基于知识图谱的国内智慧安全研究可视化分析

项乘浪，刘 辉，王海宁，王国强，徐晓萌，聂荣山

(中国计量大学 质量与安全工程学院，浙江 杭州 310018)

国际商业机器公司(International Business Machines Corporation, IBM)在2008年提出“智慧地球”概念，其理念和战略已经得到了各国的广泛认可。物联网、大数据、云计算、人工智能、虚拟现实等新兴信息技术不断的发展，使得数字化、网络化以及智能化被公认为是将来社会发展的大趋势。同时也因为新兴信息技术陆续运用在各个领域之中，使得在大数据背景下的社会安全将面临着巨大挑战和创新。而“智慧安全”也正是紧随信息化技术而兴起的一个相对新的研究领域。

科学技术的发展是推动社会发展的重要动力之一，大数据时代带来的信息共享和交互，也给传统的公共安全与应急管理的范式带来了冲击。“智慧安全”是一种新兴的安全管理思想，依托它建立智慧安全管理保障体系，通过大数据、互联网、云计算等先进的信息技术，与公共安全、应急管理的科技技术相结合。将公共信息、应急管理资源等要素进行整合并统一协调，有效地预防和减少事故灾害发生，增强对突发事件的监测预警以及事故发生后的科学决策、处置和救援能力。目前智慧安全主要在智慧城市的建设中体现，它是智慧城市的核心和关键。国外Batty等人给出构成智慧城市的基本概念，定义为信息通信技术(Information and Communication Technology, ICT)与传统基础设施的城市，使用新的数字技术进行协调和整合[1]。Zanella等人研究城市互联网对智慧城市前景的支持，利用最先进的通信技术来支持城市和公民管理的增值服务[2]。国内钟少波等人对城市智慧安全建设和应用进行探索，融合新兴信息技术构建城市智慧安全平台[3]。此外智慧安全还运用在企业管理或生产监控等方面，系统通过各种终端仪器及设备的检查、分析与显示，累积大量的安全管理业务数据[4]，建设企业智慧化安全管理系统，做到智慧报警、智慧作业、智慧指挥及智慧决策等。

近年来，随着人工智能的不断兴起和相关技术的发展进步，国内外学者针对智慧安全的研究也在不断进行创新，智慧安全研究已在医疗、食品、交通、应急等领域逐渐形成多样化的研究主题和前沿分支[5-8]。但是由于智慧安全是新兴的研究领域，目前其相关的理论研究还十分有限，主要是围绕智慧安全是什么，如何在各领域建设开展，而且这些研究整体还处于基础阶段，同时智慧安全的实践运用主要是在监测、监管上，还未形成完整的知识体系。为了更好地识别国内智慧安全研究的理论基础及知识群组，辨识智慧安全研究的主题分布与演化路径，探究前沿热点与发展趋势，本文基于中国知网(CNKI)数据库，综合使用文献计量学方法和科学知识图谱技术，从近二十年智慧安全研究的相关文献分布特征、研究主题、研究领域、研究热点及前沿等方面进行信息发掘，以期为智慧安全的后续研究提供理论参考和借鉴。

1 数据与方法

1.1 数据来源

利用CNKI数据库获取相关文献数据，以“智慧安全”(中英文对照)为主题，全面检索关于智慧安全的研究，检索时间设置为“2000年1月至2019年5月”。经过人工筛选、去重，共保留了1 043篇文献，文献类型主要包括期刊文章、会议文章以及学位论文三类，具体如表1。从表1可以看到，期刊文章的文献占比高达94.899%，其次为学位论文和会议文章，分别占比3.203%、1.898%。此外在期刊文章中，核心期刊论文61篇、CSSCI收录论文25篇、CSCD收录论文17篇。

