我国5G与人工智能融合发展研究态势分析*——基于文献计量与知识图谱

石李妍 叶 绿 唐 川**，

（1.中国科学院成都文献情报中心，成都 610041；2.中国科学院大学经济与管理学院图书情报与档案管理系，北京 100049；3.中讯邮电咨询设计院有限公司，北京 100048）

近年来，第五代移动通信技术（the Fifth Generation Mobile Communication Technology，5G）与人工智能（Artificial Intelligence，AI）快速发展，并在许多场景中相互支撑、相互促进、协同发展，推动着智能驾驶、智能制造等新行业和新经济的兴起，正如国家信息中心联合华为及其他学术机构撰写的《迈向万物智联新世界——5G时代·大数据·智能化》［1］一书中强调5G、大数据及AI的深度交融，将重构基础设施的智能大脑，产生大量智能化应用，从而推动全行业的数字化升级；中国联通和中兴通讯联合发布的《“5G＋人工智能”融合发展与应用白皮书》［2］和中国互联网协会发布的《中国互联网发展报告2020》蓝皮书［3］也明确指出，5G和AI的融合发展将促进整个社会生产方式的改进和生产力的发展；搜狐科技《2021中国5G＆AI年度报告》［4］称5G和AI的融合创新已成必然趋势。

5G与AI的融合发展不仅吸引了政府部门和产业界的眼球，而且引发了国内外学者的注意。学者们重点关注了5G与AI在技术层面的融合与相互促进关系。例如，Arjoune等［5］通过案例研究探讨了AI在5G网络中的应用，包括无线资源分配、网络管理、网络安全等。文华炯［6］则对5G环境下AI的应用优势、5G通信技术与AI的具体融合发展路径以及融合发展趋势进行了探究，指出5G能够促进AI的进一步跃级发展，而AI可以提高5G网络的传输效率。Zhang等［7］综述了基于AI的5G和后5G技术在算法、实现和优化层面上的最新进展，认为AI是最有希望提高5G和后5G系统性能和鲁棒性的解决方案之一，而5G和后5G网络产生的大量数据将推动AI的发展。

在图书情报领域，国内外学者对5G和AI的融合发展关注还较少，国内基本聚焦于图书馆的建设和服务这两方面。董同强等［8］探讨了如何利用5G和AI构建“智能＋”时代的新一代图书馆服务平台。朱学芳等［9］认为5G和AI技术可加快拓展数字信息服务的广度和深度，已在图书馆信息服务方面取得一些成果。任萍萍［10］指出，在5G、AI、云数据等多元技术应用背景下，智慧图书馆将成为虚实融合的智慧共同体，营造泛在智慧的知识空间是其重要核心功能。此外，一些学者分别针对5G或AI发展态势开展了文献计量研究，例如李悦［11］等对全球AI领域的演化关系、发展状况及发展成熟度进行了计量分析，肖翔［12］等对5G相关文献进行高频关键词统计分析、5G技术成熟度分析和5G关键技术分析，发现5G与大数据、云计算、物联网的发展相互渗透、密不可分。

然而，尚未见有学者针对5G与AI融合发展的研究态势开展分析，特别是未见利用情报学方法对相关研究现状、热点和发展趋势开展的分析。鉴于我国5G和AI在近几年取得了迅猛发展，本文聚焦国内情况，从中国知网（CNKI）平台检索相关文献，借助文献计量和知识图谱两种方法分析了相关研究态势，以求为该方向的进一步研究提供参考。

