基于CiteSpace构建煤矿安全知识图谱①

马 梦， 盛 武

(安徽理工大学经济与管理学院,安徽 淮南 232001)

0 引 言

煤矿是国家重要能源，煤炭行业是国家经济重要支柱。煤矿属于高危行业，尽管国家在煤矿安全生产管理、事故原因彻查和依法严肃追责方面有所加强，但整体安全管理意识落后仍使我国煤炭安全形势颇显严峻，煤炭事故频发已是滞碍我国煤炭行业安全的重要因素之一[1]。

对煤矿安全的研究，国内外学者大多集中在领域内单一细分主题或技术，忽略了如何系统性地挖掘研究领域内大量文献数据潜在规律价值。CiteSpace V是一个主流且有巨大影响力的知识图谱绘制软件，能可视化分析数据、挖掘隐含规律，不仅具有强大的数据处理能力，而且融合了聚类、社会网络分析等功能，擅长研究知识间的内外在关系[2]。通过CiteSpace V软件分析煤矿安全领域关键词、核心作者和研究热点等，生成知识图谱。知识图谱利用符号展示概念及知识关系，可视化煤矿安全的发展趋势与研究动向，使文献知识网络的了解获取更高质高效[3-4]。以期为国内煤矿安全研究发展与创新提供参考，研究技术路线见图1。

图1 研究技术路线图

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

利用《中国期刊全文数据库(CNKI)》高级检索功能，主题=“煤矿安全”，选取2009—2018年煤矿安全相关文献，来源分别为CSSCD、核心期刊和CSSCI，得到文献2292篇，筛选去除书籍、会议记录和新闻报告等形式，使结果更有代表性与权威性。最后筛选出用于分析的2027篇期刊文献，并以Refworks文献导出格式保存。

1.2 研究方法

CitesSpace V是基于引文分析理论和Java环境开发的可视化网络分析软件，可用以识别科学文献，可视化科学发展的动态趋势。利用从CNKI库中收集的数据进行详尽的数据分析与图谱绘制，旨在把握煤矿安全的研究热点、发展规律，明确趋势方向[5]。数据分析近10年来，关于煤矿安全研究的机构、作者及关键词。将引文与共引模式综合分析，融入社会网络和复杂性网络分析思想，构建关键词时区图，以揭示科研发展，跟踪科研演变。

2 知识图谱建模分析

2.1 发文量分析

近10年来国内煤矿安全领域发文量如图2，依据发文量折线分两阶段:沉浮期(2009—2013年)和消退期(2013—2018年)。煤矿安全形势初期广受关注，发文量最高值在2009年达300篇。2009—2013年，发文量轻微迭降，但仍保持较高量，随后煤矿安全领域研究呈学术降温势态，虽然2013年后发文量小幅降低，但仍在100篇以上。表明国内学者在此期间始终重点关注煤矿安全研究领域。

图2 2009-2018年发文量统计图

2.2 机构&作者图谱分析

利用CiteSpace V对煤矿安全研究机构和作者进行知识图谱构建，节点类型分别设“Author”和“Institution”。分析煤矿安全研究现状及合作强度。

2.2.1 机构图谱及数据分析

图3所示为国内煤矿安全研究机构分布图谱(图中只显示发文量不低于27篇的代表性机构)，图中节点共26个(节点大小正相关机构发文量)，连线共21条(节点间连线表征合作情况，连线越粗，合作越密切)。观察煤矿安全研究机构分布图谱可知，机构多呈点状分布且节点连线较少，缺乏合作交流有碍学术成果创新。另外，政府与企业的节点较少，说明多数政府和企业在该领域的科研投入力度较小，高校为煤矿安全领域研究主力军。

图3 国内煤矿安全研究机构分布图谱

图4为国内煤矿安全研究机构发文量排名统计，前15名中多达10位为中国高校，其中中国矿业大学(北京)发文量最多，达309篇；其次，中国矿业大学(徐州)158篇，河南理工大学开始研究时间较晚但发文量多达36篇，属国内煤矿安全研究领域新兴机构。综合图3-4，中国矿业大学对煤矿安全领域的研究更热忱，同其他机构合作较广，影响力较高。除此之外，山东科技大学、辽宁工程技术大学及太原理工大学等均为煤矿安全领域的研究贡献不同程度力量。

图4 国内煤矿安全研究机构发文量(前15名)

2.2.2 作者属性分析

研究领域内作者发文情况，找到有高学术权威和影响力的作者或团队，再研究其所著文章，得到的数据更具前沿、可靠性，有助于把握研究领域发展规律趋势。作者发文量是体现其科研实力指标之一，因此统计高产作者对于研究该领域的热点和前沿问题有重大意义。图5作者分布图谱只显示发文量不低于9篇的作者，节点数2831，连线数3571，节点愈大，发文量愈高。其中最大节点孙继平的高产发文量32。节点分布显示，大多文章由作者独立产出，且为机构内部合作，机构间合作交流欠缺将不利于领域研究全面性地发展。

图5 国内煤矿安全研究作者分布图谱

由普赖斯定律：

(1)

