安全疏散中ICT技術應用研究脈絡與熱點分析*

梁本部，謝科范

(武漢理工大學 管理學院，湖北 武漢 430070)

0 引言

自人類進入信息社會以來，以計算機和微電子技術為代表的信息通信技術(Information and Communication Technology，ICT)實現(xiàn)了長足發(fā)展，人類社會實現(xiàn)了高度信息化。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術的快速發(fā)展，ICT技術內涵日益豐富、應用持續(xù)拓展、規(guī)模迅速擴張，引發(fā)了全社會、全行業(yè)、全學科的深刻變革，對社會福利、經(jīng)濟增長和國家安全產生了長遠影響[1]。ICT技術在發(fā)生深遠變革的同時，也為公共安全、風險預控等領域帶來新的變化，其在安全疏散中的關鍵性作用日益凸顯，成為當前理論研究和社會實踐的熱點[2]。

ICT技術即信息通信技術，是信息技術與通信技術相互交叉融合而形成的一個新概念和新技術范疇[3]，以下一代網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能終端等為技術代表。ICT技術作為信息通信的核心支撐[4]，能夠為安全疏散提供更為廣泛的服務、更為即時的溝通和更為有效的疏散方案。在以往學者對安全疏散的研究中，更多地聚焦于疏散行為的建模和仿真，或專注于某項ICT技術在安全疏散中應用的研究，或只是對中國安全疏散研究進行知識圖譜概括[5]，而較少有學者總結歸納ICT技術在疏散領域的應用。 Stephens等[6]通過建立模型發(fā)現(xiàn)，ICT技術的應用不僅能夠拓寬疏散信息范圍、提升疏散效率，同時能夠大大加速行人在疏散中的決策進程。人群監(jiān)控技術的出現(xiàn)，可以監(jiān)測人群的移動、位置和群體行為，常常用于人群密集區(qū)域和實時監(jiān)控[7]。移動電話的普及，為提升人群踩踏預測和擁擠估計的準確度提供了便利[8]，手機數(shù)據(jù)與定位技術相結合，能夠優(yōu)化大規(guī)模人群疏散行為決策，而物聯(lián)網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡的使用可以為人群疏散提供更精準的定位和疏散預警[9]。運用大數(shù)據(jù)分析、機器學習等新ICT技術手段，構建城市公共安全和安全疏散應急仿真平臺，從而實現(xiàn)從“經(jīng)驗驅動”向“數(shù)據(jù)驅動”決策模式轉變[10]。

有效信息是影響安全疏散的關鍵，信息通信在安全疏散中扮演著重要角色[11]。一般而言，可以將突發(fā)事件的信息來源劃分為個體信息源、組織信息源和新聞機構信息源3個方面[12]。網(wǎng)絡技術和無線傳感器可以優(yōu)化上述信息源，并進行智能疏散規(guī)劃，通過廣泛布置溫度、氣體等傳感器和監(jiān)控設備，將傳感器收集的信息上傳到云支持的模擬器中進行優(yōu)化計算，然后將疏散建議下載到持有移動設備終端的行人中，或者通過疏散節(jié)點的廣播、LED指示等方式，對人群安全疏散進行指導[13]。

從社會實踐視角，ICT技術為安全疏散帶來了重要的技術支撐。但從理論構建視角，現(xiàn)有文獻尚缺乏對ICT技術與安全疏散研究現(xiàn)狀、演進和啟示的計量分析。本文擬借助文獻計量分析軟件CiteSpace V，綜合使用科學計量學、復雜網(wǎng)絡科學、數(shù)據(jù)挖掘等研究方法，基于共引理論和尋徑網(wǎng)絡算法，建立Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫中ICT技術在安全疏散中的應用研究文獻知識圖譜，綜合分析ICT技術在人群疏散中應用現(xiàn)狀和研究前沿，明確相關研究的演進路徑和發(fā)展趨勢，為ICT技術在安全疏散中的深入應用和發(fā)展提供建議。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

借助Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(包括SCI,SSCI,CPCI-S,CPCI-SSH這4個子數(shù)據(jù)庫)高級檢索方式，通過專業(yè)領域主題詞表、《漢語主題詞表》、MeSH主題詞列表，并參考相關文獻和咨詢領域專家，限定檢索主題。考慮到ICT技術的發(fā)展歷史和研究時效性，檢索時間跨度為2000—2018年，檢索的文獻類型主要包括Article，Proceeding papers和Review，共發(fā)現(xiàn)639篇文獻。通過去除不相關學科文獻等精煉操作，導出全文題錄，最終共獲得399條研究文獻。

