基于VOSviewer的2016—2021年间安全科学领域热点研究概况

郑欣睿，程健维，张巨峰，司俊鸿

(1.中国矿业大学 安全工程学院，江苏 徐州 221116；2.陇东学院 能源工程学院，甘肃 庆阳 745000；3.华北科技学院 应急技术与管理学院，北京 101601)

0 引 言

安全科学是在生存实践中对安全的本质及其运动、变化规律的研究，安全科学为一门涉及文、理、工以及医学等学科的综合学科，包括安全工程、防火防爆工程、电气安全工程、交通安全工程、职业卫生工程(除尘、防毒、个体防护等)及安全管理工程等。科技论文是科学研究的主要成果形式，通过对科技论文的统计分析可以得出安全科学领域的研究状态，包括研究内容、研究趋势及合作交流等内容，有利于安全科学学者从宏观的角度去了解此领域的结构和进展状况，把握研究主流及热点，为安全科学领域的研究提供方向参考。

目前，一些学者试图用量化的方法来研究科学和学科的结构。在科学计量领域，普赖斯可能是第1个预言科学引文索引或许包含揭示科学结构信息的学者。普赖斯认为合适的分析层次是基于期刊或者期刊聚类进行的期刊-期刊引用分析[1]。1981年，知名的科学计量学者SMALL等提出作者共被引分析方法是研究科学结构的一种重要方法[2]。1997年SMALL提出专题领域科学结构和全领域科学结构的不同，并称这2类结构组成了科学领域结构[3]。2006年，BOLLEN等通过数据的使用情况试图来绘制科学结构[4]；同年RICHARD等在国际科学计量学期刊上发文，讨论并绘制了基于2002年发表的80万篇科学论文引用数据的科学结构地图[5]。2008年，KEVIN等通过使用确定与研究化学结构和演化相关的聚类，绘制了新的学科地图[6]。2017年，MUNOZ-ÉCIJA等将利用可视化技术构建科学结构这一方法系统化，并表示可以将此方法用在任何其他科学领域[7]。2019年，CHANIN将科学绘图技术用于梳理关于可持续旅游发展此类文献的知识结构[8]。再后来的研究中，同被引分析、文献耦合分析、内容词分析以及内容词-引文的混合分析等方法也被应用到科学结构的研究中[9-11]。随着数据处理技术和方法的不断发展，国内学者在管理学、材料科学、心理学及物流等领域应用了共词分析方法和技术[12]。在安全科学领域，李杰提出使用量化的方法分析科学结构成为科学结构研究的重要方法，并进行了安全学科部分文献的统计与分析[13]。但近几年此类研究的文献总体较少，统计文献时间范围小，部分统计文献时间较为久远。

为了考察近年来世界安全科学领域关注的研究主题，文中利用文献计量学分析方法，以24种国际安全科学与技术领域高影响力SCI或SSCI收录期刊及论文集在2016—2021年刊载的论文为研究对象，通过对论文关键词的可视化分析，系统梳理了近5年世界安全科学领域的研究主题，同时借助VOSviewer软件对研究热点、研究主题进行可视化展示，这有助于学者快速有效地把握当前安全科学研究的切入点，促进对安全科学领域研究进展和研究方向的了解。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

本研究采用的数据来源于被SCI或SSCI收录的24本国际安全科学与技术核心期刊及论文集，其中包含不同国家和不同影响因子的各类国际期刊，见表1。选取国际上用于科技文本挖掘的权威数据库Web of Science作为文中分析的核心数据集，参与分析的文献为2016—2021年的期刊论文。

表1 本研究所采用的核心期刊表

定检索策略为：在Web of Science高级检索中以SO=出版物名称来构建检索式。

1.2 分析方法

VOSviewer是一款通过可视化方法呈现科学知识的结构、规律和分布情况的软件，可以展现一定时期内某学科或领域的研究现状，并能预测未来的发展趋势。该软件可根据各节点间距、密度和大小的不同构建聚类视图、密度视图和叠加视图，用以评估某领域的研究方向和热点。文中运用VOSviewer软件，借助统计软件Origin，对发表年份、研究热点及关键词等进行共现分析。首先将检索到的文献按照“全记录及引用的参考文献”格式分批导出，导入VOSviewer软件去除无关关键词后绘制文献可视化图谱。用不同颜色的节点区分不同的聚类，主题词之间的密切程度和相似程度通过节点之间的距离来体现，节点大小代表出现的频次，密度越高代表其联系越紧密，相关性越强。