1 数据来源与研究工具

本文从 CNKI平台检索了2015年1月至2020年9月之间发表在中文期刊上的相关文献，共1772篇（检索条件：发表时间between（2015-01-01，2020-09-30）并且（（（主题 ＝中英文扩展（5G）或者题名＝中英文扩展（5G））或者 （主题＝第五代移动通信或者题名＝第五代移动通信））并且（主题＝人工智能 或者 题名＝人工智能））（模糊匹配）；只检索中文期刊。检索结果包括学术论文、专题述评、短篇材料等期刊文献类型）。对这些文献数据的分析分别采用了CNKI的文献计量功能和CiteSpace的知识图谱功能。其中，文献计量法通过运用数学和统计学方法来研究论文的分布结构、数量关系、变化规律和定量管理［13］，有助于分析该方向的研究现状和特点，以及预测未来发展趋势。知识图谱以科学知识及其载体为对象，运用数学、信息科学、计算机等方法与技术，将科学知识发展进程与结构关系绘制成二维图形，有助于对该方向的发展动态及前沿趋势进行分析、判断和预测［14］。CiteSpace是目前常用的一款知识图谱分析软件。通过结合以上两种方法，能客观和形象地揭示国内5G和人工智能融合发展研究的规律、特点、热点与趋势。

2 基于CNKI平台的文献计量分析

基于CNKI平台的文献计量功能，本文从年度发文趋势、主要发文机构和主要研究主题等方面进行了分析与讨论。

2.1 年度发文趋势

在CNKI期刊数据库里共检索到1772篇发表在中文期刊中的相关文献，年度发文趋势见图1。2015年首次出现相关期刊文献，共2篇。其中一篇预测了5G技术在2020年以前推动新的机器人服务与智能化以及一个密集互连的数字社会与经济发展［15］，另一篇概览性地介绍了国际电信设备供应商对5G技术的前瞻布局［16］。2016年16篇相关文献，2017年50篇，2018年106篇，2019年1047篇，2020年前9个月551篇（数据库收录存在一定时滞，真实数据应高于此数据）。从2016年起，相关发文量迅速增长，特别是2019年的发文量几乎达到2018年的十倍，展示出了巨大飞跃。这或许源于2019年我国正式开启5G商业化进程，导致相关研究出现井喷现象。此外，整体分析各年度研究主题情况，见表1，发现5G与AI融合发展研究主题词总数从2015年起逐年增长，二者融合发展研究主题更加多样化，逐渐深入到具体实践中，而且各主题词频次总体呈上升趋势，同一主题下的分支研究也更加丰富。

图1 5G与AI融合发展研究年度发文趋势Fig.1 Annual Publication Trend of Research on The Integration of 5G and AI

表1 各年度研究热点Tab.1 Research Hot-spots in Each Year

2.2 主要发文机构

从发文机构来看，高校、科研院所、网络运营商、网络设备生产商、电视台、新闻报社等不同类型的机构都参与了5G与AI融合发展问题的角度关注和研究，见图2。

图2 5G与AI融合发展研究主要发文机构Fig.2 Major Publication Organizations for Research on The Integration of 5G and AI

中国传媒大学以26篇文献高居首位，通过阅读重要文献，发现凭借其专业优势，超半数研究是在探讨5G和AI融合发展给传媒行业带来的影响及引发的新思考，并就以下观点基本达成一致：技术的发展推动了该领域从传统媒体、新媒体到融媒体的转变［17］，尤其是随着5G、大数据、AI技术的进步，融媒体开始从智能转向智慧化，媒体融合步入“纵深”发展阶段［18］。此外，还有部分研究是关于“5G＋8K＋VR”［19］、“5G＋4K＋VR＋AI”［20］等新形式的落地实践。

中国联通发表了24篇文献，提出“5G、物联网、人工智能等新一代技术相互赋能，正在加速开启万物智联的数字化新时代，为提升运营商竞争力提供机会”［21，22］的观点，进而围绕“5G时代 AI如何为各大运营商赋能”开展研究，在智能网络、智能营销服务、产业互联网［23，24］等领域都有很大的应用潜力。需要特别指出的是，中国联通已经联合腾讯/华为，发布了首个基于5G边缘云的VR全景直播、Cloud游戏，并发布“沃天宇”平台，开展无人机测控业务，由点及面，正在向更多产业渗透［23］。

