基于科学知识图谱的消防真火训练研究可视化分析

梁梦杰 李驰原 周谢宇 王澄

（中国人民警察大学，河北 廊坊 065000）

0 引言

真火训练是提高消防救援人员实战能力与救援效率的重要途径，目前我国针对消防真火训练的研究较少，且尚无官方颁布的设计标准、行业规范与应用说明[1]。因此，为推动我国消防救援真火训练领域发展，笔者基于国外大量相关研究成果，对这些成果进行文献数据挖掘，从而明确该领域的研究热点以及外来发展趋势，拟在文献计量分析的基础上，应用科学知识图谱对消防真火训练及其相关领域从产出分布、合作关系、主题聚类等多维度进行分析研究[2]，以期为我国消防真火训练研究发展提供科学依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源

文中数据来自Web of Science核心合集中的7个引文索引数据库，通过以上数据来源，可以得到高质量的检索结果，保证检索覆盖的全面性，和检索文献的权威性。从Web of Science核心合集中以“Live Fire Training”为主题，时间跨度设置为“所有年份”，即1990年1月—2021年10月，这可以最大限度地获取最为全面的文献数据。在Web of Science核心合集中共检索出457篇文献，Web of Science中的每一篇文献都包含一套信息，包括来源期刊、出版年份、标题、摘要、关键词、作者及其所属国家、学科类别、参考文献等，导出文献数据时选择纯文本格式，以便于导入VOSviewer知识图谱可视化分析软件中。

1.2 数据处理方法

文献计量分析是对已发表论文进行回顾和描述的一种定量方法，有助于研究者对某一重点领域的学术研究进行评价，文献计量学分析从定量和客观的角度对数字数据库中获得的数据进行分析，因此它能够引入一个系统的、透明的、可重复的分析过程，从而提高分析的可靠性和质量。VOSviewer是荷兰莱顿大学Van Eck与Waltman研发的一个构建可视化计量网络的软件工具[3]，是当前一款主流的文献计量软件。对于每个研究主题，该软件都可以得到一个二维图谱，其中两个连线之间的距离反映了研究对象的相似性或相关性[4]。当前，国内外很多专家学者都借助VOSviewer等科技文献挖掘软件，在各个研究领域中取得了众多研究成果。

2 研究结果及分析

2.1 文献增长时间分布

笔者在Web of Science核心合集中共获得457份文献，对应年份的分布结果如图1所示。Web of Science核心合集记录的第一篇文章始于1985年，由Reardon J[5]初步系统地提出消防真火训练的概念和要求；1986—1990年有关消防真火训练的研究处于停滞的状态；1991—2005年的文献产出是呈现出一种波动增长的情况，但是年论文发表的数量仍然是一个较少的区间；2006—2021年论文呈现一种快速增长模式，但在某些年份仍存在振荡，这个阶段有关消防真火训练已经开始出现较多高质量论文，例如Willi等[6]与Kirk等[7]详细描述了消防员在真火训练期间的典型热暴露情况，并对消防员开展真火训练所面临的风险进行定量研究，从安全角度出发对于消防员开展真火训练所需的必要保护、遵守协议和相关训练标准提出重要见解。 2006年之后，文献年发表量出现指数级增长，这在一定程度上意味着研究人员的数量不断增加，时代的进步打开了新的兴趣领域。截至2021年底，论文发表数量在2020年达到顶峰，为50篇，但这可能不是指数增长的终点。事实上在消防真火训练知识体系得到巩固后，发表的文章数量应该会减少，这反映了该领域的成熟和饱和。显然，到目前为止，还不能草率地得出这个结论，从图1的总体趋势来看，未来几年，消防真火训练研究可能仍将蓬勃发展。

2.2 合作关系分析

2.2.1热点地区分析

根据检索结果，所有消防真火训练论文来自世界65个国家或地区，表2列出全球发文量排名前12的国家或地区，其余国家的发表论文数量不足12篇，文中不再进行详细分析。美国是真火训练研究成果最多的国家，共发表215篇论文，占比47.05%。中国排名第四，发表论文36篇，占比7.88%，比第一名美国低近40%。值得注意的是表1中排名前五的国家除美国外，其他国家的论文发表数量相差不大，但是都与美国有着较大差距，美国对于消防真火训练领域的研究较为深入。