共现分析是较为常用的文献计量和内容分析方法，其原理主要是对一组词两两统计它们在同一篇文献中出现的次数，对这些词进行聚类分析，进而分析这些词代表的学科和主题的结构变化[14]。早在20世纪80年代，荷兰莱顿大学的Rip Arie等学者就基于《生物技术与生物工程》杂志10年的论文数据，以关键词为研究对象，利用共词分析对生物技术领域的研究进展进行了可视化分析[15]。此后，该方法被应用到其他一些研究领域的知识演进分析中，如软件工程、化学、科学计量学、神经网络、环境科学及SARS等[16]。近年来，中国学者在研究中也开始使用共词分析的方法和技术，尤其是在图书情报学领域应用较为广泛，最近较为典型的研究如邱均平以SCI和SSCI收录的 13种高影响力外文源刊在2006—2010年 5年间所刊载的论文为研究对象，对国际范围内图书情报学领域的研究热点和前沿进行了辨识和追踪[17]。

文献计量方法和可视化技术为探索某一学科领域的知识结构与演变提供了有效的分析手段。文献计量分析，是利用文献计量学原理对相关文献进行分析的一种文献分析方法，通过采用数学、统计学等计量方法，研究文献的分布结构、数量关系、变化规律[18]；其分析对象除了以篇、册、本为单元进行计量外，还包括对文献内部的相关信息进行计量分析，如标题、主题词、关键词、词频、共词、共引、共现、引文信息、同被引、引文耦合、著者、合作者、出版者、日期、语言、机构及国家等，可用于分析学科发展动态、学科研究概况以及学科发展趋势[19]。

2 结果分析

2.1 时间趋势分析

研究文献数量按时间分布的情况如图1所示。由图1可知，安全科学研究发表文献数量呈逐年上升的趋势。自2010年以来，安全科学相关文献数量增长速度较快，且近5年来平均每年保持在约2 500篇以上，尤其在2020年竟达到了3 500篇，推测出现这种情况与全球新冠疫情的爆发导致人们对于安全的重视有一定关系。

由于文中撰写时间为2021年，所导出文献中2021年的文献数量并不能代表本年总文献数，故在作图时略去2021年的数据。所统计的文献数据来源于Web of Science数据库，以上文提到的检索策略去除掉时间范围后进行检索。

由图1可知，从2015年起，每年的研究文献数量都稳定保持着增长的趋势，2014年之前的年研究文献增长速率不稳定，上下波动频繁，2000年的文献同比增长速率甚至到达了330%，但总体上的论文数量都是随时间呈上升趋势。2000年论文数量急速增长可能是因为安全科学专业在各国高校的成立以及互联网的普及，这对安全科学研究领域的发展及研究人员的培养提供便利。

图1 研究文献数量按时间的分布情况Fig.1 Distribution of research literature by time

由图2可知，2015年到2020年的研究文献数量呈逐年稳步递增状态，且2020年的论文数量是2015年论文数量的1.5倍，其增长速率较快，根据这一增长趋势，预计在此类统计范围内2021年安全学科领域论文数量可以达到4 000篇左右。

图2 研究文献数量按时间的分布情况(2015—2020)Fig.2 Distribution of research literature by time(2015—2020)

2.2 研究作者分析

文献发表作者群体的可视化视图谱如图3所示。由图3可知，关于安全科学技术研究学者的合作网络共包括448位学者。在合作网络中，节点和标签越大，则该作者在2016—2021年发表的论文越多。通过图谱分析可知关于安全科学技术文献的作者主要分为31个聚类。较大的几个聚类的核心分别是Gensrik Reniers，Faisal Khan，Jiang Juncheng，M.Sam Mannan，Mohanmed Abdel-Aty。研究人员通过与这些聚类的核心成员合作，围绕相同的研究方向共同研究并发表论文，同时这张图也为我们展示了不同聚类核心的研究人员彼此之间也是有联系和合作的。

