基于CiteSpace知识图谱分析的室内空气污染物体系研究

2020-07-15冯力强牛昌林张孝斌吴星蓉

甘肃科技 2020年3期

冯力强，牛昌林，张孝斌，吴星蓉，张雷

（1.甘肃省建设投资（控股）集团总公司，甘肃兰州730050；2.甘肃建投科技研发有限公司，甘肃兰州 730050）

1 概述

我国基于建筑室内空气污染问题的研究起步较晚，大约开始于20世纪70年代末。但是，随着我国科技发展和人民生活质量的提升，新型建筑和装饰材料、日用化学品、家用电器等进入住宅和公共建筑物，使室内环境污染物的来源和种类逐渐增多，造成室内空气污染日益突出。近年来，室内空气污染已成为社会普遍关注的重大问题。可以说，室内空气污染是继煤烟型污染、光化学型污染后的第三代污染问题。

知识图谱概念的提出为研究人员进一步认识室内空气污染研究现状提供了新的角度。在国内，陈悦、刘则渊初次提到知识图谱[1]。知识图谱是以科学知识为对象，显示科学知识的发展进程与结果关系的一种图形。将数学、图形学、信息可视化技术、信息科学等学科的理论方法与计量学引文分析、共现分析等方法结合，并利用可视化图谱形象地展示学科的核心结构、发展历史、前沿领域以及整体知识架构达到多学科融合目的的现代理论[2-3]。知识图谱方法作为一种研究分析工具，能够较好地反映某一研究领域的知识分布和演进情况，为学科研究提供切实、有价值的参考。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文以“室内空气污染”为研究样本选择“主题”，时间跨度为2004-2019年。选择中国知网（CNKI）作为数据采集来源并进行高级检索，共检索到期刊论文2158篇，新建文件夹重命名为Citespace-室内空气污染，里面包含4个子文件夹，分别为 input、output、project和 data。将检索到的 2158 篇相关文献，以Refworks格式导出，存入input中，通过citespace软件进行可视化操作，得到研究所需数据。

2.2 研究方法

选用陈超美教授研发的Citespace软件[4]，采用文献计量学和可视化分析法，对查找的有关文献进行整理，对该领域研究的年发文量、作者群体、科研机构、前沿热点进行科学计量与可视化分析，进而讨论室内空气污染的研究热点和关键词突显特征情况分布。通过可视化分析方法，绘制不同类型的科学知识图谱，并在此基础上对室内空气污染领域的前景进行展望。

3 知识图谱分析结果

相关文献的历年发文量、作者共现、机构共现、研究热点及研究前沿能够较为全面的概括室内空气污染领域的研究热度、研究趋势和研究方向，可以清楚地了解该领域的现状以及该领域中处于研究前端的群体，为室内空气污染知识体系构建打下理论基础[5]。

3.1 历年发文量分析

文献年度出版量能较为直观地反映该领域文献在时间与数量上的动态变化关系，有效衡量研究历史及发展速度，预测发展趋势[6]，图1给出2004-2018年室内空气污染研究的年发文量趋势图。

通过对该领域历年发文量的统计分析，可以看到，近15年来中国知网（CNKI）室内空气污染领域研究的发文量总体保持平稳略有下降，大致可分为3个阶段。

图1 2004-2018年室内空气污染研究的年发文量

第一阶段：2004-2008年，为发展起步阶段。该阶段室内空气污染领域研究文献数量突增突减，表明此阶段室内空气污染领域研究可能处于起步阶段，虽有波动但总体上仍保持增长趋势，有快速发展的态势，为本领域相关研究奠定了较为可靠的基础。

第二阶段：2009-2014年，为平稳过度阶段。该阶段室内空气污染领域研究文献数量逐渐回落，整体趋于平稳略有下降，每年论文发表量相差不大，说明空气污染研究进度及成果出现了瓶颈问题，但不是饱和现象，研究过程趋于稳定过度阶段。

第三阶段：2015-2018年，为螺旋式增长阶段。该阶段室内空气污染领域研究文献数量开始逐渐增长，发文量趋势呈上升态势，表明室内空气污染问题逐渐得到了社会的重视，研究工作出现了新的攻克热点和方向，研究成果与社会公众关注的较好互动局面逐步建立。

3.2 作者群体共现分析

研究成果需要在刊物上发表，故作者发表论文的数量可以作为评价人才的依据之一[7]。在CiteS-pace中选择作者（Author）为分析单元，默认Top N为50，经过运行得到作者群体共现图谱，分析室内空气污染领域的核心作者群及其之间的合作强度和互引关系，如图2所示。

