基于文獻計量視角下民用無人機潛在風險分析

摘要：隨著無人機與人們日常生活聯系日益緊密，無人機“黑飛”事件時有發生，相關安全問題引發了社會公眾的廣泛關注。為了準確把握民用無人機潛在風險領域的研究動態和發展趨勢，利用文獻可視化分析工具CiteSpace分別對中國知網（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）、Web of Science（WoS）核心數據庫有關論文數據集，依次從研究力量、研究熱點、研究前沿等方面進行文獻計量分析。結果表明：發文量從2015年開始快速增長，與安全風險有關的研究逐漸增多，論文總量呈現“井噴”式增長，英文論文發文量遠超中文論文；英文論文的核心作者較多，各研究機構之間合作緊密，國內學者傾向在英文期刊發表研究成果；研究熱點呈現顯著的遷移和轉移特征，近10年來研究熱點集中在航跡規劃、飛行控制、人工智能、通信網絡等方向；20年間絕大部分研究集中技術領域，2017年至今，“公共安全”“安全監測”等方向成為該領域的研究前沿。

關鍵詞：民用無人機 潛在風險 研究熱點 研究前沿 文獻可視化 CiteSpace

中圖分類號：V279+.2""""""""" 文獻標志碼：A

Analysis of Potential Risks of Civilian Unmanned Aerial Vehicles Based on a Bibliometric Perspective

SONG Jiashan HUANG Yuntao* QIU Dabo

School of Economics and Management， Southwest University of Science and Technology， Mianyang， Sichuan Province， 621010 China

Abstract： With the increasingly close connection between drones and people's daily lives， incidents of unauthorized drone flights （“black flights”） occur from time to time， and related safety issues have attracted widespread attention from the public. To accurately grasp the research dynamics and development trends in the potential risk areas of civil unmanned aerial vehicles， CiteSpace， a literature visualization analysis tool， was used to conduct bibliometric analysis on the relevant paper datasets of China National Knowledge Infrastructure （CNKI） and Web of Science （WoS） core databases from the aspects of research strengths， hotspots， and frontiers. The results show that the volume of publications has grown rapidly since 2015， with a significant increase in research related to safety risks. The total number of papers has shown an explosive growth， with the number of English papers far exceeding that of Chinese papers. English papers feature a larger number of core authors， and research institutions demonstrate close collaboration， with domestic scholars tending to publish their findings in English journals. Research hotspots exhibit significant migration and transfer characteristics， with key focus areas in the past decade including trajectory planning， flight control， artificial intelligence， and communication networks. Over the past 20 years， the vast majority of researches have concentrated on the field of technology. Since 2017， areas such as “public safety” and “safety monitoring” have emerged as research frontiers in this field.

Key Words： Civilian unmanned aerial vehicles; Potential risks; Research hotspots; Research frontiers; Literature visualization; CiteSpace

民用無人機即應用于民用領域的無人機。近年來，民用無人機擾航、偷拍、侵權等安全問題屢禁不止，嚴重威脅航空安全、公共安全，防范化解民用無人機安全風險迫在眉睫^[1]。截至目前，我國民用無人機的立法多為民航局頒布的規范性文件，法律效力有限，尚未形成統一的監管體系，大量領域還處于法律真空狀態^[2]。本研究擬借助文獻計量分析工具CiteSpace對中國知網（China National Knowledge Infrastructure， CNKI）和Web of Science（WOS）核心集數據庫中有關民用無人機潛在風險的期刊文獻進行可視化分析，梳理近20年來民用無人機潛在風險研究的研究力量、研究熱點、研究前沿等，為推動民用無人機產業規范化健康發展提供參考借鑒。

