从国际计量机构科研产出看计量领域发展态势——基于文献计量学

段宇宁， 刘羿彤， 李晓萌， 商学棽， 张 宇， 阳彩军， 王丽丽， 黎 柳

(中国计量科学研究院，北京 100029)

1 引 言

文献计量学是关于文献及其引用的学科。此学科起源于信息科学，但目前通常指对文本和信息进行研究和检索的分析方法。文献之间存在引用，这种引用关系会演化成引文网络。文献的被引频次很大程度上表征了论文的重要性和影响力。文献的意义通常由关键词和内容决定,因此，引文分析和内容分析成为文献计量分析的必要组成部分。传统文献计量学方法用于追踪学术期刊之间的引用关系，目前，该方法已成为测量研究表现的重要手段[1]。

引文分析作为分析科研表现的一种手段可以追溯到20世纪中叶。当时，尤金·加菲尔德博士首次提出引文索引的概念，创立了科学信息研究所(汤森路透的前身)，并且陆续推出了科学引文索引(science citation index，SCI)，社会科学引文索引(social science citation index,SSCI)以及人文与艺术引文索引(arts & humanities citation index,A&HCI)。

论文在被更近发表的论文引用时会累积被引频次，被引频次较高的论文通常被认为具有较高的影响力。研究表明论文的被引频次与其他定性评价的结果(如同行评议)高度相关，该相关性在大多数科学技术领域，也包括部分社会科学领域，甚至一些人文学科成立。

基于文献计量学和大数据文献，目前已经有多种学科进行了发展趋势研究[2～5]，但是针对具体的计量学科领域的数据搜集、挖掘和分析尚未见报道；文献计量分析方法对于研究对象的针对性较高[6]，然而，大部分的研究均停留在泛泛的大学科范围内[7～9]，未见针对具体学科领域的研究机构进行对标分析。

本研究是以四个国家计量机构为单位开展研究也可以以某一学科领域为单位进行。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

本文对WOS核心合集索引数据库收录的中国计量科学研究院(National Institute of Metrology，NIM)、美国标准技术研究院(National Institute of Standards & Technology，NIST)、英国国家物理实验室(National Physical Laboratory，NPL)和德国物理技术研究院(Physikalisch-Technische Bundesanstalt，PTB)4个研究机构的文献进行检索，文献类型为：article，review和letters。检索时间段为2013-2020年，检索日期为2021年8月13日。将检索结果以Ref Works的格式导出，并转化为Python可识别的元数据格式进行分析。

2.2 研究方法

采用文献计量学的方法，以检索到的文献为数据集，利用WOS的InCite和Python作为主要的分析评价工具，以NIM的实验室分类为基准，对4个国家计量机构的发文量、被引情况及学科影响力等指标进行分析。

在进行实验室对标时，本文以各个实验室发表过的文章为基准数据，进行keywords对标分析，对其他3个机构的相关领域文章进行自动标引，并通过聚类分析的方法进行去噪。

2.3 分析指标

本文中涉及到的主要分析指标及具体含义如下：

论文被引频次：即发表的论文在一段时间内被引用的总次数，该指标是衡量研究成果被同行关注程度的重要指标。

学科规范化引文影响力(category normalized citation impact,CNCI)：通过其实际被引次数除以同文献类型、同出版年、同学科领域文献的期望被引次数获得的。CNCI是一个十分有价值且无偏性的影响力指标，它排除了出版年、学科领域与文献类型的影响。通过CNCI值，可以快速了解文章在同一学科领域内与世界平均水平的差距和位置。具体的指标算法如下：

(1)

式中：C为目标论文的被引频次；E为与该论文发表同一年、同一学科、同一文献类型的全球论文篇均被引频次。全球平均水平的CNCI值为1，如果CNCI大于1表明论文的影响力高于全球平均水平;反之，亦然。

期刊规范化引文影响力(journal normalized citation impact,JNCI)：期刊规范化的引文影响力(JNCI)指标与学科规范化的引文影响力类似。其区别在于JNCI没有对研究领域进行规范化，却对文献发表在特定期刊上的被引次数进行了规范化。每篇出版物JNCI值为该出版物实际被引频次与该发表期刊同出版年、同文献类型论文的平均被引频次的比值。如果JNCI的值超过1，说明该科研主体影响力高于平均值；如果JNCI的值低于1，说明其影响力低于平均值。