1.2 研究方法

引文空間著眼于研究科學分析中蘊含的潛在知識，是在科學計量學、數(shù)據(jù)可視化背景下發(fā)展起來的引文可視化分析方法。由于是借助可視化的手段來呈現(xiàn)科學知識結構、規(guī)律和分布情況，因此也將通過此類方法分析得到的可視化圖形稱為“科學知識圖譜”?？茖W知識圖譜是以知識域為研究對象，顯示科學知識的發(fā)展進程與結構關系的一種圖像[14]。本文采用CiteSpace V可視化軟件，通過對文獻數(shù)據(jù)信息的相關性分析和處理，研究ICT技術在安全疏散中的研究前沿及應用趨勢與知識基礎的關系，發(fā)現(xiàn)不同研究前沿的內在聯(lián)系。通過對研究文獻的可視化，能夠清晰直觀地辨識學科前沿的關鍵演化路徑和學科領域的關鍵節(jié)點。

2 研究主題與文獻分布

2.1 時空分布

ICT技術在人群疏散中應用的相關文獻呈現(xiàn)遞增趨勢，尤其是2011年以來，發(fā)文數(shù)量激增，說明隨著ICT技術的迅猛發(fā)展，特別是新技術的涌現(xiàn)，學術界相關研究也更加聚焦，發(fā)文量年度分布如圖1所示。

圖1 發(fā)文量年度分布Fig.1 Annual distribution of number of published papers

21世紀以來，應用ICT技術研究人群疏散大致可以分為3個發(fā)展階段：2000—2007年為低潮期，相關研究較為零散，年均發(fā)文量僅為4篇，主要關注ICT技術應用構架設想；2008—2011年為增長期，隨著ICT技術的日趨成熟，ICT技術的應用研究開始升溫，研究成果呈現(xiàn)增長態(tài)勢，年均發(fā)文量14篇；2012—2018年為爆發(fā)期，此時ICT理論和技術得到推廣，在人群疏散領域的應用日趨成熟，研究成果爆發(fā)式增長，年均發(fā)文量達45篇，這與現(xiàn)實中ICT技術與人群疏散結合的應用實際相符合。

從發(fā)文國家來看，相關研究主要集中在美國、日本、英國和德國等發(fā)達國家和中國。美國工程技術領先，有很多ICT技術的原創(chuàng)研究，與人群疏散的結合較為緊密，發(fā)文量占比20.3%。此外，英國、德國等歐洲國家也是ICT技術研究的主導力量，在人群疏散中的應用水平較高，發(fā)文量占比20%。緊隨其后的是中國、日本等東亞國家，二者發(fā)文占比分別為18.3%和16.29%。

2.2 作者統(tǒng)計與合作網(wǎng)絡

通過發(fā)文合作統(tǒng)計可以分析ICT技術在人群疏散應用研究中的代表性研究學者[15]。圖2展示了2000—2018年發(fā)文量≥4篇的核心作者分布情況。相關研究的核心作者合作網(wǎng)絡整體上呈現(xiàn)塊狀分布，包含3個主要合作版塊：①以英國倫敦帝國理工學院Erol Gelenbe教授為核心的研究團隊，該學者發(fā)文量達12篇，是研究成果最多的學者；②以來自臺灣的Cheng Shengtzong教授為重要節(jié)點的研究版塊，專注于ICT技術、無線網(wǎng)絡技術等領域，該版塊核心作者發(fā)文總量為23篇；③以來自日本的Shigeki Yamada教授為重要節(jié)點的研究版塊，該團隊大部分來自日本國立情報研究所，聚焦于移動通信、移動網(wǎng)絡、網(wǎng)絡仿真等方面，發(fā)文量為13篇。來自中國清華大學的Jia Qingshan發(fā)文量達到6篇，但跟上述3個主要版塊沒有交集，中心性較低。這也說明，雖然中國發(fā)文量排名第二，但中國學者與國際研究機構的合作有限，尚未形成研究集群。