表1 文献类型Table 1 Type of the literature

1.2 研究方法和工具

文献计量学是一门对学科技术研究现状和发展趋势进行描述、评价和预测的学科，通常采用数学与统计方法来挖掘文献的各种特征量信息。在文献计量学分析方法中，知识图谱能够用来显示科学知识的发展进程与结构关系，具有知识导航功能[9]，通常利用VOSviewer和Citespace软件来实现。VOSviewer是由荷兰莱顿大学(Leiden University)的Van Eck和Waltman开发的一种基于VOS技术的文献知识单元可视化软件。在显示映射知识领域，特别是在聚类方面具有独特的优势[10]。Citespace软件是美国德雷塞尔大学陈超美教授开发的一种常用的信息可视化软件[11]，侧重探测和分析学科研究前沿的演变趋势、研究前沿与其知识基础之间的关系，以及不同研究前沿之间的内部联系。目前已有很多研究人员采用知识谱图方法来评价各自领域的研究现状和预测发展趋势[12-15]。本文以智慧安全为主题绘制科学知识图谱来挖掘当下的研究热点、研究前沿以及研究趋势，以便为相关的研究提供依据。

2 结果与讨论

2.1 时间分布

为了评估智慧安全研究的成果，根据从CNKI数据库中收集2000年1月至2019年5月发表的文章，对智慧安全研究文献从时间分布上进行分析，了解智慧安全研究的趋势和变化。智慧安全文献的时间分布统计结果如图1。

图1 发文量随年度变化趋势图Figure 1 Yearly distribution of the number of articles

从总体趋势上看每年的文献数量呈现指数增长的趋势，具体可以分为两个阶段：第一阶段是缓慢发展期(2000-2010年)，该阶段发文量不高，年均十余篇，2000年发文量仅2篇，2010年最多也只有23篇。从整体上看，呈缓慢波动上升趋势。第二个阶段是迅速发展期(2011年至今)，从2011年开始每年的文献数量迅速增长，到2018年已达229篇，比预测指数曲线预测的都要快得多。虽然2019年发表文献的总量尚不清楚，但很可能按照这一趋势发展，说明智慧安全的研究热度在不断提高，其研究态势发展迅速。

2.2 主题分布

智慧安全涉及领域广泛，通过对主题的分析能了解其主要的研究方向和涉及的具体领域。对智慧安全研究主题进行统计分析，发文量前15的主题分布如图2。根据各主题的发文量可知，发文量最多的研究主题是智慧城市，达到334篇，其次是信息安全和智慧校园，分别是77篇和58篇。说明在智慧城市建设项目中智慧安全是其重要内容，研究的热度也最高。同时，在大数据时代背景下，信息安全为社会各层所广泛关注，因此它也是智慧安全研究热度较高的主题之一。此外对智慧校园这一主题而言，高校管理也逐渐向智能化的方向发展，“智慧安全管理”是高校安全管理的主要改革和发展方向。智慧安全的研究在这些主题上得到了具体的应用并且其研究热点还在不断的提高。

图2 文献的主题分布图Figure 2 Thematic distribution of the literature

2.3 来源分布

通过智慧安全研究的文献来源期刊分布，可以了解国内目前智慧安全研究文献主要发表在哪些期刊，以及其侧重的研究领域。统计发文数量前10的来源期刊以及均篇下载次数等相关数据，具体情况见表2。

表2 来源期刊统计表Table 2 Source journal statistics

可以看出目前在期刊《中国公共安全》上登载的文献数量最多，达41篇。其次是《网络安全与应用》和《信息安全与通信保密》，分别是24篇、16篇。这说明了智慧安全在公共安全上的研究成果较多，其次是网络安全和信息安全。此外，均篇下载次数则是期刊《电子政务》的次数最多，达到351.50次，其次是《网络安全技术与应用》和《智能建筑与智慧城市》两本期刊，分别达到131.54次、116.88次，说明其发表的智慧安全研究文献被众多学者所关注。

