民机进近着陆安全研究文献数据可视化分析

张英杰

(四川省安全科学技术研究院,成都 610041)

目前世界经济发展的重要特征是全球化,民航业在促进全球化的过程中发挥了重要的作用,同时全球的经济发展也促进着航空业的进步。在飞行过程中,进近着陆是事故率发生的最高阶段[1]。根据近10年的飞行事故统计,进近着陆阶段发生事故占总事故的30%,位居第1[2]。因此对民机进近着陆领域的系列研究,对飞行理论和民机设计具有重要的意义。

近年来,我国民航交通业发展迅速,但对民机进近着陆领域的研究主要集中在碰撞风险检测[3]、飞行员异常行为的分析[4]以及在飞行过程中的事故分析及预判[5]等方面,即只聚焦在民机进近着陆的微观领域,无法满足整个航空安全领域。因此需要对该领域研究现状的整体格局做出宏观的可视化分析。

文献综述是对某一给定领域进行分析,提炼该领域的问题和研究的进展情况,但缺乏对该领域的时间、空间的把握和分析[6]。科学知识图谱(Mapping Knowledge Domains,MKD)是以不同的图形图表对科学类知识的发展进程与结构关系进行展示,利用可视化的技术对其资源与载体进行多维度全面分析。

本文运用基于Java语言的信息可视化软件CiteSpace V[6-8],对民机进近着陆的可视化分析。在民机进近着陆领域运用MKD的理论知识,运用CiteSpace V来呈现该领域的研究进程、热点和相关知识框架,实现对民机进近着陆领域研究动态的分析和把握。

1 民机进近着陆论文产出时间与学科分布

1.1 数据来源

为确保实验数据的可信度,文献主要来自中国知网(CNKI)数据库,以“进近、着陆、进近着陆”等为主题,在CNKI上检索最近10年(2010—2022)的文献;通过人工进行数据筛选,得到406条有效数据;并以纯文本(text)的格式保存,形成样本数据库。

将数据库导入到CiteSpace V中,设置Time Slicing:2010—2022;TOP N%:10.0;选择阈值TOP N:50;Node Type分别为References、Institution、Keyword,绘制作者合作图谱、关键词图谱等,然后有规律地对民机进近着陆领域科学研究进行可视化分析。

1.2 论文产出的时间图谱

按照时间序列对民机进近着陆的年度论文数量进行统计分析,见图1。

图1 民机进近着陆研究论文产出的时间图谱

由图1可知,中国知网收录的进近着陆相关文献数量整体呈增长趋势。2010—2012年,民机进近着陆相关领域的研究还处在初级阶段,发表的相关文献均在20篇以下。2013—2014年处于逐年增长阶段。2015—2021年呈增长趋势,每年平均产出论文约40篇,并于2021年出现峰值,年度产出量为60篇。2022年的文献统计截至7月底,文献数量达到21篇,因此这里2022年数据仅仅作为截至2022年7月的产出参考。

将刊载民机进近着陆相关领域研究的论文,按照刊载量进行排序,前6名分别是《航空工程进展》《航空学报》《民航学报》《北京航空航天大学学报》《中国民航大学学报》《安全与环境学报》。由上述数据可知,国际的民机进近着陆已经有了集中稳定的核心发文期刊群:《航空工程进展》《航空学报》《民航学报》。核心期刊能够代表对应领域研究的热点,是学习该领域的重要资源。《航空工程进展》是中文月刊,本刊发表与航空航天工程研究所有领域相关的原创论文、综述文章、短文通信等。在CNKI上2022年的综合影响因子为0.434。《航空学报》被中国知网和美国剑桥科学收录,在CNKI上2022年的综合影响因子为1.267。《民航学报》是双月刊,包含有关飞机和航天器的研究、设计和开发、建造和运营各个方面的原创论文,综合影响因子为0.181。因此,综合考虑期刊综合影响因子、发文总量,上述几个期刊都是民机进近着陆相关领域的期刊群中最权威的刊物。

1.3 学科分布

根据近10年民航进近着陆的论文研究得出研究成果,因学科方向有交叉,本文统计每个学科方向在该领域的研究成果,见表1。其中航空航天科学与工程对该领域研究最为突出(398篇),占总研究成果的98.03%。

表1 民机进近着陆研究成果学科分布

2 民机进近着陆合作图谱

2.1 作者合作图谱

图2 民航进近着陆研究论文作者合作网络

根据CiteSpace V的作者合作的网络密度为0.01,说明在民机进近着陆领域的作者关系较为松散,即民机进近着陆没有形成紧密联系的合作网络。节点相对大,对应的发文量就越多,科研人员之间的合作次数用连接线的粗细表示[9-10]。

2.2 机构合作图谱

机构合作图谱主要分析科研机构之间的合作关系,根据图谱更容易得出科研能力的分布以及影响力较大的科研机构。民机进近着陆的机构网络图谱见图3。从机构类型分析,该领域的研究是以高等院校为主要研究力量,高等院校主要是航空、航天类的高校。从发文量分析,以中国民航大学、南京航空航天大学和中国民用航空飞行学院为主,显示出较强的科研能力。通过CiteSpace V分析发现,空军工程大学等高校的科研机构倾向与国内外著名高校、科研机构合作,他们之间形成了较强的合作网络。其中南京航空航天大学和中国民用航空飞行学院等合作最为密切。从合作网络分析,近10年来机构合作关系数为142,合作网络节点数为212,网络节点的密度为0.006 3,这说明民机进近着陆领域的机构合作关系较松散(合作关系用节点之间的连线表示,合作时间越近表明连接线颜色就越鲜艳;合作产出的论文量用连接线的粗细表示)。