圖2 主要作者合作網(wǎng)絡知識圖譜Fig.2 Knowledge map of lead author collaborative network

2.3 研究主題共現(xiàn)分析

關鍵詞作為文章核心內容的體現(xiàn)，通過關鍵詞共現(xiàn)能夠有效反應研究主題。以關鍵詞為網(wǎng)絡節(jié)點繪制ICT技術應用人群疏散研究知識圖譜如圖3所示。由圖3可以看出，關鍵詞共現(xiàn)主要分布在無線傳感器網(wǎng)絡、疏散、仿真和模型等方面，共現(xiàn)頻次均超過20。其中“無線傳感網(wǎng)絡”和“疏散”的共現(xiàn)頻次超過了40，是該研究的熱點和聚焦點，也同其他研究主題存在著較高相關關系。在關鍵詞“疏散”節(jié)點連線中，與無線傳感網(wǎng)絡、導航、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、模型等緊密相連，表明相關ICT技術在人群疏散中的應用較為廣泛。作為ICT技術應用于人群疏散最為普遍的無線傳感網(wǎng)絡技術，可以用來進行環(huán)境危險檢測，保證建筑物疏散和相關資源的數(shù)據(jù)安全及時地傳遞，從而幫助人們在緊急情況下安全快速地逃離危險區(qū)域[16]。

圖3 關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡Fig.3 Co-occurrence network of key words

3 研究演進與科研網(wǎng)絡

3.1 作者共被引分析

科學文獻并非孤立，其相互引證反映了科學發(fā)展規(guī)律，不同學科領域、不同科研團隊的交叉滲透，體現(xiàn)了知識的連續(xù)性、累積性和繼承性，而且引文網(wǎng)絡的疏密也能夠反映引文分布的客觀規(guī)律[17]。對文獻作者共被引分析，聚類點類型選擇Cite Author，閾值選擇TOP 15，時間切片為每年，連接算法采用默認的Cosine算法，得到論文作者共被引圖譜如圖4所示。從圖4可以看出，社會力模型的開創(chuàng)者，著名的德國科學家Dirk Helbing以引用頻次25次位居榜首，從連線情況可以發(fā)現(xiàn)，Dirk Helbing的研究工作[18]被各國學者廣泛引用，并引發(fā)了一系列連鎖效應，促進了該學科的長久發(fā)展，對ICT技術在人群疏散中的應用做出了開創(chuàng)性貢獻，其對推動人群疏散和ICT技術研究起到顯著作用。除Dirk Helbing教授以外，上文提到的3個合作網(wǎng)絡版塊的重要節(jié)點作者，也都是該領域的高被引學者。

3.2 期刊共被引分析

學術期刊是科學文獻發(fā)表和傳播的重要平臺，通過期刊共被引分析，可以直觀看出ICT技術在人群疏散研究中的期刊偏好和影響力[19]。按照研究的不同時期，對期刊共被引情況進行圖層疊加，得到低潮期(2000—2007年)、發(fā)展期(2008—2011年)和爆發(fā)期(2012—2018年)的期刊共被引知識圖譜如圖5所示。整體來看，相關研究的科技論文主要集中在自然科學類期刊上發(fā)表，其中Lecture Notes in Engineering and Computer Science，IEEE Communications Magazine，F(xiàn)ire Safety Journal，COMPUTER，PLoS One等被引用量均超過20，上述期刊都是各自領域的頂級期刊，刊發(fā)的學術成果受到學術界的關注。除此之外，像Safety Science等安全科學領域的專業(yè)期刊也受到大量關注，其學術研究更為聚焦，更容易受到研究領域同行的關注。從文獻共被引的發(fā)展時期來看，在研究初期(低潮期和發(fā)展期)，文獻更多地集中在綜合類、跨學科期刊上(如PLoS One，Nature)，隨著ICT技術逐漸成熟，刊發(fā)相關研究的文獻逐年遞增，并向專業(yè)期刊拓展，研究成果越來越多地發(fā)表在計算機科學與技術等專業(yè)期刊上，表明ICT技術對人群疏散的研究從理論到實踐，再從實踐到理論的融合發(fā)展。