图3 文献发表作者群体的合作情况Fig.3 Cooperation among authors of publication

根据表2可知在安全科学领域发表论文数量排名前5的作者分别是Faisal Khan,Genserik Reniers,M.Sam Mannan,JIANG Juncheng,Mohamed Abdel-Aty.Khan，Faisal Khan来自纽芬兰纪念大学，论文发表数量为90篇，主要研究内容为安全风险与可靠性。Genserik Reniers来自安特卫普大学，论文数量为87篇，主要研究内容为化工安全与保障。M.Sam Mannan来自德州农工大学，论文数量为68篇，主要研究内容是风险分析与管理。Jiang Juncheng来自常州大学，论文数量为66篇，主要研究内容是化工与危险化学品安全。Mohamed Abdel-Aty来自中佛罗里达大学，论文数量为51篇，主要研究内容是交通安全领域。从论文作者的研究内容来看，研究方向是安全风险分析的作者数量较多，在此方向上发表的论文数量也较多。其次研究方向在可靠性，过程安全，交通安全方面的作者也占据了研究人员的一部分，他们产出的研究结果也很丰富。因此安全风险分析似乎是高产研究人员的研究重点，也是其研究成果的主要构成部分。值得注意的是，在发表论文数量作者前10的表格中，第10名WANG Kai由于中文不同字同音及同名的情况，在以英文为主体的统计过程中，可能涵盖了多名作者。因此统计结果具有一定的误差，仍需在后续研究中寻找解决方法。

表2 安全科学领域发表论文数量作者前10

2.3 研究机构分析

文献发表机构的可视化视图谱如图4所示，可以看到研究机构大致分为6个聚类，主要以荷兰代尔夫特理工大学，美国德州农工大学，中国矿业大学，中国科学院，蒙纳士大学等机构为核心。从本次研究数据中分析发现，文献发表机构大多数与高等院校有关。说明在被SCI或SSCI收录的24篇国际期刊及论文集中，高等院校在安全科学的研究产出上表现不俗。

图4 文献发表机构的可视化视图谱Fig.4 Visual mapping of literature publishers

由统计表格表3来看，可以得知根据发文数量排序的前5名研究机构的论文被引次数都超过1 000次，而对于中佛罗里达大学，虽然论文数量为105篇，在统计表格中排第9名，但被引次数高达1 317次，平均篇被引也达到了12篇左右，这表明该机构在学科基础研究上较为出色。机构的产出与所在国家或地区具有一定的相关性，在安全领域论文发表数量前10的机构中，有5个中国机构，这表明中国对国际安全科学领域的发展做出了不少贡献，目前已经成为安全科学领域研究工作的重要组成部分。这5个中国机构包含4所国内高校，这表明中国安全科学在高校内的建设卓有成效，为中国安全领域人才培养提供途径。

表3 研究机构分布情况

通过VOS对检索文献进行耦合研究机构分析，由图5可以看出代尔夫特理工大学、清华大学、德州农工大学与其他机构的合作非常频繁，其中代尔夫特理工大学与Univ Antwerp(安特卫普大学)的合作最为密切，其次是中国科学院与Univ Chinese acad sci(中国科学院大学)的合作比较密切。中国的研究机构合作网络如图5所示，以中国科学院、清华大学、中国矿业大学等为核心，构成了中国的安全科学领域研究机构网络关系图谱。而这3所研究机构同时与国外各研究机构也保持着紧密联系，在中国安全学科领域的国际交流合作方面起到了重要作用。

图5 机构合作可视化图谱Fig.5 Visualization map of institutional cooperation

通过发表论文数对国家进行排序，可以得到论文发表最多的10个国家，见表4。安全科学的研究力量在全球范围内分布是极其不平衡的，位于第一的美国论文数为3 667篇，位于第十的德国论文数量为475篇，美国的论文数是德国的7倍之多。

表4 国家层面的文献发表情况

从图6国家论文数量累计百分比的曲线中可以发现，在安全领域各国家/地区发表论文总量的排序中，前10国家/地区的论文数量累计占总论文量的61.29%，前20国家/地区的论文量占总论文量的79.37%，而前50国家/地区的累计论文量甚至达到了总论文量的95.53%。由此我们可以得出，安全领域的研究成果中一大部分是由少数国家或地区产出的，而这些国家或地区通常为发达国家或个别发展中国家，这些国家或地区在发展自身经济的过程中都受到过安全问题的困扰。就中国而言，随着社会经济的不断发展和工业水平的不断提高，在发展过程中的安全问题也随之暴露，并引发了一系列的安全事故，进而中国对于安全科学的研究也逐渐深入。这也表明了安全学科的是随着人们对于安全的需要而产生和发展的。

图6 国家/地论文数量累计百分比Fig.6 Cumulative percentage of country/region papers

2.4 安全研究的热点分析

通过对高频关键词的研究，可以解释一段时间内某领域研究的热点。文中根据文献的高频词将共现网络分析为4个聚类，主要包括：职业安全与伤害，爆炸反应，交通安全，工业过程安全。