表1 消防真火训练领域发表量排名前12位的国家或地区

通过VOSviewer绘制出的不同国家或地区之间合作的知识图谱如图2所示，在该知识图谱的网络中，每个合作者都有一个节点，节点的大小和颜色分别表示该节点的出版数量和所属的集群，连线的宽度代表合作的强度[8]。

在分析中只涉及最大的子网络，从图2可以看出两个主要的集群：一个集群聚集在美国，另一个集群聚集在中国和澳大利亚。作为网络中最突出的一个节点，美国在真火训练研究方面表现出了很强的合作关系，占据主导地位。通过网络连线的宽度可以看出美国与英国和加拿大在真火训练相关领域的合作密切，例 如，Wilkinson Andrea F与Matias Alexs A 和Smith Denise L[9]在消防员真火训练中针对自给式呼吸器信心课程 (SCBACC) 展开合作研究。Konsin Lawrence和Nixdorff Stuart[10]在消防员训练时使用热像仪 (TIC) 的方法和相关标准制定上开展研究。

2.2.2合作团队分析

Web of Science核心合集共收录论文457篇，作者共1 895人，论文5篇以上的作者12人，如表2所示。为了更加清楚准确的研究各个作者的研究情况，笔者对论文高产作者的发文量以及篇均被引频次进行统计，这两个都是体现多产作者的研究能力的关键性参数，他们针对自己的研究提供了不同的视角，并表明他们可能在研究过程中进行了合作。

表2 消防真火训练领域高产作者

通过VOSviewer对消防真火训练领域作者的合作网络进行拟合，不同贡献者的合作作者网络图谱如图3所示，通过知识图谱展示可以更加清楚地了解该领域高产作者的合作关系。每个圆圈代表一个作者，圆圈的大小代表该作者发表论文数量的多少，节点间弧线宽度代表作者合作关系的强度。

从图4中可以看出，作者间的合作关系呈现出明显的两个聚类分布，其中以Walsh Michael R和Walsh Marianne E[11]为中心共同构成了一个大的合作聚类，另一个是以Thiboutot Sonia和Ampleman Guy[12]为中心共同构成了另一个大的合作聚类。从图3中也可清楚的反映合作团体或合作机构，例如Horn Gavin P和Blevins Sue[13]共同属于美国伊利诺伊大学消防学院，Kirk Katherine M与Logan Michael B[14]均来自澳大利亚昆士兰州布里斯班昆士兰消防和应急服务中心。

2.3 研究热点分析

通过分析文献中关键词的出现频率，可以深入了解消防真火训练研究的主要方向和研究趋势，采用文献挖掘和可视化的方法构建基于文献数据集合的研究主题分布图谱，可以更加直观准确地了解当前研究热点。使用VOSviewer关键词共现功能，设置阈值为5，即只提取出现次数超过5次的关键词。对提取的关键词进行处理，去除无意义词语，合并同义词后，最终提取81个关键词，其关键词共现知识图谱如图4所示。每一种颜色代表一个聚类，而圆圈的大小代表某一个关键词的出现频率。从图4中可以看出，消防真火训练研究的关键词构成了4个聚类，每个聚类中的关键词在研究主题上都具有很强的相关性。针对消防真火训练研究的特点和现状，将81个关键词简化为4个聚类，分别是：聚类1火灾风险模式；聚类2真火训练后污染物处理；聚类3消防员训练的心理压力；聚类4消防员训练健康和安全保障。从图4中可以看出聚类1、3、4的分布较为紧密，反映出这3个聚类具有较高的相关性，聚类2则相对独立。这表明消防真火训练已经从消防员训练这个大的研究领域中成为一个新的研究方向，并随着国内外研究学者的高度关注，这个新的领域正在逐渐成熟化。

消防员最初的训练就是根据火情态势的改变而制定的，火灾的发生往往伴随着人员的伤亡和经济财产的损失，早期的学者大多都是从火灾的风险管控开始展开研究，这也就是聚类1的中有大量关键词共现的原因，例如Gilbertson Lynn R和Vosburgh Donna J. H[15]通过研究确定了对消防员听力健康构成最大风险的战斗任务和消防战斗位置。聚类3和聚类4都是针对消防员身体和心理健康的知识网络图谱共线，这表明一些研究人员的研究方向已经从最初关注火灾本身的发展变化转移到研究消防员个人参与灭火救援的身体和心理健康，Hemmatjo Rasoul和Zare Sajad[16]研究了23名健康的男性消防员在4种不同的条件下执行灭火救援任务，最后结果表明，真实的灭火救援任务可有效提高消防员战斗过程中的生理和决策反应。