图谱共有386个节点，556条连线，网络密度为0.0075，结点大小能够反映作者出现的频次，结点外围的连线能够反映中心性，由图2可知，陈荣坤和丁浩发表相关文献10余篇，占据了最大节点位置，发文量位居前列，但中心性不强，社会影响力尚有欠缺。刘江、安东、MALPARTIDA等和多位作者形成了高密度关系网，出现了以其为中心的聚类群，是该领域具有一定影响力核心作者。

总体来说，各作者之间有一定的合作交流，但集中度仍较偏低，大多数聚类群由2-3位作者形成，也有不少单一作者仅局限于自身独立研究，与其他相关作者交流合作较少，尚未形成合作氛围，有待进一步加强。

图2 作者群体共现图谱

3.3 科研机构共现分析

科研机构的共现分析能够反映出该领域研究的主要力量及其影响力分布情况，评估该科研机构的发文实力以及对该领域的关注程度[8]。在CiteS-pace中选择机构（Institution）为分析单元，经过运行得到科研机构共现图谱，如图3所示。

图3 科研机构共现图谱

图谱共有259个节点，127条连线，网络密度为0.0038，结点大小能够反映出研究成果数量的多少，以及对室内空气污染领域产生的影响大小，结点间的连线代表各科研机构间的合作程度。由图3可知，主要研究机构包括中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所、青岛理工大学环境与市政工程学院、中国地质大学（北京）材料学院、重庆大学城市建设与环境工程学院、School of Energy Science and Engineering、School of Public Health、Department of Occupational and Environmental Health、De-partment of Epidemiology and Biostatistics等等，各科研机构之间相对分散，研究集中度不高，尚未形成规模体系。

总体来说，各机构之间连线较少，表明各机构之间合作交流偏少，未构建成集合度较高的合作网络。此外，图谱中还出现了单独结点的机构模式，如中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所，没有与其他科研机构合作，可能是由于科研机构之间的竞争或研究成果归属等问题造成的单独机构进行研究。由此可见，各科研机构应加大彼此之间的合作力度，增强联系密切程度，扩大合作深度与广度，进一步提升室内空气污染这一领域的研究成果产出。

3.4 研究热点及关键词词频分析

室内空气污染领域的研究热点能够反映出该领域的研究方向，通过文献关键词高频性分析，从定量和可视化的角度识别该领域的研究热点[9]。在Citespace中设定参数研究节点类型为关键词（Keyword），研究分区在2004-2018年之间，设置Year Per Slice 的值为1，运行软件并绘制图谱。图4、图5分别给出室内空气污染领域关键词Timeline图谱分析及突现强度较强的25个关键词。

图谱共有410个节点，2186条连线，网络密度为0.0261，结点大小能够反映出关键词出现次数的频率，连线多少能够表明关键词之间联系程度的紧密性。

图4 关键词Timeline图谱分析

从图4中可以看到，2004-2006年 “甲醛”、“空气净化”等关键词结点较大，2013年，“室内植物”、“污染现状”等关键词结点较大，说明其在室内空气污染领域中出现次数较多，为当年的研究热点和前沿趋势，并与其余关键词之间的连线紧密，形成了共现关系较强的中心性网络。2010年以后，室内空气污染领域研究前沿逐渐出现 “新风”、“空气负离子”、“电子技术传感器”、“能源消耗”、“健康效应测定”等关键词，说明该领域所关注的内容逐渐丰富，研究热点与发展趋势不断创新。

从图5中可以看到，通过对样本文献进行相关分析，得到突现强度较强的25个关键词，其中“室内环境污染”、“脂肪族醛”、“光触媒”突现强度相对较高，分别为5.9974、5.4508和5.1638。各关键词突现强度值差别不大，说明该领域研究热点较为集中。此外，除去“室内空气污染”关键词，中心性值大于0.1的关键词还有 “甲醛”、“颗粒物”、“总挥发性有机物”，说明这些研究热点在共现网络中的有着关键性地位和作用。

根据不同时期突现的关键词，可以发现近五年来，室内空气污染领域没有形成突现强度较强的关键词，可能是由于学者们对该领域的研究逐渐深入与细化，研究热点相对零散，交叉研究也相对较少，导致近年来该领域研究的前沿趋势不够明显。

图5 突现强度较强的25个关键词

4 结论和建议

运用CiteSpace可视化软件绘制室内空气污染领域的知识图谱，基于中国知网（CNKI）数据库，以2004-2018年中国知网（CNKI）数据库收录的2158篇有关室内空气污染的期刊文献为研究对象，分别对年发文量、作者群体、科研机构、前沿热点等进行科学计量与可视化分析。结合识别建筑室内空气污染领域的有关知识要素，总结了近15年来室内空气污染的研究现状，形成结论，给出建议，以期为相关研究和工程应用提供参考。