中国移动发表了21篇文献，针对5G和人工智能融合发展的大背景，面向各行业需求，有针对性地创造出了许多新成果，其中影响最大的是可应用于多种建造场景的“5G＋AICDE智慧制造解决方案”，它为建造业未来发展提供了指导意义［25］。此外，还有车联网体系架构［26］、智能人机对话系统［27］、信息安全管控系统［28］等成果。

2.3 主要研究主题

从研究主题来看，在5G和AI这两个核心主题之外，发文量超过30篇的研究主题有16个，见图3，具体包括物联网、工业互联网、云计算、万物互联、低时延、大数据、媒体融合、区块链、数字经济、应用场景、智慧城市、智慧广电、数字化转型、智能制造、网络安全和短视频。其中，物联网是5G和AI在当前最主要的应用领域之一，因此相关发文量遥遥领先其他研究主题。工业互联网也是非常适合5G和AI发挥技术优势的重要应用场景，相关发文量也大幅领先除物联网之外的其余研究主题。云计算在主要研究主题中排第三，主要是因为5G和AI的应用都依赖于云计算平台强大的计算和存储能力。

图3 5G与AI融合发展研究主要研究主题Fig.3 Main Research Topics of Research on The Integration of 5G and AI

3 基于CiteSpace的知识图谱分析

为进一步挖掘国内5G与AI融合发展的研究态势，本文采用知识图谱工具CiteSpace对1772篇相关文献数据开展了关键词聚类分析、突现词检测分析、机构合作网络分析和作者合作网络分析。

3.1 关键词聚类分析

利用Citespace（5.7.R1版本）进行关键词聚类分析（参数设置：时间区间为2015年至2020年，时间片段为 1年；Term Source选择 Title，Abstract，Author keywords；Term Type选择 None Phrases与 Burst Terms；Node Types选择 Keyword；节点选择每个时间段中前10%的关键词，并且每个时间段不超过100个节点；选择Pathfinder算法），得到关键词聚类图谱，其中模块值（Modularity Q）为 0.7412，平均轮廓值（Mean Silhouette）为0.7424，说明聚类结构显著，聚类结果合理，结果见图4。其中共有14个关键词聚类，可被归纳为3个视角的11个研究方向，见表2。

表2 5G与AI融合发展研究的视角与方向Tab.2 Perspectives and Directions of Research on the Integration of 5G and AI

图4 5G与AI融合发展研究关键词聚类Fig.4 5G and AI Integration Development Research Keyword Clustering

研究视角1：技术研发

本研究视角拥有“＃4 5g技术”“＃6人工智能技术”“＃9大数据”“＃11物联网”4个关键词聚类，聚焦于技术层面，如5G通信技术、人机协同、智能控制器、网络切片、云计算、传感器技术、智能技术和蜂窝物联网等。

通过追溯图4的相关节点，发现“5G、大数据、人工智能、物联网、云计算”多次共现，且连线较粗，可知5G与AI融合发展必然离不开这些关键基础技术间的相互支撑，由于5G技术的低时延和高效率等特点加快了大数据传输速度，从而扩展了物联网、AI、云计算等智能技术的未来发展空间［29］，在具体运用与服务创新方面尤为明显。反之这些新技术也推动了5G技术的突破，包括5G技术的网络架构、基站分布、网络切片、频谱选择等，面向5G网络的蜂窝物联网架构［30］、基于强化学习算法的切片资源管理方案［31］、智能化5G网络框架［32］及异构无线网络智能接入控制技术［33］都是技术层面极其重要的产出。虽然5G技术与AI、物联网等技术的融合应用还处于起步阶段，但从研究中可以看出学者对它们的融合发展前景充满信心。

研究视角2：应用推广

本研究视角拥有8个关键词聚类，是5G与AI融合发展最主要的方向，聚焦于5G与AI在多个方面的应用，如工业互联网、智慧广电、智能媒体、互联网安全、智慧治理、智能手机、智慧图书馆等。