聚类2中的关键词主要都是与真火训练直接相关的。真火训练是近些年国内外学者重点关注的一个研究领域，真火训练让消防员在足够安全的条件下更加真实地体验灭火救援现场，进而高效提升其灭火救援能力。随着现代化的发展，一些先进的消防装备越来越多，对于消防员的保护也足够安全，真火训练的目的就是通过在较为真实的火灾场景下，进一步提升消防员的实际作战能力，充分发挥先进消防装备的功能。这是今后消防训练的一个主要研究方向，也是聚类2呈现出较强独立性的原因之一。

2.4 基础知识共被引网络分析

在文献计量分析中，评价一篇论文的质量往往以该论文被引用的数量来体现。而引用数量通常会随着时间的推移而增加，因为论文总是需要很长的时间才能被广泛接受，因此发表较早的论文也有较高的被引用频率。但简单的引文计数并没有考虑到引文的链接结构，相比之下共被引网络分析，可以反映两个文献一起被引用的频率，两篇文章的引用越相似，说明其相关性越密切。

通过对收集到的消防真火训练的文献进行统一分析，利用VOSviewer软件可以建立呈现论文演化过程、研究领域和热点的共被引网络[17]，如图5所示。在共被引网络中每个节点代表1篇文献，节点越大则该文献被引用的次数越多，深色节点表示该引用出现了被多次引用现象，反映了该文献在某一时间段内的高活跃度。标签是通过对数似然比(LLR)算法从文献标题中提取的关键词，标签越大则被引用的次数越多。两篇论文之间的连接线表示两篇论文的共被引关系，连接线的粗细与两篇论文的共被引频次呈正相关。

笔者对图5中消防真火训练领域的经典文献进行分析发现，文献1、文献2和文献3是Smith DL[18-20]等学者分别于2001年、1997年和1998年在《Ergonomics》上发表的论文，文献1共被引强度为95次，Smith DL等学者研究了新招录消防员进行真火训练时，参训人员的心血管和心理反应，研究提出应当鼓励消防员采取一切可能的措施来减轻心血管劳损的程度和降低自身的心理压力。文献2共被引强度为77次，研究了在不同热环境中消防员进行真火训练后的生理和心理反应，研究发现，在标准化的工作量下，增加消防真火训练会增加心血管疾病和心理压力。文献3共被引强度为72次，该文献研究的目的是在消防真火训练时使用不同配置的消防装备，测量消防员的生理和心理反应，研究消防员在何种消防装备标准配置下进行剧烈的消防真火训练，会有更长的作业时间、更大的热应变以及更好灭火救援状态。

Smith DL等研究人员都是从消防员进行真火训练时的生理和心理反应来展开研究，以期望消防员在执行灭火救援任务时能够最大程度保护自身安全，并在任务结束后快速恢复到良好的状态。

3 结论

笔者借助VOSviewer软件对在Web of Science核心合集中搜索得到457篇文献进行文献计量学分析，最终得到以下结论：

1）消防真火训练研究领域文献发表量已经历3个阶段，总体趋势呈现上升，表明世界范围内针对该领域的关注度正不断提高。美国是研究该领域最早的国家，并且对该领域的研究逐渐成熟，我国研究起步较晚，但在近些年研究呈快速发展状态。

2）通过合作网络分析发现，Smith DL是发表论文最多的作者，并且在消防真火训练领域的影响力不断上升，其发表的3篇论文已经成为消防真火训练领域的经典文献。

3）通过研究热点分析，消防真火训练研究的关键词构成了火灾风险模式、真火训练后污染物处理、消防员训练的心理压力、消防员训练健康和安全保障等4个聚类，消防真火训练已经从消防员训练这个大的研究领域中成为一个新的研究方向，并随着国内外研究学者的高度关注，这个新的领域正在逐渐成熟化。

4）通过基础知识共被引网络分析，构建参考文献共被引密度图，找到了消防真火训练领域3篇经典文献，以期为该领域的研究学者提供参考。