1 資料與方法

本研究選取中國知網（CNKI）和Web of Science（WoS）核心合集作為數據庫來源，其中中文檢索主題詞包括無人機、民用無人機、風險、安全，英文檢索主題詞包括UAV、risk、security，最終獲得有效中文文獻591篇和英文文獻5 602篇。CiteSpace是一款由美籍華人陳超美教授團隊基于Java平臺所開發的文獻計量學軟件，能夠從海量的文獻數據中快速鎖定關鍵信息和核心主題，通過科學知識圖譜方式可視化呈現某一研究領域的發展歷程、知識結構、分布規律等情況，得出該研究領域的研究熱點、研究前沿和未來發展趨勢^[3]。

2 結果與分析

2.1 發文趨勢分析

發文量的時序分布特征能夠清晰反映某一研究領域在特定時期內的研究狀況與演變的歷史軌跡。圖1展示了2004—2023年國內外民用無人機潛在風險領域發文數量的變化，可以看出，近20年間國內外民用無人機潛在風險領域發文數量大致經歷了緩慢增長、飛速增長的兩個階段。

2004—2015年為緩慢增長階段，國內外學者在民用無人機潛在風險領域的發文量總體偏少且增長緩慢，系無人機尚未達到大規模民用化的條件，學術界對無人機相關風險的關注度不高。2016—2023年為快速增長階段，中英文期刊論文數量呈現爆發式增長，英文期刊增長速度尤甚，說明無人機相關風險成為研究熱門。主要原因有：（1）無人機產業日益成熟，無人機廣泛進入各領域；（2）無人機“黑飛”安全事件頻發，引發了社會公眾的廣泛關注；（3）由于學術交流、職稱評價等方面因素，國內學者傾向在英文期刊發表研究成果。

2.2 作者分析

通過對發文作者進行共現分析，可以評估該領域內研究團隊的合作強度，并清晰地展示核心作者在該領域的影響力。通常而言，核心作者可由普賴斯定律^[4]計算得到

表1列出了民用無人機潛在風險領域發文量排名前十的作者及其中介中心性統計情況。由式（1）計算出，中文、英文文獻發文量的核心作者界定標準分別為3篇、5篇。在此基礎上統計發現，中文、英文核心作者分別為11位和57位。此外，統計發現該領域內中文、英文核心作者總發文數量分別為76篇、558篇，其中使用中文姓名的英文核心作者30人，共發文253篇，再次印證國內學者傾向英文期刊發表學術成果。

中介中心性是用于衡量網絡中節點重要性的指標，有助于識別關鍵節點。由表1可知，Kumar， Neeraj、Zhao， Nan、Ullah， Insaf等學者的中介中心性均較高，表明這些學者在民用無人機潛在風險研究領域發揮了重要作用。

圖2展示了民用無人機潛在風險領域作者合作網絡圖譜。圖中節點（標簽）的大小表示作者發文量的多少，節點間連線表示彼此之間的合作關系。具體而言：

（1）中文文獻作者數量相對較少，分別形成了以魏瑞軒、彭向陽、陳彬、徐晨晨為核心4個作者群體，這些群體相對獨立，群體內部作者之間有著較高的合作強度，但彼此間尚未形成合作關系。

（2）英文文獻作者之間合作較為密切，大致形成了5個核心作者群體，分別為MUHAMMAD Asghar Khan、NEERAJ Kumar、MOHSEN Guizani、ZHAO nan、WANG wei。其中，以NEERAJ Kumar為核心的作者群體內部合作最為緊密，核心作者數量最多，合作強度較高。

2.3 研究機構分析

表2為民用無人機潛在風險領域發文量前10研究機構統計情況。中文文獻領域研究主體有中國民航大學、空軍工程大學等，各研究主體發文量總體偏少，并且中介中心性均為0，說明中文期刊內研究機構合作較少且未形成核心研究主體。英文文獻領域發文量前10的研究機構主要有北京航空航天大學、南京航空航天大學等，從研究機構的國別來看，該領域高發文量的研究機構主要分布于中、美、法三國，其中發文量排名前10的研究機構中，中國獨占7家。綜合而言，中國科學院、佛羅里達州立大學、法國國家科學研究中心、加利福尼亞大學的發文量和中介中心性均較高，為該領域內的權威機構。

