林学领域中GIS 研究热点信息计量分析

袁晓园 华薇娜

(1. 南京大学图书馆，江苏 南京210093;2. 南京大学信息管理学院，江苏 南京210023)

地理信息系统(Geographical Information Systems，GIS)是在计算机硬件、软件系统的支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统［1］。从20 世纪60 年代早期，在核武器研究的推动下，计算机硬件的发展导致通用计算机“绘图”的应用。1967 年，由加拿大的罗杰·汤姆林森博士开发的CGIS 系统是世界上第一个真正投入应用的地理信息系统，它由联邦林业和农村发展部联合研发，被称为加拿大地理信息系统(CGIS)，用于存储、分析和利用加拿大土地统计局(CLI)收集的数据，并增设了等级分类因素来进行分析。此后在1970－1980 年期间，GIS 获得了巨大的发展，特别是美国对GIS的研究和运用一直处于世界的主导地位。从那以后，GIS技术在全世界范围内、多个研究领域被广泛地应用，包括自然、社会、医学和工程学领域［2－4］。

在林学领域，GIS 方法也被用于国内外多项研究中。国外研究者布朗等［5］根据森林类型和林分蓄积量，采集生物量密度和规模数据，利用地理信息系统制作森林生物空间分布地图。研究者Brzeziecki 等［6］构建了植被分布概率模型，此模型与地理信息系统对接，基于12 个环境变量的数字地图数据，用来构建瑞士的数字植被地图。研究者Band 等［7］介绍了一种大尺度的流域水生态分布模型，模型由数据和模拟系统、区域水文生态仿真系统组合，并且结合遥感、GIS 技术整合而成的水文和生态模型，此模型使参数自动化，可以模拟通过流域的水文通量、蓄水过程。而国内研究者则着眼于GIS 技术在林业、植被、生态中的实际运用和系统数据的维护，如研究者王思远［8］等在遥感技术和GIS 技术的支持下，对土地利用的时间动态特征和空间动态特征进行了定量分析，包括土地利用类型、土地利用程度、耕地状况、森林植被覆盖、城市扩展等。国内研究者钟林生［9］等采用GIS 技术对公园的生态旅游适宜度进行计算，针对不同的适宜程度，提出公园开发的建议。

总体来说，GIS 在林学相关研究领域中的使用已较为广泛，但是我们发现针对林学相关专业的GIS 研究热点，却很少有研究者进行分析与归纳。本文采用了信息计量学方法，是一种数学和统计学的方法，它可以定量分析一切知识的载体［10］。经过50 多年的发展，信息计量学已经渐居核心的地位，是与科学传播及基础理论关系密切的研究方法。现在全世界每年发表的信息计量学学术论文约为10 000 ～15 000篇。由于在世界范围内，GIS 在林学领域的发展越来越专业化，笔者认为有必要对它的国际研究热点作分析，从而掌握该领域的国际前沿和发展脉搏。

1 数据来源及方法

1.1 数据来源

学科界定

本研究选择Web of Science 数据库(简称WOS)，它是美国费城汤姆森科技信息集团基于WEB 开发的产品，是大型综合性、多学科、核心期刊引文索引数据库。本研究选择WOS 数据库下3 个子库SCIE 、SSCI 和A＆HCI。

本研究以主题检索(TS)和学科分类(Web of Science)作为检索策略，检索式设计为((TS = (GIS or″Geograph*Informati*System*″)AND WC = (Forestry)))NOT PY=2014 进行检索，排除了2014 年的发表文献，得到954篇，在分析国家时，将英格兰、北爱尔兰、苏格兰、威尔士归在英国下面，将台湾、香港归在中国下面。检索结果包括8 种文献类型，分别是:论文(Article)927 篇(占97.2%)，会议论文(Proceeding Paper)71 篇(占7.4%)，综述(Review)12 篇(占1.3%)，新闻items 5 篇 (占0.5%)，editorial material 5 篇(占0.5%)，note 3 篇(占0.3%)，correction addition 1 篇 (占0.1%)，再版1 篇(占0.1%)。语种包括7 种语言，有:英语881 篇 (占92.4%)，葡萄牙语36 篇 (占3.8%)，德语15 篇 (占1.6%)，西班牙语7 篇 (占0.7%)，波兰语6 篇 (占0.6%)，克罗地亚语5 篇 (占0.5%)，法语4 篇 (占0.42%)。检索时间2014－09－01。

1.2 研究方法

本研究采用信息计量法对文献的外部特征作分析，包括文献指数增长模型和期刊分布，然后针对不同时间段、高产国家、高被引文献中，作者关键词的变化趋势进行比较。采用社会网络分析法对高频关键词作共现分析，借助UCINET6.0 软件对其可视化，以此追踪和归纳林学领域GIS 研究主题的变化。