论文篇均被引频次：指各机构在一段时间内每篇论文的平均被引频次。

3 研究结果

3.1 国际计量机构科研产出

3.1.1 发文量

图1为NPL、PTB、NIST发达国家计量机构2013-2020年统计的发文量，由图可以发现：2015-2017年各个计量机构的发文数量出现明显增长，此时正值国际单位制SI重新定义之际；之后的发文趋势趋缓。

图1 发达国家计量机构发文量Fig.1 Number of published papers by metrology institutes in developed countries

3.1.2 人均发文量

根据中国计量科学研究院国际合作部提供的NPL、PTB、NIST国家计量机构的科研人员数量，图2为NPL、PTB、NIST 2013-2020年人均年发文量。从3家国家计量机构的人均年发文量来看，NPL的人均发文量要高于其他2家国家计量机构。

图2 3家国家计量机构人均发文量Fig.2 Publications per capita by three national metrology institutes

3.2 学术影响力

3.2.1 论文篇均被引频次

被引频次指标反映了论文发表后产生的学术影响力，体现了其受到全球同行的关注程度。图3为3家国家计量机构篇均被引频次数据，由图3可以看出：NIST学术影响力最高，NPL次之。

图3 3家国家计量机构篇均被引频次Fig.3 Citation frequency per publications by three national metrology institutes

3.2.2 学科影响力

图4为3家国家计量机构2013-2020年学科规范化的影响力指标，由图4中的CNCI值可以看出：NIST的影响力均值最高，但影响力差距在逐年减小，NPL有超越的趋势。

图4 3家国家计量机构学科规范化引文影响力指标Fig.4 CNCI of three national metrology institutes

3.2.3 Nature、Science发文量

Nature、Science是国际公认的享有最高学术声誉的科技期刊。发表在其上的论文，往往都是经过世界范围内知名专家层层审读、反复修改而成的高质量、高水平的论文，进而形成较高的学术影响力，甚至成为一定时期学科发展的风向标。2013-2020年，NPL在上述两大期刊共发表文章9篇，PTB共发表文章17篇，NIST共发表文章143篇。

图5 Nature的发文量Fig.5 Number of published papers on Nature

图6 Science的发文量Fig.6 Number of published papers on Science

总体而言，国际计量机构的科研产出以英语为母语的国家占据绝对优势；NIST的科研产出，无论从总量还是影响力上均处于领先地位。

3.3 国际计量机构各学科领域对标分析

3.3.1 科研产出学科领域

从论文产出学科领域看，国际计量机构高度重合学科有6个：仪器仪表、电子电器工程、应用物理、光学、分析化学、交叉材料科学[10～14]。

以NIM的学科类别为基准聚类对比，通过高频聚类的方法，可以得出各国际计量机构未见重合的学科领域。

NIST：信息物理融合系统(安全测定、身份认证、数字身份管理等)，物联网(性能测试、时间校准)，生物识别(指纹、语音、虹膜、面部、静脉、行为、多模式)，人工智能(多机器人协同、语义识别)，智能制造(手持式设备、自校准)，中子研究(中子衍射、中子散射、中子干涉)，量子研究(量子力学、量子信息、量子加密、量子通信)，温室气体测量，海洋光学浮标，标准参考数据库，统计学，相对论，天体物理。

NPL：农林业、大规模计量、生态环境、气象学、天体物理、免疫学、显微镜、冶金工程、建筑学、统计学。

PTB：人类学(大脑影像、人类行为学、神经学、人类遗传学)，气象学，统计学。

聚类对比的结果显示：NIST的研究领域涉及全面，且聚焦前沿领域和重大需求。

3.3.2 SWOT分析图

在SWOT分析图中，通常以分析论文数量质量比，依此发现其学科的优势、劣势、潜力或机会。第一象限的学科代表其相对产出与相对影响力均超过平均水平，体现出在学科领域中的优势地位；第二象限的学科代表其相对产出暂时低于机构平均水平，但其影响力高于全球均值，可以代表未来极具发展潜力的学科；第三象限的学科代表其从相对产出及相对影响力角度均低于平均水平，是未来亟待加强的学科；第四象限的学科代表其相对产出较高，但其影响力尚低于全球平均水平，未来需要努力提升其影响力。