利用CiteSpace分別繪制中英文文獻的研究機構合作共現圖譜（如圖3所示）。其中，中文文獻共現圖譜共有281個節點、140條連線、網絡密度為0.003 6；英文文獻共現圖譜共有313個節點、325條連線、網絡密度為0.006 7^[5]。由此可見，中文文獻的研究機構之間合作較少，僅在中國科學院系統內部機構之間形成較松散的合作網絡；英文文獻研究機構的數量和合作緊密程度均高于中文文獻，形成了一個跨國別的緊密合作網絡。

3 關鍵詞分析

關鍵詞是一篇學術論文核心思想和研究成果的高度概括，通過對關鍵詞共現圖譜的分析，有助于發掘某一領域的研究熱點和未來發展方向。

3.1 關鍵詞共現分析

本節針對以“民用無人機潛在風險”相關主題詞所檢索到的CNKI和WOS引文數據分別進行關鍵詞共現分析，具體如圖4所示。圖4中每個菱形節點代表一個關鍵詞，節點形狀越大說明該關鍵詞共現頻次越高；若菱形邊框為深色，則說明該關鍵詞的中介中心性大于0.1，在共現網絡中具有重要作用；節點之間的連線表示兩個關鍵詞在同一篇論文中共同出現的情況。

CNKI數據集中共現頻次排名前10的關鍵詞（括號內為共現頻次）分別為：無人機（197）、風險評估（17）、路徑規劃（17）、航跡規劃（14）、沖突解脫（11）、人工智能（10）、低空空域（9）、輸電線路（8）、安全距離（7）、航空運輸（7）。WOS數據集中共現頻次排名前10的關鍵詞（剔除無效節點）分別為：UAV（1 238）、systems（762）、design（542）、optimization（340）、models（333）、internet（279）、algorithms（279）、physical layer security（234）、deep learning（229）、security（220）。另外，中介中心性大于0.1的重要關鍵詞依次為：無人機（0.92）、人工智能（0.15）、避碰（0.21）、美國（0.14）、多無人機（0.16），以及systems（0.11）、design（0.10）、algorithms（0.25）、physical layer security（0.14）、aircraft（0.34）、tracking（0.24）、remote sensing（0.22）。由此可見，民用無人機潛在風險領域的研究熱點主要集中于路徑規劃、算法模型、人工智能、應用場景等物理層面的安全風險。

3.2 關鍵詞聚類分析

聚類分析的基本原理是通過關鍵詞之間的共現關系強弱來進行聚類劃分，將具有相似研究主題的關鍵詞匯聚成詞匯集群，以揭示關鍵詞背后的知識結構。聚類效果通常用模塊值（Q值）和平均輪廓值（S值）的大小來衡量，若Q＞0.3、S＞0.7時，則可認為該聚類結構顯著且聚類效果令人信服。利用CiteSpace在關鍵詞共現圖譜的基礎上，生成聚類圖譜，如圖5所示。圖中CNKI關鍵詞聚類的Q值為0.68、S值為0.979 1，WOS關鍵詞聚類的Q值為0.5245、S值為0.838 1^[6]，說明聚類結構顯著，可信度較高，具有較高的參考性。

由圖5（a）可知，該領域內CNKI的關鍵詞可分為13個聚類，如#0無人機、#1風險評估、#2人工智能、#3航跡規劃、#4沖突解脫、#5輸電線路、#6協同作戰、#7美國、#8通信組網等，具體如下。