5G通信技术与AI技术融合发展既是5G通信技术加速商业应用的重要推动力，也是AI技术创设应用场景的有益探索［34］，二者有机结合将为整个社会生产方式的改进和生产力的提升带来前所未有的飞跃。通过观察图4中各子关键词的相互关联，发现“5G、AI、工业互联网”三者间连线较粗，关系密切。起初由于5G投资巨大，工业互联网因此成为了5G最主要的获益场景，能够有较高的回报率，于是产业界纷纷开始将物联网、边缘云、AI等新兴技术与5G融合［35］，嵌入工艺生产过程，提高生产效率，推动整个产业体系转型升级。相关研究的角度基于工业生产前期数据采集、中期优化流程、后期自动预测三个环节，探索了5G与AI技术融合在工业生产中的新成果，例如深度学习和强化边缘感知的融合协作推动快速准确的基础数据采集，远程辅助控制帮助实现生产全流程的管理［36］等。

5G与AI融合发展的主要应用场景是工业互联网，除此之外，在图4中发现“5G、AI、（各种）智能产品”连线分布最广，反映了不同主体已经开始从以工业互联网为主的各种垂直产业应用中获利［37］。无论是将AI融入5G环境中，还是5G助力开发各种类型的智能产品，二者融合已经在各行业形成了广泛的应用，突出的有：5G网络环境下的智慧医疗生态系开启智慧医疗发展新时代［38］；“5G＋智慧城市”［39］推动城市的高质量发展，更方便地进行城市管理；“5G＋智能停车”［37］可以优化城市车位资源的分配，提高停车场使用效率；“5G＋旅游”［40］能够创造沉浸式场景，为游客提供各景点虚拟服务，满足现代人们的精神需求等。

其中，广播电视行业和新媒体融合单独成类，说明这是学者较热门的研究方向，本文也需对这两个领域多加关注。部分研究针对5G与AI助力广播电视行业新变革而展开，此外还聚焦于5G、AI与高清手段结合的实践与思考。他们认为5G、4K及AI为推进“智慧广电”建设提供技术支持，基于这些新技术的应用逐渐在广电行业兴起，比如两会、春节联欢晚会使用“5G＋8K＋卫星”［40］等新手段都是很大的突破。

另一部分研究围绕5G与AI推动新媒体融合创新展开，占比最大的是5G与AI融合基础上的新媒体形式与内容创新。短视频是近几年的热门新媒体形式之一，它的未来发展趋势及策略引发了学界热议。他们普遍认为5G与虚拟现实技术、AI技术、物联网技术的结合构成了较为坚固的网络基础设施，可极大增强短视频的用户体验［41-43］，“5G＋AI＋短视频”的运营模式取得了很好的传播成效，用户可以详细了解视频的内容、背景、传播对象等，并与其他网民进行互动分享［44］。

研究视角3：重大事件

本研究视角拥有“＃8工博会”和“＃13政府工作报告”2个聚类，说明“5G与AI的互补互促”已落实到国家政策层面。2017年政府工作报告中首次写进了“5G”“AI”等新词，表明政府已将这些技术的研发和转化作为近年重点工作任务，以国家层面指导战略性新兴产业发展规划，推动未来产业发展，让人们更加关注和期待5G与AI融合的光明前景［45］。

此外，以“智能、互联——赋能产业新发展”为主题的2019工博会现场，展示了西门子、三菱电机等企业在新技术驱动下研发的新产品，清晰展现未来工业蓝图，“AI＋工业、5G＋制造、数字化工厂、协作机器人”等话题被推上“风口”，各大企业逐渐意识到AI与5G的相互关联在工业领域将扮演关键角色，有望突破数字化转型发展遇到的瓶颈［46］。

3.2 突现词检测分析

利用CiteSpace对相关文献进行突现词检测分析，共得到15个突现词，见图5。总体来看，诸多突现词快速涌现，表明5G与AI融合发展研究在2015—2020年间正在快速发展变化，又大致呈现出三个阶段：