2 研究结果

2.1 年代文献增长

科学文献量是衡量科学知识量的重要尺度之一，某领域年代论文量的变化可以直观反映该领域内学科发展的态势。如图1，继1986 年发表6 篇文献后，1987－1990 年为零增长，此后1991－2013 年，总文献量呈稳步上升的发展趋势，在2000－2013 年，论文的增长幅度明显增加，上升率超过总发文的增长幅度，论文和总文献的发表均在2010年达到峰值82 (78)篇。因此近20 年，林学相关的GIS国际研究成果一直处于稳步发展的阶段，其中年平均载文量=文献总量/年度数=954/23 =41.48，2007 年后的文献量均大于年平均载文量。

图1 年代文献量趋势图

2.2 文献指数增长模型

根据研究者普赖斯(D.Price)在1961 年正式出版的《巴比伦以来的科学》中，系统阐述了科技文献按指数增长的经验规律，设t 时间的文献信息数量为Q =F(t)，则有:Q=F(t)=aebt=aexp(bt)［11］。

根据本研究的数据及SPSS 统计分析，发现它的年度累积发文量与出版年之间存在高度相关性，符合指数增长曲线(如图2)。我们采用SPSS 拟合曲线，得到指数模型y=9.911* x(1.427)，(调整R2=0.997)。根据1991－2013 年的指数模型，我们推测2020 年林学领域中的GIS 研究文献量将为2013 年的1.5 倍。

2.3 来源期刊分布

本研究对954 篇文献的来源期刊进行分析，共涉及期刊64 种，平均每种期刊的载文量=文献总量/期刊种数=954/64 =14.91，将期刊按载文量进行排序，选择文献量≥ 15 的前19 种期刊，列出表1。

图2 累积文献发文量随时间增长的曲线图(从1991 年)

表1 期刊分布表(文献量≥15)

表1 中的19 种期刊占期刊总数的29%，却刊载了文献总量的76.42%，尤其是前8 种期刊，载文量达到了52.41%，远远高于其他期刊。根据Bradford 核心期刊和文献分布的“二八定律”，即20%的核心期刊上刊载了80%的重要论文，因此这19 种期刊可以作为研究GIS 林学研究的重要信息载体。

数据调查结果显示，很多智库都有与之相匹配的数据库源，这些特色数据库可以为智库研究提供一定的理论支持与政策支撑。我们可以借鉴国内外智库建设的成功案例，将图书馆的资源分门别类设置，通过多种渠道获取海量的信息资源，并加以鉴别，“取其精华、去其糟粕”，建设有高校特色的数据库。这样既可以提高图书馆的服务工作效率，也可以满足智库建设的发展需要。

此外我们对64 种期刊的影响因子进行排序，发现影响因子最高的期刊是AGRICULTURAL AND FOREST METEOROLOGY，影响因子为3.894，载文24 篇，占文献总量的2.516%。根据统计，影响因子大于3 的期刊有3 种，载文量为83 篇，占8.7%;影响因子在2 ～3 的期刊有5 种，1 ～2 之间有21 种，0 ～1 之间有28 种，其余7 种没有查到影响因子。在能查出影响因子的57 种期刊中，出版国分别来自24 个国家，其中前4 个国家的期刊量分别为美国12 个、荷兰6 个、德国5 个、英国4 个，几乎占到总数的一半。

2.4 作者关键词的分析

作者关键词是学术论文的重要组成部分，它反映了作者对文献核心内容的集中概括，体现了论文的精髓。通过对作者关键词的演变分析和高频关键词的聚类分析，可以发现一些研究领域的主题分布与热点。

本研究首先对提供作者关键词的881 篇文献进行收集，得到4 155个关键词。然后采用数据分析软件对它们进行抽提和机器自动识别处理，将同根词、同义词、近义词、单复数形式或复合形式进行合并，如GIS、Geographic Information system、Geographical Information systems 等，land－use 和land use 进行合并，得到关键词3 795个，选择不同时间段、不同国家(表3)，分析和比较作者关键词的演变(表2、表4)。

表2 不同时间段内作者关键词的变化

表3 高产国家发文量

经过统计，3 795个作者关键词中，2 757个(72.65%)只出现1 次，453 个(11.94%)出现2 次，198 个(5.22%)出现3 次。大量只出现1 次的关键词表明了该研究领域中的连续性研究相对缺乏，研究点之间存在差异。

本研究以GIS 为主题词进行检索，因此所有列表均显示出现频率最高的关键词为GIS。在2000－2013 年整个研究期内(表2)， “管理”、 “模型”、 “森林”、 “植被”、“模式”、“景观”是出现频率最高的作者关键词，它表明这些主题可以成为林学领域中GIS 的研究热点。值得关注的是，之前(2000－2006)排名较后的“土地利用”、“景观”和“管理”在近期(2007－2013)明显上升，其中“景观”的发文文献和百分比从“15，0.804”增加到“43，0.991”，土地利用从“11，0.54”上升至“22，0.919”，管理从“28，0.962”也增加至“56，0.99”，而“模型”、“森林”、“植被”、“模式”等变化不大，这反映了近几年“管理”、“景观”和“土地利用”吸引了越来越多的研究关注，它们可能成为潜在的研究热点［12－14］。