图3 民机进近着陆研究论文机构合作网络

2.3 关键词共现图谱

关键词是对所述文章思想和观点的高度概括。近10年民机进近着陆领域406篇中文文献的关键词共有252个,通过实验可得该领域的高频关键词为:安全工程(55次)、快速存取记录器(Quick Access Recorder,QAR)数据(42次)、安全管理工程(34次)、进近着陆(34次)、进近(33次)、飞行安全(31次)、进近管制(30次)、碰撞风险模型(27次)。根据CiteSpace V得到的关键词知识图谱如图4所示。

图4 民机进近着陆研究关键词分析

由图4可知,其产生的节点有252个、连线334条,网络密度为0.010 6。在关键词知识图谱中,节点的字体及其图形的大小代表该节点的重要程度,字体越大表示关键词出现的次数越多,重要性越高,越有可能成为网络的节点。连接线表示关键词的关联程度。在CiteSpace V中的关键词图谱中,若中心度大于或者等于0.1,说明该节点在该领域中具有关键性作用。由图4可得,关键词中安全工程(0.21)、QAR数据(0.18)、安全工程管理(0.12)等节点在图谱中发挥了重要的连接枢纽作用。根据关键词的频次以及关键词可视化的大小程度,反映了民机进近着陆的中心度,研究主题的核心。根据关键词分析,民机进近着陆研究重点为:1)安全工程,是进近着陆的重要表现。根据民航事故报告,在近10年的民航事故率中,进近着陆阶段事故率最高,而大部分事故中主要表现出能量相对异常的状态,并演变成民机失控、民机重着陆、冲出跑道、擦机尾等事故类型,或者复飞失败。在该基础上构建了模拟平台对民机进近着陆进行规律分析以及模拟仿真[11]。2)QAR数据,是飞机在飞行过程中重要的数据。陈农田等[12]利用QAR数据为民机在高高原机场进近着陆时,提供风险识别和等级判定。3)安全工程管理,是指飞行过程的安全管理,进近着陆过程对整个飞行质量非常重要[13]。

2.4 关键词时区图谱

对该领域的总结和归纳,作者会以关键词的形式表现出来,关键词的变化、出现的次数会反映在研究内容和方法上。各个时间段满足要求的关键词[14]利用CiteSpace V生成关键词图谱,然后根据“Time Zone”形成时区视图,呈现民机进近着陆研究领域的演进脉络,如图5所示。关键词以时间轴的方式展现出来,方便预测未来该领域的发展趋势。

图5 民机进近着陆研究演进脉络

由图5可知,民航交通安全领域的研究重心主要是飞行安全[15]和仪表进近着陆[16],研究的内容较为单一,视角较为宏观。在2011—2013年左右,中国民航交通安全领域从研究方法和研究内容上得到了飞速发展,研究热点包括可控飞行[17-18]、进近管制[19-20]、民用飞机[21]等方向,研究的方法主要是:贝叶斯网络、多级模糊评价等。近几年,对进近着陆研究的方法主要是:深度学习[22-23]、卷积神经网络[24-25]、支持向量机[26]等。

2.5 关键词突变分析

科学知识图谱在研究某领域主题或者热点的时候,可以利用关键词的演变和增长的频率来分析。并且关键词在网络结构中非常重要。CiteSpace V可以通过“突变词语”的突变检测,来把握和预测该领域的研究热点。通过对406篇民机进近着陆领域的论文进行关键词突变实验,其结果如图6所示。突变词“碰撞风险”突变时间段为2018—2022年,突变强度最高,为2.880 8,说明该期间科研人员主要研究有关飞行安全、深度学习、神经网络等。2010年以后,为保障民航交通运输业的安全、有序,科研人员把研究重点放到空中交通管制、民用飞机等[27]。2016—2017年,由于中国民航进一步发展,研究方向成为组合导航,其突变值为2.136 7。2018年,研究方向逐步转变为平行跑道[28],其突变值为2.728 8。2020—2022年,进近着陆[29-30]和安全间隔[31]成为研究热点。

图6 民机进近着陆研究关键词突变分析

3 结论

以CNKI近10年收入的主题为“进近着陆、着陆、进近”的中文核心期刊论文为数据源,借助CiteSpace V对民机进近着陆领域论文的产出时间、学科分布、研究机构、关键词的引用、突变词等进行可视化分析。

民机进近着陆的文献产出量符合普赖斯逻辑曲线,并且该领域的研究成果主要分布在《航空工程进展》《航空学报》《民航学报》《北京航空航天大学学报》《中国民航大学学报》《安全与环境学报》;通过对期刊的综合影响因子和刊载文献的数量结合分析可得:《民航学报》《航空工程进展》《航空学报》是该领域最权威的核心期刊群。

进近着陆领域的关键词有很多,其中重要的关键词有“碰撞风险”“空中交通管制”“平行跑道”“进近着陆”等,出现频率和中心度较高。“碰撞风险”的突变强度和中心度最大,代表当前民机进近着陆研究的前沿部分。