基于中国知网数据库的中国深潜技术文献研究

杨 薇，栾维新，曹月朦

（大连海事大学航运经济与管理学院，辽宁大连 116026）

1 研究背景

深海是21 世纪国际海洋战略博弈和大国角力的四大战略空间1）之一，深潜技术作为海洋开发、保护和海洋技术发展的至关重要一环，为国家经济可持续发展、保障国家安全提供了坚实保障。深海潜水器是深潜技术发展的主要载体，包括载人潜水器和无人潜水器两类。在海洋强国目标和“一带一路”倡议的推动下，“十三五”期间中国以“三龙”为代表的深海运载装备系列已初具规模，即以“蛟龙”号为代表的载人潜水器、以“海龙”号系列为代表的无人有揽自治潜水器和以“潜龙”号系列为代表的无人无揽自治潜水器，在深海装备领域取得了一批具有国际影响的重大成果［1］，为中国深海高科技的发展作出了历史性的贡献。

对一个科技研究领域的历史和知识进行梳理，对于奠定该领域基础和促进其发展是一项很重要的工作。国内学者对深潜技术研究起步于20 世纪70年代，近10年来相关文献数量增长迅猛。以往对深潜技术的研究多聚焦在微观技术层面或科普等方面，对深潜技术发展历史宏观计量的分析研究寥寥，目前尚未发现从技术分类角度对深潜技术进行计量研究。韩国元等［2］对2005—2014年包括深潜技术在内的中国深海技术发展历程进行了研究，是针对深海技术少见的量化探索，但其研究重点不在于深潜技术。

鉴于此，本研究运用文献计量、支持向量机（support vector machine，SVM）聚类分析以及网络可视化分析方法，对中国深潜器技术研究近40年（1980—2018年)的学术成果进行较为全面的梳理与统计分析，以期厘清中国深潜技术的发展脉络和研究现状，追踪研究热点，探寻制约中国深潜器技术发展的主要瓶颈，为推动中国深海高科技健康发展提供有益借鉴。

2 数据处理与研究方法

2.1 数据来源及处理

研究数据来源于中国知网（CNKI）数据库的中文文献。CNKI 数据库以《中国学术期刊(光盘版)》全文数据库为核心，收录资源包括期刊、博硕士论文、会议论文、报纸等学术与专业资料，覆盖广泛学科范围，其收录的文献能够反映科技前沿的发展动态。深潜技术分为直接技术和间接技术，本研究选择属于间接技术的深潜器为研究主题。在CNKI 数据库中，以“深潜技术”“深潜器”“载人深潜器”“水下机器人”“ROV”“HOV”“AUV”“UUV”等为关键词，在文献分类目录里以基础科学、工程科技为主进行检索，文献类型以期刊论文为主，检索时段为1980—2018年的相关技术文献，共搜索得到文献1 326 篇，经过去重及排除应用类、综述类以及不相关主题论文，获得有效文献记录811 篇（以下简称“样本文献”）。

为便于辨析机构性质及准确分析协同创新效应，对研究机构的处理方法如下：（1）采取一级机构名称与归类，例如大学的相关学院均以大学为一级机构；中国船舶重工集团公司702 所的别称为“中国船舶科学研究中心”，连同中国船舶重工集团公司（以下简称“中船重工集团”）其他分所（701、704、712、714、725）一并归类至中船重工集团一级机构之内。（2）各相关军队机构均归类为军队系统。（3）机构名称有所变更的均以最新机构名称为准进行合并统计，如原哈尔滨船舶工程学院于1994年更名为“哈尔滨工程大学”等。

2.2 研究方法

2.2.1 运用SVM 算法的聚类分析

对专利文本的聚类分析是近年来较为成熟的分类分析方法之一，为本研究提供了有益借鉴。深海潜水器技术是多学科多种技术的综合集成，这一领域内的文献分属于不同的技术模块，对相关文献分门别类，有助于分析深潜技术的研究结构特征、追踪研究热点及发现研究薄弱环节。SVM 算法为实现这一目的提供了技术支持。SVM 算法又称为支持向量机，是一种二分类模型的计算机软件，对其中的部分程序语言修改之后可用作多类别问题的分类。本研究采取建立技术分类体系和关键技术主题，从文献数据中识别和筛选属于各技术类别与技术主题的高频关键词，制定基于关键词与所属技术类别相匹配的文献检索策略，利用SVM 算法将样本文献归类至相应的技术类别中，以获取各技术类别的分类数据。