2.4 机构分布

通过对智慧安全研究的机构分布，可以得知目前在国内开展智慧安全研究的主要机构，并通过机构能更准确地了解智慧安全的研究主题和深度。根据统计文献数据，绘制了文献的机构分布知识图谱，以及发文量前10的机构分布情况表，分别见图3和表3。

图3 文献的机构分布图Figure 3 Organizational distribution map of the literature

表3 国内智慧安全研究相关机构分布表Table 3 Organization distribution table of domestic smart security research

通过图3可知军事科学院和中国电信上海研究院是中心度最高的两个研究机构，表明这两个机构在智慧安全研究领域有较高的影响力。由于这两个机构的发文量相比其他机构较少，因此没在表3中显示。其次各个机构相互之间的联系较少，说明智慧安全研究目前主要是以各机构独立研究为主。通过表3发现高校的发文量相对较多，这可能与高校学术研究的特点相关。而均篇被引次数可以了解机构发表文章质量的高低，华南理工大学的均篇被引次数最高，达到21.80次，主要发表的是博士、硕士学位论文，研究的深度较高。其次是上海社会科学院信息研究所，达到了16.40次，这间接体现了该研究所在智慧安全研究领域有较高的水平。

总体而言目前国内主要的智慧安全研究机构以高校为主，其次是研究所以及相关公司。造成这个现象的原因可能与当前智慧安全研究时间不长并以理论研究为主有关，各高校师资力量不同且各自研究方向也不尽相同，促进了智慧安全研究的多样化发展。

2.5 研究热点与前沿分析

2.5.1关键词共现分析

关键词可以反映文章的核心内容。因此，关键字分析可以用来识别与知识领域相关的不断发展的研究热点[11]。本文使用VOSviewer软件绘制了智慧安全研究文献的关键词共现知识图谱，如图4。关键词共现知识图谱中相同颜色的节点代表着一个聚类，同种聚类内的关键词联系密切，不同聚类之间的联系则可以探索其中蕴含的关系。从图4可知，这些关键词大致分为5个聚类，分别以红色、绿色、蓝色、黄色、紫色表示。

图4 关键词共现知识图谱Figure 4 Mapping knowledge domains of key words co-occurrence

聚类1(红色)：红色聚类中出现频率最大的关键词是智慧城市，连接了58个节点。其次较大的几个节点是信息安全、网络安全、大数据、智慧校园等，这也是在智慧安全研究中的几个主要的主题。红色聚类以智慧城市的构建为主，以互联网、云计算、大数据等现代信息技术为手段来合理利用和分配社会资源、自然资源、人力资源等，来提升城市管理、运行和生活水平，已达到“智慧”的形态。其中智慧安全是智慧城市在建设中的一个重点，涉及信息网络、安全管理、安全平台等多个方面建设。例如王枫云等人在智慧城市构建中以“智慧”为主题，提出智慧政务领域、智慧企业领域、智慧民生领域、智慧交通领域这四个方面的建设要求[16]。

聚类2(绿色)：绿色聚类主要是围绕关键词公共安全、企业管理以及智慧交通为主，主要分为两个方面，一方面是通过大数据融合分析的技术进行管理和决策，以复杂突发事件或交通事故做情景构建和推演，为智慧安全公共安全管理以及交通监管创造新的模式，例如刘红波等人从制度和技术双重维度进行研究，提出了智慧安全作为新型的公共安全管理模式[17]。另一方面是以企业管理为主，针对各自行业的特点，运用“互联网+”实施安全智慧监管，打造智慧、共享、监管一体化管理体系，努力进行智慧安全管理的新模式创新。

聚类3(蓝色)：蓝色聚类以智慧安全在安全生产上的研究为主，以监管部门为主导，结合互联网以及信息技术来收集、统计、处理与安全生产相关的数据，加强各行业生产活动的智慧化生产和管理。例如徐静等人针对矿山企业生产、经营管理特点及其信息化需求, 在自动化、数字化、智能化矿山的基础上阐释智慧矿山概念[18]。同时也为应急管理提供准确的信息资料，促进面对突发事件能高效、准确的开展。