本文以NIM的实验室学科领域为基准，得到聚类对比国际计量机构的SWOT分析图，见图7，可以从产出与影响力两个维度揭示各学科领域的表现。图中横坐标为各国际计量机构发文量(篇)，基线为该机构发文量均值；纵坐标为学科影响力(CNCI值)，基线为全球均值。

从文献计量学角度分析，由图7(a)NPL的SWOT图中可以得出：激光辐射度、辐射剂量计量、食品安全、芯片级量子计量、蛋白质计量、细胞计量、质谱仪与测量技术等领域属于NPL的优势学科。

由图7(b)PTB的SWOT图中可以得出：城市绿色和智慧、激光辐射度、芯片级量子计量、细胞计量、质谱仪与测量技术等领域属于PTB的优势学科。

由图7(c)NIST的SWOT图中可以得出：NIST是唯一在第四象限没有出现学科的机构;芯片级量子计量研究领域是属于NIST的绝对优势学科[15～17]。

图7 各国际计量机构的SWOT分析图Fig.7 SWOT of national metrology institutes

3.4 中国计量科学研究院科研产出

3.4.1 NIM的科研产出

中国计量科学研究院的科研产出整体呈现持续增长态势，在论文发表数量上已形成一定规模，国际合作参与度较高，但学科影响力有待进一步提升[18]。

3.4.2 SWOT分析

在NIM的SWOT分析图中，从文献计量学角度分析，出现在第一象限的优势学科有：热工所的接触测温实验室,化学所的食品安全实验室，有机化学实验室,环境中心的物理化学实验室,时频所的频率标准及应用实验室等；出现在第二象限的潜力实验室有：前沿中心的核酸计量研究室，环境中心的颗粒物计量实验室，热工所的城市绿色和智慧实验室。

3.4.3 载文期刊

对NIM论文进行载文期刊分析，刊载论文的期刊一共有394种。在NIM所有发文中，期刊规范化引文影响力(JNCI)大于1的期刊一共97种，论文数占29%。图8为NIM论文JNCI占比情况分析结果。

图8 NIM论文JNCI占比情况Fig.8 Proportion of JNCI in NIM papers

按照发文量进行期刊排序，选取前5种期刊详见表1。发表在Metrologia上的文章最多;在前5的期刊中JNCI值大于1的有3种，说明NIM在这3种期刊的发文影响力高于该期刊自身的平均水平;NIM的科研人员投稿时完全可以投到更高影响力的期刊平台上来展示自己的成果。

表1 NIM论文期刊分析Tab.1 System parameter Journal analysis of NIM papers

4 结 论

本文基于InCites数据库对国际计量机构的学科进行了分析，从发文规模和影响力等指标进行了对标比对，并对各个实验室的学科领域进行了SWOT分析。基于此，提出几点建议：

一是加强学科布局，保持优势学科的发展态势，加强潜力学科的建设，以达事半功倍的效果，并以此提高论文的国际影响力。

二是鼓励科研人员向高影响力期刊投稿，在NIM论文排名前5的期刊中，就有3种期刊的规范化引文影响力是高于平均水平的，说明发表论文的影响力高于期刊自身的影响力，研究人员应该投到更高影响力的期刊来展示自己的成果。

最后需要指出的是，文献计量分析仅仅是评估科研水平的方法之一，用文献计量方法解读科研实力，容易缺失对工程方面的能力以及成果转化水平的评估；从事应用技术开发科技管理等工作的各类人才中，也并不以论文作为主要产出，其他成果还包括专利申请、国际比对、CMC项目、国际组织任职等。以文献计量学为视角评价发展态势虽然只是研究的一个角度并不全面，希望本文吸引更多的同事投入到相关研究和评估中，以便以更清晰全面的证据和信息支撑中国计量科学研究院肩负的光荣使命。

致谢：感谢中国计量科学研究院院办公室、国际合作部、时频所、几何量所、热工所、力声所、电磁所、信电所、光学所、电离所、化学所、前沿中心、测量中心、标物中心、医学中心、环境中心、数据中心的大力支持！