2.4.1 职业安全与伤害

图7 职业安全与伤害中的新兴主题Fig.7 Emerging themes in occupational safety and injury

图8 职业安全与伤害中的高影响力主题Fig.8 High-impact themes in occupational safety and injury

职业安全与伤害主要是围绕如何避免生产过程中，由于外部因素直接作用而引起的机体组织的突发性意外伤害。表5中列举了在职业安全与伤害这个领域中排名前20的高频词，其中人、工作者、健康反映出此聚类研究更关注人的健康。实践、调查、经验、问卷及访谈等词说明了此类研究的调查方式多为问卷和访谈，通过实践积攒经验进行分析。政策、社区、干预及培训等词表明通过制定相关政策，提前进行安全培训，事后开展社区干预等方式，预防职业安全事故的发生和事故发生后的处理方法。这些高频词反映了为解决职业安全与伤害而进行的调查研究、政策制定、事后干预及预防培训等研究内容的内在联系。

表5 职业安全与伤害中排名前20的高频词

2.4.2 爆炸反应

由图9和图10可知爆炸反应中的新兴主题分别有爆炸的计算机分析预测、随机森林及高温测试等。而其中高影响力的主题分别有煤矿自燃、环境安全与风险等。

图9 爆炸反应中的新兴主题Fig.9 Emerging themes in explosive reactions

图10 爆炸反应中的高影响力主题Fig.10 High impact themes in explosive reactions

爆炸反应主要是围绕如何使爆炸的发生安全可控，而研究爆炸反应的动力学规律对于控制和利用爆炸反应是非常有意义的。引起爆炸的反应大致分为2类，一类为热爆炸，一类为支链爆炸，按燃烧速度可分为轻爆、爆炸和爆轰。表6中列举了在爆炸反应这个领域中排名前20的高频词，其中工艺、机理、性质等词反映出对爆炸反应发生原理的分析和讨论。速率、参数、温度、压力及配比等与爆炸反应发生的条件和规模有关。模拟、预测及算法等词表明研究者们通过模拟实验探究爆炸反映的相关规律。这些关键词反映了在爆炸反应的研究中，爆炸原理分析、爆炸条件测试及计算机模拟实验等为主要研究内容。

表6 爆炸反应中排名前20的高频词

2.4.3 交通安全

由图11和图12可知交通安全中的新兴主题分别有自动驾驶汽车，道路交通事故原因等。而其中高影响力的主题分别有车祸事故原因分析，交通工具安全性分析等。

图11 交通安全中的新兴主题Fig.11 Emerging themes in traffic safety

图12 交通安全中的高影响力主题Fig.12 High-impact themes in traffic safety

交通安全主要是围绕在道路上如何避免发生人身伤亡或财务损失。表7中列举了在交通安全这个领域中排名前20的高频词，其中驾驶员、参与者、年龄、自我及行人等词表明研究者们通过分析造成交通事故的人的因素来讨论交通事故。碰撞、伤害、速度及死亡人数等反映出对道路交通事故中伤害形式的分析。实际应用、数据集等与为避免交通安全事故的发生，研究者们提出的解决措施有关。这些关键词主要围绕造成交通安全的危险因素、伤害的发生形式以及预防措施等内容，表明了交通安全的研究重点。

表7 交通安全中排名前20的高频词

2.4.4 工业过程安全

晚唐政治昏暗且战乱频繁，为了苟全性命，很多文人都退隐于江湖之中。虽然隐士也无法回避现实生活的困境，但这些抵挡不住隐逸文人们对于诗意栖居的追求，文人心中的痛苦与无奈需要宣泄与表达，绘画艺术与古琴艺术从而得到了勃兴。这构成了当时镜湖地区隐逸文学生态的另一个方面。充满绘画与古琴艺术氛围的文学生态使方干的诗充满了对自然山水写意化的描写和清越雅致的韵味，最终成就了他“清丽”的诗风。

由图13和图14可知工业过程安全中的新兴主题分别有工业安全生产、可靠性分析等。而其中高影响力的主题分别有朗缪尔模型、吸附剂实验等。

图13 工业过程安全中的新兴主题Fig.13 Emerging themes in industrial process safety

图14 工业过程安全中的高影响力主题Fig.14 High-impact themes in industrial process security

工业过程安全主要是围绕如何降低工业过程中的风险。表8中列举了在工业过程安全这个领域中排名前20的高频词，其中浓度、溶液、产物及反应等是对工业过程中的反应原理进行安全评估。处理、去除、降解及废水等反映出对工业过程中人为操作时安全与否的研究。效率、优化及循环等词则说明是在对整个工业过程进行系统性的安全设计。这些关键词表明研究者们在工业过程安全方面，可以通过改善原始反应的安全，规范操作者的行为、改良工业过程系统的安全性及预先进行风险评估等方式开展研究。