图5 5G与AI融合发展研究突现词Fig.5 Emerging Words of Research on The Integration of 5G and AI

1）起步阶段（2015—2016年）。5G与 AI的受关注度快速上升，相关概念的兴起引发了研究者的关注。2015年“IMT-2020（5G）”峰会上，张峰指出5G的应用场景逐渐拓展到AI领域，孕育着极大的发展空间［47］。韩洁等分析“十三五”规划纲要时关注到5G和超宽带关键技术与智能家居、智能城市等相结合的趋势［48］。

2）快速演变阶段（2017—2018年）。2017年和2018年分别涌现了11个突现词，且其中9个突现词的延续时间为一年的，显示出这两年5G和AI领域出现了许多新发展和新变化，并在一些重大事件中成为业界关注的焦点。例如，在2017“世界移动通信大会”上5G智能手机成为焦点，使得众多手机制造商和研究机构将目光放在手机搭载5G、AI等技术上，因此“智能手机”和“爱立信”在2017年成为了关注度增长最快的两个研究对象。2018年，第六届世界互联网大会以“智能互联开放合作——携手共建网络空间命运共同体”为主题顺利举办［49］，邀请阿里、百度等领军企业的首席执行官共同探讨5G、AI、物联网等新业态的发展方向，“互联网大会”及“首席执行官”的话题由此得到了研究者的极大关注。

3）深化应用阶段（2019—2020年）。出现了“制造业”和“高清视频”这两个突现词，表明制造业和高清视频行业对5G与AI的关注度在快速上升，反映出5G与AI的融合正朝着更加实际和更加具体的应用方向深入发展。例如，詹晓龙提出了“5G＋AI＋安防”的全新组合，将5G和AI技术引入高清视频监控行业，充分利用视频资源，快速提取重要信息［50］。2020年我国“十四五”规划纲要提到要加快5G建设，同时推动AI同各产业深度融合［51］，而制造业是5G和AI发挥各自特长、发挥融合效应的重要应用场景之一。

3.3 机构合作网络分析

利用CiteSpace对相关文献数据进行机构合作网络分析（参数设置：Node Types选择Institution；节点选择每个时间段中前50%的机构，并且每个时间段不超过150个节点；选择Pathfinder算法），得到该领域的机构合作网络图谱，见图6。

图6呈现了发文量≥3篇的机构的合作网络，共256个节点，80条连线，网络密度0.0025。可以发现该领域研究机构类型多样，主要包括科研院所、高校和企业，还有少量学会。其中大部分研究机构均未与其他机构建立合作关系，包括发文较多的中国工程院、中国传媒大学、中国联通网络技术研究院、北京邮电大学等。

图6 5G与AI融合发展机构合作网络图谱Fig.6 5G and AI Integration Development Agency Cooperation Network Map

在3个显著的机构合作网络中，以中国社会科学院新闻与传播研究所为核心的合作群规模最大，但主要是中国社会科学院内部研究单元之间的合作，研究重点倾向于5G、云计算、AI等新型技术在传媒领域的运用与新兴媒体融合的创新发展路径［52，53］。

清华大学能源与动力工程系、国电内蒙古东胜热电有限公司、国电电力发展股份有限公司和中国石油大学（北京）机械与储运工程学院形成了第二大规模的合作网络，也是唯一包括了高校和企业的合作网络，其研究重点是通过构建5G网络、ICS智能发电操作系统、机器人和边缘计算芯片等融为一体的基建项目，促进智慧电厂的升级改造，降低生产成本，提高生产效率［54］。

中国电子学会、中国通信学会和中国国家无线电频率规划专家咨询委员会这三家学会机构构成了第三大合作网络，重点研究5G的关键技术路线及走向，并结合互联网思维提出一些务实发展战略，如 FN/SDN/NFV/ICN网络发展、深度智能化及智慧化应用、智慧城市等［55］。