聚类4(黄色)：黄色聚类主要围绕食品安全、智慧社区、安全防护、人工智能等四个关键词为主，其中在食品安全上有较大呈现，结合“互联网+”、智慧监管和安全标准等三个关键词，展现了智慧安全在食品安全上主要的研究是监管多元化、多样化并深刻结合智慧城市理论的新兴食品安全监管体系。例如王冀宁等人探索人工智能技术在食品生产各个环节的应用，提出食品安全智慧监管新期望[19]。此外在安全防护方面也有陈家焱等人基于互联网技术来建立电梯安全监控系统，实现电梯安全防护的自动化和信息化[20]。

聚类5(紫色)：紫色聚类是个小聚类只有2个关键词服务平台和智慧旅游。目前以互联网为基础构建智慧服务云平台，通过数据分析综合管理的方式已经在有关领域取得成效。智慧旅游主要是针对目前我国节假日旅行人数众多的现象，对旅游景点的相关智慧服务和人员信息统计，实现旅游资源及社会资源的共享与有效利用的系统化、集约化的管理变革[21]。

从各聚类分布可以看出，五个聚类相互交叉说明其整体联系较多，目前智慧安全的研究虽各有侧重，但其运用的理论及技术相差不大，更多的体现在应用层面。导致这个现象的原因可能是智慧安全作为新兴研究领域其研究时间不长，其内涵和外延还有很大拓展空间。

2.5.2关键词时间线分析

关键词共现网络知识图谱不能有效展现关键词的时间分布，为了研究智慧安全研究的进展情况，使用CitespaceV软件绘制了关键词可视化时间线图，如图5。关键词时间线图描述了智慧安全研究热点随时间的变化情况，以时间为X轴，关键词为Y轴。横向分析关键词最早出现的时期以及它的研究进展，纵向分析不同聚类关键词的差别与联系。图中每个节点对应着一个关键词，节点越大表示这个年份里其对应的关键词出现的频次越多，节点的颜色越深表示该关键词的突发性越强，也意味着该关键词是该时期的热点。

图5 智慧安全研究关键词时间线图Figure 5 Timeline view of keyword for smart security research

由图5可知，智慧安全研究共有8条时间线，表示了不同集合的具体时间分布。可以发现关键词热点主要分布在近十年，最早突显的关键词是“客户端”、“企业管理”，说明智慧安全研究在2008年时对于企业智慧化管理研究是突显的热点，具体是企业在管理上通过大数据、云计算、互联网等信息技术手段来实现智慧监管以及信息整合。也表明了智慧安全在2008年才逐渐成为热点，并被越来越多的研究人员所关注。随着2010年智慧地球的提出，其作为研究热点也随之突显，正是在这背景下智慧安全的研究开始迅速发展，其中在2012年左右出现的频次最多、突发性最高的关键词“智慧城市”是主要研究主题。信息社会的迅速发展是推动智慧城市建设的主要力量，依托智慧城市建设这一大方向下智慧安全研究渐渐在食品安全、信息安全、交通安全、公共安全、校园安全等几个方向展开并深入。高校是智慧安全研究的主要力量，而校园作为一个小型社会其有较高的应用价值，取得的反馈信息也相对有研究意义。因此智慧校园也是当前一大研究热点，如王虹等人基于“智慧校园”建设，探讨利用校园网络资源和信息技术实施实验室安全管理平台建设[22]。也正是在这个时候智慧安全的研究热点逐渐增加，研究成果在不同的领域得到应用，比如智慧政务、智慧油田、智能交通、化工园区等以互联网为手段，监管监测相关信息或指标，构建安全保障体系。目前在政治安全、经济安全、社会安全这三方面智慧安全的研究均有涉及。最近几年，较为突出的关键词是“实时监控”、“智慧工地”、“智慧社区”以及“非传统安全”。可以发现目前智慧安全研究越来越普及化，着重于普通民众的信息服务及安全保障。