式(1)M为一位高产作者最低发文量标准，nmax为最高产作者发文量(32篇)。经计算得，煤矿安全高产作者的发文量应不低于M=5(篇)。

计算结果得高产作者共40人。表1选取统计了国内高内高产作者，由表看出中国矿业大学孙继平(32篇)和谭章禄(12篇)、太原理工大学栗继祖(16篇)、郑州大学王金凤(15篇)和冯立杰(13篇)等论文高产出，是该研究领域的核心代表。其中，孙继平[6-8]主要专注煤矿安全生产监控通信与信息化、煤矿电气安全研究实践，解决了一系列行业共性、关键性技术难题，研究成果丰硕，学术影响力强。王金凤和冯立杰[9]专注煤矿安全管理和矿灾防治研究。对煤矿安全投入增加率和安全生产因素水平作用安全绩效的影响程度仿真模拟，构造安全投入与绩效在煤矿生产中的系统动力学模型，为矿企安全投入决策提供支撑。太原科技大学的曾建潮、李亨英和陈兆波等[10-11]，主要研究煤矿安全事故人因分析，设计了能较快使分析结果满足一致性条件的开闭环分析方法，并将一些安全事故报告作为样本以验证方法的有效性，为煤矿安全事故致因研究提供思路。栗继祖等[12]对煤矿管理中不安全行为研究深入，在实践上有效提高了人为事故隐患防控措施的科学、有效性，为煤矿安全决策提供支持。

表1 国内发文量≥9篇的高产作者

3 研究热点与趋势前沿分析

3.1 关键词知识图谱构建

关键词能高度概括论文的核心内容、有效表达文献主题和承担文献标引工作，当多篇文章的关键词表现出一致性时，表明这些文章具有某方面相关性。冯佳等[13]在研究国际语言规划和政策的536篇Web of Science论文的共被引数据时，就通过关键词研究领域所含理论框架和知识体系。为更全面展现国内煤矿安全领域知识体系及研究热点，对文献进行关键词知识图谱和共现矩阵分析，如图6和表2所示。

图6经CiteSpace V绘制所得，节点类型设“Keyword”，年份分割值设1，阈值模式设“Top N”，图6关键词节点数75，关联连线185条，节点方形大小正相关表征文献关键词出现频率，节点间连线愈粗，代表这2个关键词共现可能性愈大、关联性愈强。由图6可知煤矿安全领域除涉及到工程方面的研究，还与管理学有千丝万缕的联系。四周分布较小的节点：卷积神经网络、风险评估和不安全行为等揭示了我国煤矿安全领域研究新兴热点。表明研究者逐渐将关注点聚焦于事故预防、人员训练和人因失误等方面。

图6 关键词知识图谱

3.2 关键词共现矩阵

绘制关键词共现矩阵如表2所示，煤矿安全(452次)及煤矿(386次)为整个关键词网络中最大的2个节点，是占据矩阵要位的核心关键词；“安全管理(149次)”、“安全生产(132次)”、监控系统(66次)和煤矿事故(48次)等关键词出现频次也较高，反映国内学者关注领域焦点趋向于煤矿安全管理、风险监测和煤矿事故防治等。

表2 关键词共现矩阵

表2关键词共现矩阵列出共现频次，安全生产与煤矿共现63次，安全管理和安全监控系统分别与煤矿共现57和23次。综合分析，煤矿安全研究可归纳为以下热点：煤矿安全管理、煤矿安全生产、煤矿风险监控、风险事故分析和信息技术应用等。其中监测预警系统最具代表性，安全管理及安全生产一直是学者研究的热点。由于煤矿安全数据种类多、规模大，传统数据采集处理技术已难以满足渐增的数据处理及存储需求，因而基于大数据、云计算等信息化技术的煤矿安全领域研究逐渐成为焦点。研究者及企业愈来愈重视安监人员的专业能力素质，安全培训和制度约束。

3.3 时区图趋势分析

Citespace时区图能动态顺时地呈现热点/前沿与知识根基的联系[14]。分析节点选择“Keyword”，时区切片设置1年，阈值范围设置Top40，布局的可视化方案选择“Timezone”，绘制时区视图见图7，图中上方时间坐标为2009-2018，共293个节点，974条连线。节点越大代表关键词频数越高，知识流向从深色到浅色，且相近深浅代表聚类集中性，关键词共现以节点间连线表示。时间序列图显示，对煤矿安全的研究方向从基础理论研究渐转技术应用研究；近几年对煤矿安全的研究趋势逐渐偏向风险辨识预测、员工培训、不安全行为和应急联动等方面。

图7 国内煤矿安全领域高频关键词时区视图

4 前沿趋势分析

学术界称在短期出现或被用频次较高的词为突现词[15]。通过CiteSpace V剖析突现词，以突现词强度及突现时长了解煤矿安全领域研究前沿趋向，统计结果如表3所示。

表3 煤矿安全研究突现词统计

由表3可知“煤矿监控”突现的时间最长(2012-2016年)，“煤矿安全监控”突现的强度最大(5.8022)，表明煤矿安全监控一直是煤矿安全研究领域的热点前列。“煤矿安全监控系统”、“不安全动作”及“应急管理”等关键词自突现后时长延伸至2018年末时研究热度仍未减弱，为该领域内的最新前沿趋势代表。近年突现词表明未来国内煤矿安全将联合计算机信息技术领域、依托技术创新支撑煤矿安全智能化发展。

5 结 论

通过CiteSpace V对国内煤矿安全领域发表的核心期刊文献数据挖掘，得到以下结论：

(1)煤矿安全研究政府及企业投入力度低，力量多集中高校，发文机构间欠缺交流合作，大多文章由内部作者独立产出，会导致研究片面性，制约领域研究深入发展，应加强相关合作交流。

(2)煤矿安全研究热点包括：煤矿安全管理与生产、风险辨识预测、煤矿事故分析、信息技术应用；矿业员工素质及培训和事故应急愈来愈被重视。

(3)信息技术应用拓宽了煤矿安全领域研究广度，提高了信息处理能力，实现了多渠道煤矿事故防治，为煤矿安全领域提供了良好技术支撑。

(4)不安全动作、风险辨识与智能监控预警等是领域内近年来广受关注的热点前沿，煤矿安全领域将结合大数据等信息技术，呈现数字、智能化发展趋势。