总体而言，国内科研院所、高校、企业、学会等研究机构对5G和AI融合发展的研究还非常分散，跨各类机构的合作研究还非常稀少，有待加强交流合作。

3.4 作者合作网络分析

利用CiteSpace对相关文献数据进行作者合作网络分析（参数设置：Node Types选择Author；节点选择每个时间段中前50%的作者，并且每个时间段不超过100个节点；选择Pathfinder算法），得到作者合作网络图谱，共290个节点，172条连线，网络密度0.0041，见图7。

由图7可知，该研究领域出现了较多的作者合作网络，合作人员超过3人的有19个。发文量平均达6篇的赵俊杰、冯树臣、刘志宏等8人形成了规模最大的合作网络，其研究重点为能源领域，例如在“新基建”背景下提出建设燃煤智慧电厂，融入5G电力网络切片、电力物联网等技术，以解决电厂建设中遇到的问题，并不断完善多个环节，实现高效的生产与安全管控［56-59］。吴东、张国强、林峰等7人形成的作者团体规模次之，主要关注方向为医学骨科领域，例如探讨利用5G通信技术远程指导机器人辅助全髋关节置换术的案例，启发并推动远程手术智能化［60-62］。此外，还形成了2个5人、4个4人和11个3人的小规模合作网络。整体而言，围绕5G和AI融合发展相关问题，国内科研人员已形成较多中小规模的合作网络，但还缺乏大规模合作。

图7 5G与AI融合发展作者合作网络图谱Fig.7 5G and AI Integration Development Author Cooperation Network Map

4 结语

本文对2015—2020年间国内中文学术期刊上发表的5G与AI融合发展的文献进行了文献计量和知识图谱分析，分析了发文趋势、发文机构、研究主题、研究聚类、合作网络等态势。

在基于文献计量的分析中，发现：1）国内相关发文量一直保持增长趋势，2019年更是出现了飞跃式增长，相关研究主题也愈发深入和多样化，表明相关研究活动愈发活跃，研究内容也越来越专业和细化。2）高校、科研院所、网络运营商、网络设备生产商、电视台、新闻报社等多种类型的机构都参与了相关研究，表明关于5G和AI融合发展的研究已超越技术研发范畴，延展至社会学、传媒、商业等领域。3）“物联网”是5G与AI融合发展最主要的研究主题，相关发文量遥遥领先其他研究主题。“工业互联网”次之，相关发文量虽大幅落后“物联网”，却明显领先其余主题。

在基于知识图谱的分析中，发现：1）基于CiteSpace关键词聚类，相关文献可归为技术、应用和重大事件三个视角下的11个研究方向，其中“智慧广电”“短视频”等应用类研究方向最多，表明5G和AI融合发展研究的核心目标是应用。此外，“政府工作报告”“工博会”等重大事件对5G和AI的融合发展研究有很强的助推效果。2）基于CiteSpace突现词检测，5G与AI融合发展研究在2015—2020年间先后呈现出“起步”、“快速演变”和“深化应用”这三个发展阶段。3）从发文机构合作网络来看，大部分研究机构均未与其他机构建立合作关系，且只有一个合作网络体现了跨高校与企业的合作。4）从作者合作网络来看，国内科研人员已形成较多中小规模的合作网络，但还缺乏大规模合作。

基于上述分析，针对我国5G和AI未来的融合发展提出如下三点建议：1）国家应出台并完善更多5G和AI的融合发展的有关政策，在宏观谋划上下功夫，刺激5G和AI的融合发展取得新突破；2）未来二者的融合仍要坚持技术和应用并重，除底层技术研发外，还要带动其在商业、传媒、交通等多个行业的发展；3）促进5G和AI融合发展领域的产学研一体化，加强各科研人员间的广泛合作，推动其有所创新。

致谢 本文在研究过程中得到了中讯邮电咨询设计院有限公司辛荣寰教授级高级工程师的宝贵意见，在此特致谢意！