在建立技术分类体系的过程中，主要参考了美国国防部制定的《2007—2032年无人系统路线图》所列潜水器关键技术［3］，以及国内学者关于潜水器（载人潜水器和无人潜水器）技术的研究文献［4-7］，并进行了两轮专家访谈和高频关键词筛选，将深潜器的技术系统划分为八大类11 个子系统，即结构系统、材料系统、动力系统、导航与通信系统、控制系统、探测与作业系统、潜浮与应急抛载系统、生命支持系统（仅适用载人深潜器），包含65 个关键技术主题、84 个关键词（见表1）。

表1 深潜器技术分类体系、关键技术主题及关键词检索策略

表1 （续）

2.2.2 网络可视化分析

从样本文献中提取文献来源主体（发文机构和作者），运用Bibexcel 软件对机构和作者之间的合作进行频次统计和共现矩阵计算，然后利用Pajek 软件对共现矩阵进行知识图谱的可视化绘制，得到发文机构和作者的合作网络图。利用社会网络分析工具UCINET 进行分类技术不同年度热点变化、不同性质机构独立与合作发文等可视化分析。

3 深潜技术计量研究

3.1 总体研究趋势

1980—2018年，中国深潜器技术领域共发表论文811 篇，其间除1993年为发文数量空白点外，其他年份均保有一定的增量，深潜器技术研究总体上得到持续关注，且阶段性研究特点显著，可将其划分为萌芽期、储备期和快速成长期3 个阶段，如图1 所示。

图1 中国深潜技术研究总体趋势

第一阶段为萌芽期（1980—1999年），文献量仅为68 篇，占样本文献总量的8.4%，年均发文3.4篇。这一时期，中国深潜技术研究的逐步兴起主要受国际深海资源勘探开发外部环境的影响，无人潜航器在海洋石油开采领域大显身手，海底区域“跑马圈地”运动已初步展开。1990年，中国获准在联合国登记为国际海底先驱投资者，获得了太平洋海域15 万km2的多金属结核开辟区（分布于水深4 000 m～6 000m 的区域）［7］，引发了国内发展大深度潜水器的现实需求。

第二阶段为储备期（2000—2009年），共有文献131 篇，占样本文献总量的16.2%，较前期呈现大幅增长，年均发文13.1 篇。这一时期，中国深潜技术研究步伐较前期有所加快主要得益于国内两个标志性事件的推动：一是2002年大深度载人潜水器（“蛟龙”号）作为国家“十五”期间“863 计划”重大专项正式立项；二是2006年《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将发展海洋技术确定为5 个战略重点任务之一，明确了海洋科技的着力点和主攻方向，相应的，研究海洋技术的机构参与数量和跨机构合作研究的频次逐渐增多，部分核心技术取得了突破性进展，如深潜器专用锌银蓄电池研制成功，中国掌握了大深度载人深潜器总体设计和集成技术等［5］，为“蛟龙”号深潜器的研制累积了必要的技术储备。

第三阶段为快速成长期（2010—2018年），文献量高达612 篇，占样本文献总量的75.4%，较前期呈现爆发性增长，且保持在高位上下震荡，年均发文68 篇。这一时期，中国深潜技术文献较前期大幅增长源于国内外多种因素的推动：国内方面，2012年党的十八大首次提出建设海洋强国目标，同年“蛟龙”号载人深潜器成功下潜7 062m 取得了关键技术的突破；2016年习近平总书记明确提出“深海进入、深海探测、深海开发”三部曲发展战略，进一步指明了深海技术的发展方向。国际方面，2010年以来世界各国抢占国际海底资源的态势明显加剧，从2000年开始的10年间，国际海底管理局仅收到和核准了8 份海底矿区申请，而2011年至2014年的4年间，已经有26 份海底矿区申请获得批准；与此同时，深海空间资源的国际军事博弈引发了军用自主潜航器密集开发的热潮。在此背景下，国内有关深海资源勘探开发（油气、矿产等）技术研究成果迅速增多，关于军用深潜器技术的无人潜航器（UUV）研究文献大量涌现（占同期文献量32%），中国深潜技术研究进入快速发展的“黄金时期”。