（1）聚類#0無人機、#1人工智能、#2航跡規劃、#5低空空域、#9安全性、#11決策，這6個聚類聯系較為密切，主要包括：多無人機、低空突防、人工智能、模糊控制、避碰、安全控制等研究熱點，說明國內學者對無人機的軍用化應用關注度較高。此外，由于“人工智能”具有高度自主性，能夠實時分析外部環境，對潛在風險進行分析評估，并及時調整“航跡規劃”，對于提升“低空空域”的“多無人機”協同具有重大意義，因此，“人工智能”是未來提升無人機飛行安全的研究熱點。

（2）聚類#3沖突解脫、#6協同作戰、#7美國，這3個聚類的研究相對分散，涉及無人機在國際社會上存在的軍事運用風險，內部主要研究熱點包括：低空突防、國際法、無人機攻擊、人道原則、國際安全、法律規制、巴基斯坦等，說明國內學者對美國和巴基斯坦在無人機作戰方面的關注度較高，無人機在局部地區沖突中的大量應用加劇破壞了“人道原則”“國際安全”等國際共識，國內學者希望通過制定“國際法”的形式對不法行為采取“法律規制”。

（3）聚類#4輸電線路、#8通信組網、#10信息、#12公共安全，這4個聚類涉及無人機在民用領域的具體應用，主要研究熱點包括通信數據鏈、巡檢系統、智能診斷、安全巡檢、多源數據、測控通信、應急指揮、交通、城市反恐、警用無人機等，說明國內學者對無人機在輸電線路巡檢、應急指揮、交通指揮、警用四大應用場景關注度較高，其中“智能診斷”和“測控通信”再次體現出人工智能和通信技術仍是提升無人機安全性和使用價值的重要研究方向。

由圖5（b）可知，WOS數據集內的研究熱點主要有7個聚類，根據各子領域之間的相關程度，大致可分為如下方向：

（1）聚類#0 adaptive control、#4 deep learning、#5 vehicle dynamics、#6 apis mellifera，這4個聚類聯系密切，涉及無人機飛行安全領域，主要研究熱點有：quadrotor（四旋翼無人機）、path planning（路徑規劃）、collision avoidance（防碰撞）、object detection（目標檢測）、feature extraction（特征提取）、neural network（神經網絡）、mathematical model（數學模型）等，側面說明多旋翼無人機是無人機領域的主要研究對象，飛行穩定性是影響多旋翼無人機安全運行的重要因素，因此，路徑規劃和防碰撞一直是無人機飛行安全的研究熱點。此外，深度學習、神經網絡等人工智能算法與無人機領域的目標檢測、特征提取等技術結合日益緊密，不斷提升無人機飛行安全。

（2）聚類#1 remote sensing，涉及無人機遙感技術的具體應用，主要研究熱點有precision agriculture（精細農業）、photogrammetry（攝影測量學）、security（安全）、object-based image analysis（基于對象的影像分析）、vegetation mapping（植被制圖）等。農業是無人機重要應用領域之一，最早可追溯至1987年日本研制的世界上第一臺植保無人機，伴隨著物聯網和人工智能的發展，基于遙感圖像的智能化農業無人機極大地減少了人員操作的安全風險。

（3）聚類#2 physical layer security、#3 authentication，這兩個聚類涉及無人機的通信安全，主要研究熱點有wireless communication（無線通信）、communication system security（通信系統安全）、hybrid satellite-terrestrial network（星地混合網絡）、blockchain（區塊鏈）、internet of things（物聯網）、internet of drones（無人機互聯網）等，由于無線電具有廣播性質，無線通信的信息安全是無法有效避免的問題，尤其是物聯網和無人機互聯網逐步融合推動智慧城市、智慧安防、智慧農業等行業快速發展的背景下，無人機的信息通信安全成為重要研究熱點，為此，相關學者提出了星地混合網絡、區塊鏈等技術手段提高無人機的信息通信安全。