表8 工业过程安全中排名前20的高频词

2.5 高被引论文

在2016—2021年安全科学技术领域中被频繁引用的文献在安全领域的研究中发挥了重要的知识基础作用。通过图15可以了解到被引文献分为6个聚类，包括交通安全事故、工业过程安全、风险控制、安全模型、社区安全、风险管理。这些相关文章为安全科学领域的探索提供了研究基础，是安全研究的知识基础。

图15 被引次数不少于25次的620篇论文组成的共被引网络Fig.15 A co-citation network of 620 papers cited no less than 25 times

由表9可知近几年的高被引论文大多是安全因素、化学方法、煤矿粉尘、自动驾驶及模型分析等方面的文献，涵盖的领域包括化工、采矿、交通、石油、建筑、管理及经济等学科，这表明安全科学作为一门综合科学和交叉科学，其涉及很多不同的领域，而且数量还随着学科的发展在不断地增加。从被引文献所涉及的内容来看，化学领域的文献占被引文献的比例最大，这与安全研究中占比较大的工业过程安全和爆炸反应相关联。重点行业安全分析及风险研究也占高被引文献的一部分，这属于安全学科的研究性基础。从被引文献的类型来看，综述类文献占被引文献的30%左右，而这些文献大多数与研究方法有关。非综述类文献的内容也更倾向于研究方法和实验进展。这说明在被引文献中，人们更倾向于去参考不同领域的研究方法，来完成对安全学科的探索。

表9 2016—2021年排名前20高被引文献

表10是中国近几年的高被引文献，通过文献可以看出中国安全科学研究学者在模型预测、煤矿粉尘、大数据及风险分析等方面的研究受到国际安全领域学者的认可，这体现了近几年中国在安全科学领域知识基础上的贡献。

表10 2016—2021年中国高被引文献

2.6 期刊分布

刊载安全学科研究成果的期刊分布如表11和图16所示，刊载安全学科科研成果数量居前列的SCI期刊是“SAFETY SCIENCE”“ACCIDENT ANALYSIS AND PREVENTION”“PROCESS SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION”“INTERNATIONAL JOURNAL OF DISASTER RISK REDUCTION”“JOURNAL OF LOSS PREVENTION IN THE PROCESS INDUSTRIES”这5本期刊的论文量占到了总样本数的56.9%。从期刊类型上分析，综合类期刊所包含的安全学科科研成果较多，这也从另一个角度证实了安全学科是一门综合类交叉学科。

图16 刊载安全学科研究成果的期刊分布情况Fig.16 Distribution of journals containing research findings in security disciplines

表11 刊载安全学科研究成果的期刊分布情况

3 结 论

1)从时间分布上进行分析，安全科学的研究论文整体呈上升趋势，且在2015年后保持逐年稳步递增状态。但在期刊分布方面，论文数量分布不平衡，期刊多数为综合类期刊，收录了不同领域的文献，证明了安全科学的跨学科性。从被引论文上可以得出，安全科学的研究者更注重于结合不同领域研究方法，对安全科学问题进行讨论。

2)从空间分布分析可得，安全科学的成果产出不平衡，全球各国家和地区安全科学研究水平差距较大，在统计的146个国家和地区中，前50国家和地区的累计论文量达到总量的95.53%。在机构层面上则进一步体现了这一现象，高产机构主要来源于高产国家的大学，如荷兰、美国、中国的代尔夫特理工大学、美国德州农工大学、中国矿业大学等。

3)在学科热点方面，根据文献的高频词将共现网络分析为4个聚类，主要包括：职业安全与伤害、爆炸反应、交通安全、工业过程安全。其中2016—2021年高影响力的主题包括：疾病控制、安全施工、环境安全与风险、交通工具安全性分析及朗缪尔模型等。新兴的研究主题包括：灾害风险管理、个体因素防护、爆炸分析预测、随机森林、自动驾驶汽车、工业安全生产及可靠性分析等。从新兴主题可以看出安全学科的研究方法逐步向数字化、模拟预测等方面发展。由高产研究人员统计数据可知，安全风险分析在安全科学领域更受研究者的关注。

通过上述分析，可以得到安全科学领域在近几年的研究方向及研究状况，为安全科学领域的研究者提供了学科前沿方向参考和研究热点，有助于研究者快速了解学科现状，把握学科发展方向。