量、春油菜、夏玉米、壟膜溝植、溝播技術、節本增效、群體生長率、工作原理等。可見，這一熱點主要是研究開發用于水稻、玉米、油菜等農作物種植的播種機，行距是播種機設計開發中重要的考慮因素。如王鳳花等[17]為滿足丘陵山地小地塊播種需求，解決機播傷種、充種效果不佳等問題，設計了可一次性完成開溝、播種、覆土作業的單行氣吸式微型精密播種機。而陳宇熠等[18]則根據山地田間種植蔬菜的特點設計了主要由排肥器、掛接板、肥箱、種箱、地輪梁架、地輪等部分組成的蔬菜播種機。

噴霧噴灌機方面，“噴霧噴灌機”是噴霧機、恒壓噴灌、果園噴藥機、風送噴霧機、雙向自動噴藥、在線混藥噴霧、噴藥機、灌水器等關鍵詞的統一替換詞。與“噴霧噴灌機”一同出現的高頻關鍵詞有無人機、路徑規劃、圖像識別、山地作業、自動對靶、自動駕駛、霧滴密度、布置方式、沉積量、覆蓋率、涌泉根灌、調虧灌溉等?？梢?，這一熱點主要是研究開發用于植保的噴霧噴灌機，在實現恒壓噴、自動噴等功能基礎上，搭載到無人機上，克服丘陵山地的地形劣勢。如胡維月等[19]的綜述，植保無人機機型多、作業效率高、適應性廣、不受地形限制，2010 年以來在中國得以迅速發展。

3.3 丘陵山地農機研究熱點發展趨勢分析

根據上文劃分的1982—2008 年、2009—2017 年、2018—2022 年3 個階段，繪制頻次排名前10 的關鍵詞演化趨勢圖（見圖9），圖中1、2、3 分別代表3 個階段。第一階段，萌芽緩慢發展階段，多是對丘陵山區農業生產機械化推廣的探索與研究，對具體農機的研究開發較少。第二階段，快速發展階段，收獲機、耕地機、播種機、運輸機、拖拉機等關鍵詞涌進前10，研究熱點從戰略層面轉移至戰術層面，整個學術領域更加注重對適用于丘陵山地農業生產的各種機型的研究。第三階段，成熟穩定階段，拖拉機與運輸機兩個關鍵詞出現的頻次相對第二階段有了大幅增加，收獲機、耕地機的研究熱度相對穩定，同時出現新關鍵詞控制系統。此外，可以看出，“農機推廣”這一研究熱點貫穿著丘陵山地農機研究的整個過程。未來，丘陵山地農機研究領域仍會以收獲機、耕地機、播種機、運輸機、拖拉機等各種機型為熱點，不斷突破各項技術難關，向著更加安全、更加高效、更加智能無人化的方向發展。同時，對農機推廣應用的研究也仍具備著一定的現實必要性。

圖9 頻次排名前10的關鍵詞演化趨勢

4 結論與啟示

本研究運用文獻計量軟件COOC 對中國知網、維普、萬方數據庫中丘陵山地農機研究領域相關文獻進行可視化分析，從發文量、作者、作者單位、關鍵詞等方面繪制圖譜，結合文獻計量學相關理論，分析展示該領域的研究現狀及發展趨勢。得到以下結論與啟示：

1）當前，對丘陵山地農機的研究處于成熟穩定階段。丘陵山區地形地貌的復雜性、農產品的多樣性及其生長特性的差異性導致的農技農藝的復雜性以及更加豐富成熟的研究理論與方法，使得丘陵山地農機的研究還大有空間。

2）無論是作者間的合作，還是科研院所、高校、企業、農機管理部門等機構間的合作，均不夠密切，并具有明顯的地緣性。此外，處于學術領域帶頭核心帶的作者變化大。未來，需要更多學者、專家、研發人員投入更多的時間精力鉆研丘陵山地農機，需要科研院所、高校、企業、農機管理部門間加強丘陵山地農機研究領域合作的深度與廣度，做到產學研用深度融合，積極推動丘陵山地農業機械科技成果的研發、轉化及應用。

3）丘陵山地農機研究主要是圍繞收獲機、耕地機、播種機、運輸機、拖拉機、噴霧噴灌機等各種機型做文章，其根本宗旨是提高丘陵山區農業生產效率、助力農業現代化。圍繞這一宗旨對丘陵山地農機研發提出一系列指標：實用、安全、易操作、舒適，甚至是環保、智能。因此，未來應加強丘陵山地農機創新鏈的部署，一方面，高校、科研院所及生產企業要加強對丘陵山地農業機械的研發，針對丘陵山地地形地貌，結合丘陵山區特色農業農藝要求，結合新能源新技術新工藝，開發小型、省力、多功能實用的農業機械。另一方面，要大力培育丘陵山地農機實用人才，如農機手、農機維修技術人員，以大力推廣丘陵山地農機的應用，從而實現最終的科技成果轉化應用。為此，面向青少年群體，可將丘陵山地農機人才培育納入中高職教育，面向青年成人群體，可建立社會培訓體系，并將農機手、農機維修技術人員納入職稱評定范圍，建立完善的職業發展道路。