3.2 研究热点分析

3.2.1 分类技术热点由表1 可见，利用SVM 算法对样本文献所属技术类别归类统计显示，研究热点主要集中在导航与通信（199 篇）和结构（195 篇）系统技术方面，在这两个系统技术方面的研究较为广泛和深入，文献量分别占样本文献总量的24.5%和24.1%；对控制（142 篇）、作业与探测（101 篇）、动力（89篇）和潜浮与应急抛载（66 篇）系统技术进行了一定的研究，文献量分别占样本文献总量的17.5%、12.5%、10.9%和8.1%；相较而言，材料（15 篇）、生命支持（4 篇）系统技术方面文献较少，文献量分别仅占样本文献总量的1.9%和0.5%。反映出中国深潜技术研究较为重视导航与通信、结构系统等技术的研究，而对材料、生命支持系统等技术缺乏应有的关注，技术研究结构的均衡性不足。

3.2.2 分类技术热点变化

对样本文献中各分类技术文献的年度分布进行可视化分析，如图2 所示，其中圆圈内数值代表对应年份的技术系统文献数量，如1980年结构系统技术领域有文献2 篇，动力系统与控制系统技术领域各有文献1 篇。从图2 可以看出，结构、控制和动力系统技术是持续的研究热点；导航与通信、潜浮与应急抛载、作业与探测系统技术方面的文献在近10年左右增量显著；材料系统技术一直处于间歇性研究低位；生命支持系统技术直至2010年才出现相关文献［8］，距结构系统技术较早刊出的文献［9］两者时间跨度长达30年。反映出中国深潜技术在不同时期研究的侧重点有所不同，具有部分技术系统关注度高、低差异性明显等特点。

图2 深潜技术分类的样本文献年度分布

3.3 主要研究力量

3.3.1 主要研究机构及合作情况

（1）主要研究机构概况。根据样本文献可知，1980—2018年间中国从事深潜技术研究的机构约有201 家，按性质可以分为企业、高校、研究所和军队系统4 类，发文量排名前10 位的机构如表2 所示。其中：军队系统的文献量占34.8%，成为中国深潜技术研究的主要力量，反映出满足军事需求是中国深潜技术研究的重要目标导向和驱动引擎；高校发挥着重要作用，如哈尔滨工程大学、上海交通大学（中国深潜器研究“摇篮”）是中国深潜技术研究的传统高校，西北工业大学为新晋之秀，发文排名第7位的中国科学院也是不可或缺的中坚力量。

表2 1980—2018年中国深潜技术研究发文量前10 位机构

（2）主要机构合作情况。通过Pajek 软件对样本文献的发文机构进行分析，得到深潜技术研究机构合作网络，如图3 所示，其中圆圈越大表示机构合作的次数越多。图3 反映出哈尔滨工程大学、中船重工集团、西北工业大学等处于网络的核心位置，有较多的链接关系；中船重工集团、西北工业大学、军队系统、海军工程大学、哈尔滨工程大学、中国石油总公司、上海交通大学以及中国船舶科学研究中心的联系较为紧密，说明这些机构之间的合作程度较高，具有明显的影响力优势，其他机构的合作程度逊之；此外还显示出同系统（如海军工程大学与海军兵种指挥学院，军队系统）和同区域（如中国船舶科学研究中心与上海交通大学、上海海洋大学）开展合作研究居多，显示出中国深潜技术研究的系统性和区域集聚性特点。

图3 1980—2018年样本文献的发文机构合作网络

（3）不同性质机构的合作情况。对样本文献中不同性质机构独立与合作发文情况进行可视化分析，如图4 所示，其中圆圈内的数字表示某种性质的机构在对应技术系统的文献数量。从图4 可见，排名前4 位的合作形式分别是“企业-高校”“高校-高校”“研究所-高校”和“军队-高校”，其文献量分别占合作发文总量（213 篇）的38.5%、18.3%、15.9%和12.2%，表明高校是深潜技术领域合作研究的主力，企业、研究院所和军队系统是合作研究的重要参与者。其中，哈尔滨工程大学、上海交通大学和西北工业大学这3 所高校分别于2012年、2013年、2016年先后成立了3 个产学研一体化的协同创新中心之后，创新能力大为提升，承担了国内深潜器研制“863 计划”、“973 计划”、国家重大科技专项的大部分任务。