表4 高产国家、中国、世界范围内作者关键词的演变

表4(续)

接着表3 列出了发文排名前3 的国家，表4 分别将不同高产国、中国和世界范围内，排在前15 位的作者关键词进行列出。根据表4，我们发现各国都关注GIS 技术在国家、区域中的应用，如高频关键词“美国”、 “加拿大”、“巴西”、 “中国”，加拿大的“不列颠哥伦比亚省”和“亚洲”，同时“管理”和“模型”均有出现。但是经过仔细地比较，各国的研究点也存在明显的差异。

首先美国注重GIS 技术在“植被”、“森林”、“景观”、“模式”中的应用;加拿大关注“森林”、 “气候变化”、“遥感”和植物“保护” (如“道格拉斯冷杉”);而巴西的研究则突出“遥感”、“景观生态”、“亚马逊”、“亚马逊森林”、“森林管理”和“栖息地破碎化”。和其他3 个国家不同，中国比较关注模型、技术和系统管理的研究，如“数字高程模型”、 “生态系统”、 “生态系统管理”、“航空摄影”、“气流模型”和“海拔区”出现较多，同时我们发现“空气污染”是中国独有的研究主题。

接着我们作进一步的分析，根据被引次数，将954 篇文献从高到低进行排序，选择被引次数最多的前10 篇文献，其中4 篇来自美国，共收集到80 个作者关键词。除去GIS，“植被”和“模型”出现的频率较多，同时发现高被引文献比较注重研究方法和技术手段，作者关键词中出现了“广义线性模型”、“陆地卫星制图仪”、“遥感”、“数字高程数据”、 “数字地形模型”和“直接梯度分析”等［15－16］。

接着选择词频不少于20 次的38 个关键词(表5)，对其作共现矩阵，采用Ucinet6.0 软件绘制高频关键词的共现网络图(图3)。图3 中的节点表示关键词，连线表示其两端的两个关键词节点在同一篇文章中存在共现，节点大小表示关键词的点度中心度，即关键词出现的总频次，连线的粗细表示关键词的共现次数，连线越粗，即关键词的共现越多，反之越少。本研究发现“模型”、 “管理”、 “森林”、“植被”、“模式”、“遥感”、“景观”等关键词的点度中心度较高。同时这些高频关键词之间的连线相互交错，形成了一个连通图，在GIS、森林、管理、干扰、破碎片;GIS、模型、土地利用;GIS、地区、景观、保护;GIS、模式、社区;GIS、植被、生态系统、规模、生长;GIS、遥感;GIS、美国、力学、规模等各组关键词之间的连线较粗，即表明它们在一篇文章中共同出现的次数较高，当高频关键词在同一篇文章中共同出现的次数多，则可以初步反映该领域的研究热点。

表5 高频关键词的统计表(文献量≥20)

图3 高频关键词的共现网络图

3 结 语

本文采用信息计量学方法对林学领域中GIS 国际研究进行多角度分析。经过数据统计，发现林学领域中GIS 国际研究处于稳步发展的态势，年度累积发文量与出版年之间存在高度相关性，符合指数增长曲线，推测在2020 年林学领域中GIS 的研究文献量将为2013 年的1.5 倍。通过来源期刊分析，我们发现19 种期刊可以作为研究的重要信息载体，FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT 作为标杆性研究期刊，它刊载的文献量最多。根据期刊影响因子统计，林学领域中的GIS 国际研究主要分布在影响因子0 ～2 的期刊中。

通过比较不同国家、不同时间段的作者关键词的发展，可以发现“管理”、“模型”、“森林”、“植被”、“模式”、“景观”已经成为研究热点， “土地利用”、 “景观”和“管理”受关注的程度越来越高，可以成为潜在的研究热点。同时发现各国都在关注GIS 技术在国家、区域中的应用，美国注重GIS 在“植被”、“森林”、“景观”、“模式”中的应用;加拿大关注“森林”、“气候变化”、“遥感”和植物“保护”(如“道格拉斯冷杉”);而巴西则突出“遥感”、“景观生态”、“亚马逊”、“亚马逊森林”、“森林管理”和“栖息地破碎化”，中国的“空气污染”是中国独有的研究热点。

通过分析高被引文献的作者关键词，我们发现研究方法和技术手段相关的关键词出现较多。根据高频关键词的共现矩阵和共现网络图，发现“模型”、“管理”、“森林”、“植被”、“模式”、“遥感”、“景观”等关键词的出现频率较高;同时高频关键词之间相互交错，形成了一个连通图，各组关键词如GIS、森林、管理、干扰、破碎片;GIS、模型、土地利用;GIS、地区、景观、保护;GIS、模式、社区;GIS、植被、生态系统、规模、生长;GIS、遥感;GIS、美国、力学、规模等各组关键词之间的连线较粗，可以初步反映该领域的研究热点。

本文选择林学领域中GIS 国际研究作为研究样本，在今后的研究中，可以在此基础上，将样本扩大至不同学科、不同的主题分类，对GIS 研究做多角度、更深入的分析。

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