2.5.3主题演化路径及前沿分析

根据关键词共现网络和时间线分析，通过关键词展现了智慧安全研究领域的主题演变，具体如图6，智慧安全研究可以归纳总结为“智慧安全基础理论”、“智慧安全-智慧城市-智慧城市技术-智慧城市建设”和“智慧安全-信息技术-智慧管理-智慧监控”3条主要演化路径。

图6 研究主题演化路径图Figure 6 Evolution path diagram of research theme

“智慧安全基础理论”研究路径。在智慧安全研究的两个阶段中，可以看出在缓慢发展期主要集中在“智慧安全”、“智慧地球”等基础概念的引入，主要是塑造理论框架及内涵。随着进入迅速发展时期，研究的主题逐渐细化为“信息安全”、“网络安全”、“公共安全”、“校园安全”、“交通安全”等分支，表明智慧安全研究更加细化及有针对性，促进了智慧安全的研究主题及成果的实践与应用。

“智慧安全-智慧城市-智慧城市技术-智慧城市建设”研究路径。该路径是智慧安全研究的主要分支，从智慧安全基本理论出发，结合时代背景下提出的智慧地球理念，提出智慧城市这一概念并研究其内涵及可行性。在此基础上，充分运用现代信息技术来推动智慧城市技术的研究，从而促进智慧城市的建设研究。

“智慧安全-信息技术-智慧管理-智慧监控”研究路径。该路径是智慧安全研究的应用分支，代表着智慧安全研究在各个领域上的细化及应用。结合关键词可视化时间线图可以发现，安全管理研究最早是应用在企业，引入智慧安全的理论，研究新兴信息技术的运用，并逐渐转移到智慧管理研究。近年来，实时监控这一主题也逐渐被引入，结合智慧安全管理，通过实时数据的收集及分析，来预防事故发生。

在文献计量研究中，前沿往往采用代表该研究内容的词汇或短语出现次数的变化进行分析[23]。因此相对于高频关键词分析而言，突显关键词更能代表研究领域的新兴趋势和变化。由表4可以看出，智慧安全的研究在近几年新兴热点突显性高。在缓慢发展时期，“安全信息学”(2003-2005年)是该领域的研究前沿，突显强度为4.100 1。“企业管理”(2008-2015年)是智慧安全研究两个时期转变时的研究前沿。在2017-2019年突显度高的关键词较多，突显强度前三的关键词是“智慧校园”“公共安全”以及“大数据”。说明在国内智慧安全的研究前沿这个这三个主题方向。

表4 关键词突显信息表Table 4 Keyword burst information table

3 结 论

本文通过文献计量学方法和科学知识图谱技术辨识国内智慧安全的研究状况，获得如下结论。

1)智慧安全研究发文量呈指数增长趋势，智慧安全作为一新的研究领域其关注度正在迅速提高，智慧城市、信息安全、智慧校园是目前排前三的研究主题。《中国公共安全》和《电子政务》分别是刊登文献最多和下载量最高的期刊。研究机构主要是以高校为主，文献关注度较高的两家机构是华南理工大学和上海社会科学院信息研究所。

2)智慧安全研究最早突显的热点是在2008年出现的“企业管理”。近几年智慧安全的研究热点主要集中在智慧城市、信息安全、安全生产、智慧校园、智慧监管、智慧社区等主题，研究侧重应用层面，以及从理论、共性研究逐渐转向实践、特性研究。研究的主题在不断细化和深入，以“智慧安全基础理论”研究路径为主，智慧城市是目前国内的研究重点，而智慧校园、公共安全以及大数据是三大主要研究前沿。

总体而言，在大数据时代背景下，依托于信息技术迅速发展的智慧安全研究是未来发展的重要趋势之一，其不仅可以促进社会平稳、和谐、科学发展，还可以增强对突发应急事件监测预警、综合分析及科学决策、处置及救援的能力。