图4 1980—2018年样本文献的发文机构研究合作类型分布

值得关注的是，图4 显示圆圈较大的部分是四大创新主体，即高校、企业、研究所、军队系统的独立研究发文量，占比依次为46.4%、16.6%、6.6%、4.2%，合计高达73.8%；而合作研究发文量仅占样本文献总量的26.2%，其中产学研(或产学研用)结合的发文占比仅为14.1%（含三大高校协同创新中心成果和军队系统与“企业+高校+研究所”的协作成果等），反映出产学研合作严重不足，合作研究尚未形成规模效应。另外，对八大技术系统的机构合作研究频次的统计显示，合作频次较多的依次是结构（24.4%）、导航与通信（22.9%）、作业和探测（17.1%）、控制（15.1%）和动力（12.2%）系统技术，合作频次较少的是潜浮与应急抛载（6.8%）和材料（1.5%）系统技术，而生命支持系统技术尚未开展机构间的合作研究，表明八大类技术系统受机构开展合作研究的关注程度不同。

3.3.2 重点研究作者及合作情况

样本文献的作者约有1 646 位，发文量排名前10 位的作者排序如表3 所示，主要来自高校，以哈尔滨工程大学居多，少数来自企业（中船重工集团），他们是中国深潜技术研究的核心人才。

表3 1980—2018年中国深潜技术发文量前10 位作者

通过Pajek 软件对样本文献中发文数量大于5篇的作者进行合作网络分析，得到中国深潜技术研究作者合作网络，如图5 所示，其中圆圈越大表示合作的次数越多，主要有严浙平、宋保维、边信黔、崔伟成、赵玉飞、周佳加、葛彤等作者。经过近40年的历练，中国深潜技术领域逐渐形成了一批具备科研实力的研发团队，其中合作发文较多的有东部地区中船重工集团的徐芑南、崔伟成团队和上海交通大学朱继懋（“中国深潜器之父”）、葛彤团队，中部地区哈尔滨工程大学的严浙平、边信黔、徐玉如（“中国智能水下机器人之父”）团队，西部地区西北工业大学的宋保维团队等，形成了深潜技术领域较为稳定的研究者合作网络。

图5 1980—2018年中国深潜技术研究者合作网络

4 研究结论

（1）1980—2018年中国深潜技术研究总体上受到持续关注，相关文献数量的阶段性特征较为显著，2000年以前长期低位徘徊，2000—2009年稳步增长，2010年以来呈现爆发性增长态势，这与影响深潜技术发展的国内外多种因素密切相关。

（2）中国深潜技术研究热点主要集中在导航与通信、结构系统技术方面，材料和生命支持系统等技术领域文献较少。从分类技术的年度变化来看，结构、控制和动力系统技术是持续的研究热点；导航与通信、潜浮与应急抛载、作业与探测系统等技术领域的文献在近10年增量显著；而生命支持系统技术研究时间较短、文献量较少，材料技术研究一直处于间歇性低位，有资料显示，我国深潜用固体浮力材料、高性能空心玻璃微珠材料主要依靠进口，耐腐蚀合金材料性能较低，材料技术的发展水平已成为制约中国海洋高端装备研发的主要瓶颈之一［10］。

（3）哈尔滨工程大学、中船重工集团、西北工业大学和上海交通大学等为中国深潜技术主要研究机构，处于合作网络的核心位置，具有明显的影响力优势；机构间的合作呈现较强的区域集聚性和系统内部合作居多的特点，主要的合作形式是“企业-高校”“高校-高校”“研究所-高校”和“军队-高校”4 类，合作频次较多的领域分别是结构、导航与通信、作业和探测、控制和动力系统技术。

（4）近40年间国内深潜技术研究逐渐形成了一批具备实力的研发团队，其中包括独立研究和合作研究发文量均较多的哈尔滨工程大学严浙平、徐玉如、边信黔团队，西北工业大学宋保维团队，中国船舶科研中心徐芑南、崔伟成团队和上海交通大学朱继懋、葛彤团队等，形成了中国深潜技术研究较为稳定的研究者网络及合作网络。

（5）2010年以来中国在深潜技术领域发展势头迅猛，但研究结构的均衡性欠缺，对制约中国深潜技术发展的动力、材料、生命支持等系统技术研究不足，且合作研究未形成规模效应，合作研究发文量只占发文总量的26.2%，其中产学研结合的发文量占比仅为14.1%。未来应加强领域内材料、生命支持等系统技术方向的研究，借助机构间强强联合的专业合作，提高中国深潜技术的自主创新能力和国际竞争力。

注释：

1）四大战略空间指深空、深海、深地、深蓝，是中国《“十三五”国家科技创新规划》中面向2030年的深度科技布局。深空，即建立太空空间站、发展火星探测技术；深海，即建立深海空间站、进行深海科技探索；深地，主要包括发展地球深部的资源勘探开发技术；深蓝，即发展网络空间、信息技术、人工智能技术等。