3.3 研究前沿演進

突現詞是指在短時間內出現頻次明顯增加的術語，突現強度反映了突現詞在特定時間段內頻次增加的程度，突現持續時間則反映了這種增加持續的時間長度。為此，利用CiteSpace軟件的關鍵詞突現功能對文獻數據進行突現詞檢測，生成民用無人機潛在風險領域關鍵詞突現圖譜（如圖6所示）。

圖6（a）清晰展示了CNKI文獻數據中突現強度排名前20的關鍵詞，揭示了該領域內不同時期的研究前沿。進一步研究發現，這些研究前沿主要可以分為三類，即技術研究、應用場景、安全管理。具體表現在以下幾個方面。

（1）“航跡規劃”和“路徑規劃”屬于技術研究領域，其突現時期分別為2010—2011和2020—2023，突現強度分別為1.4、3.69，說明路徑規劃一直是無人機技術研發的重點，近年來圍繞人工智能算法發表了大量算法優化方向的學術論文，呈現出智能化、信息化、數據化的趨勢，說明“無人機+人工智能+大數據”將是未來路徑規劃的研究前沿^[7]。

（2）“輸電線路”和“航空運輸”屬于應用場景領域，其突現時期分別為2012—2016和2020—2023，突現強度分別為2.13、2.07。由于電力設施遍布全國各地，傳統人力巡檢費時費力，民用無人機由于自身特性被廣泛應用于巡檢工作。基于在快遞配送、應急物資運輸等方面需求較大，航空運輸逐漸成為該領域內的重要研究前沿。

（3）“公共安全”和“風險評估”屬于安全管理領域，其突現時期分別為2019—2020和2020—2023，突現強度分別為1.89、3.69，涉及“國際法”“安全控制”“安全工程”等，自2012年以來，一直是學術界的研究前沿。

圖6（b）所展示的是WoS文獻中突現強度最高的前20個關鍵詞，大致可分為技術研究、安全管理兩個方面。主要差別在于英文期刊對民用無人機潛在風險的研究更傾向于技術層面的安全控制，針對具體應用場景中的風險研究相對較少，同時還揭示了“apis mellifera”“flight control”“network security”等更多研究前沿。

4 結語

本研究對從中國知網（CNKI）和Web of Science（引文數據庫）中所檢索到的與“民用無人機潛在風險”相關的6193篇文獻數據進行分析，得出如下結論。

第一，2004—2023年，民用無人機潛在風險研究領域發文數量主要經歷了緩慢增長、飛速增長兩個階段。2015年之前為緩慢增長階段，國內外專家學者的研究成果相對較少，并且大多集中于航跡規劃等技術領域。2015年開始進入飛速增長階段，關于無人機在民用領域的應用及安全研究逐漸增加，相關技術研究成果呈現“井噴”態勢，英文期刊論文增長速度遠超中文期刊論文。

第二，民用無人機潛在風險領域中文、英文論文的核心作者分別為11位、57位，各自分別形成4個、5個核心作者群體。國內以魏瑞軒教授所在群體為高產作者群體，內部合作作者數量和發文數量均位列前茅，國外以Neeraj Kumar教授所在群體為高產作者群體，內部合作最為緊密，核心作者數量最多，合作強度較高。

第三，研究熱點呈現出顯著的集聚和演變規律，中文論文的研究熱點主要分布于“物理層安全”“航跡規劃”“輸電線路”“沖突解脫”等聚類內部，英文論文研究熱點主要分布于“adaptive control”“remote sensing”“deep learning”“physical layer security”等聚類內部。近10年來，民用無人機潛在風險領域的研究熱點集中在航跡規劃、飛行控制、飛行平臺智能化、信息傳輸網絡化等方向。

第四，研究前沿主要在技術研究、應用場景、安全管理等領域內部演進。近20年間絕大部分研究前沿處于技術研究領域，具體研究前沿有“航跡規劃”“圖像識別”“人工智能化”“通信網絡”等方向，近年來才開始出現“公共安全”“網絡安全”等安全方向的研究前沿。

參考文獻

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