圖4 作者共被引網(wǎng)絡Fig.4 Co-cited network of authors

圖5 期刊共被引網(wǎng)絡Fig.5 Co-cited network of journals

3.3 學科領域分析

圖6 學科聚類分析Fig.6 Cluster analysis of discipline

學科的發(fā)展離不開交叉，或是理論方法的交叉，或是實踐應用上的結合。ICT技術的廣泛使用，得益于工程科學、計算機科學、交通科學等學科領域的快速發(fā)展[20]。通過對科學文獻學科領域進行分類，得到學科領域聚類知識圖譜如圖6所示。由圖6可以直觀看出，ICT技術應用在人群疏散研究中各個學科的分布情況。首先，ICT技術作為第三次工業(yè)革命的產物，是工程技術領域的重要創(chuàng)新，促進了人類信息通信的巨大飛躍，尤其是無線傳感網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)的應用，為應急疏散中持續(xù)的環(huán)境監(jiān)測和可靠的數(shù)據(jù)傳輸提供了重要保障[21]。其次，ICT技術的核心是信息和通信技術[22]，離不開計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術的創(chuàng)新，近年來人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實和仿真技術的異軍突起，為ICT技術的應用提供了新動力。當然，ICT技術在人群疏散的應用，也離不開相關火災科學、交通科學和心理科學等眾多學科的交叉。在建筑火災中，無論是居民還是消防員都面臨著如何從火場中安全撤離的問題，通過整合物聯(lián)網(wǎng)、建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)和火災動態(tài)模擬(Fire Dynamics Simulator,FDS)等ICT技術，能夠實現(xiàn)實時監(jiān)測火情，并智能模擬和制定安全疏散路線[23]。在交通疏散領域，車載物聯(lián)網(wǎng)、無線射頻技術[24]、地理信息系統(tǒng)[25]等ICT技術，大大促進了智能交通疏散發(fā)展。大數(shù)據(jù)[26]、虛擬現(xiàn)實[27]、眾包技術等ICT技術的出現(xiàn)，使得人們開始能夠大規(guī)模和準確地對疏散情境下人類心理與社會行為進行量化和分析。近年來，借助手機數(shù)據(jù)(短信、郵件等)、社交媒體(推特、微博等)、網(wǎng)絡社區(qū)(貼吧、論壇等)[28]等對人類疏散行為模型的分析開始涌現(xiàn)，對于完善應急疏散與協(xié)調、智能決策方法，提升安全疏散前后心理與行為干預等核心疏散能力具有重要的現(xiàn)實意義。

4 研究熱點與前沿態(tài)勢

4.1 關鍵詞突現(xiàn)探測分析

突現(xiàn)詞探測可以識別在某一時間段出現(xiàn)頻次突然增加的關鍵詞，通過對不同時期突現(xiàn)詞進行梳理，有助于掌握該領域不同時間研究熱點和演化趨勢[29]。通過對以Key Word為節(jié)點，在可視化視圖中選擇關鍵詞突現(xiàn)，選擇排名前12的突現(xiàn)詞(見表1)。結合年份切片，對不同時期研究熱點進行排列分析，發(fā)現(xiàn)在2005年之前，突現(xiàn)詞較多是基于互聯(lián)網(wǎng)、信息系統(tǒng)、交通信息、交通疏散和安全信息，表明在研究初期，ICT技術更多是基于互聯(lián)網(wǎng)和信息系統(tǒng)聚焦交通疏散，在這一時期，基于互聯(lián)網(wǎng)和交通疏散的突現(xiàn)強度較高，體現(xiàn)了這一時期國際學者的關注熱點。到了研究發(fā)展期，導航系統(tǒng)和建筑疏散開始突現(xiàn)，導航系統(tǒng)的突現(xiàn)強度在2011年達到8.28，學術界開始借助導航系統(tǒng)來進行人群疏散的指導。到研究爆發(fā)期，無線傳感器網(wǎng)絡和移動設備開始凸顯，突現(xiàn)強度分別達到9.59和7.18，其中無線傳感網(wǎng)絡成為新時期突現(xiàn)熱詞代表，表明這一時期借助無線傳感網(wǎng)絡和移動設備，對高層建筑[29]、建筑火災疏散[30]等較為關注，這也是當今研究的熱點和前沿。

表1 關鍵詞突現(xiàn)探測Table 1 Detection of key words emergence

4.2 施引文獻關鍵詞突現(xiàn)聚類分析

基礎知識是共被引文獻，研究前沿是共被引文獻的施引文獻，CiteSpace中知識基礎的聚類命名是通過從施引文獻中提取的名詞性術語來確定，這個命名可以認為是研究的前沿領域。一個學科的研究前沿表現(xiàn)為涌現(xiàn)的施引文獻群組，具體來說，研究前沿是由形成文獻共被引矩陣中的文獻和施引文獻中使用的突現(xiàn)詞的聚類體現(xiàn)的。因此，還可以通過對ICT技術在人群疏散應用研究關鍵詞的突現(xiàn)聚類來確定該領域的研究前沿。

在CiteSpace中，節(jié)點類型選擇Key Word，并選主題突現(xiàn)，閾值調諧將g-index設定為5，其他屬性選擇默認值，以時間線和關鍵詞方式顯示，得到研究前沿知識圖譜如圖7所示。從時間表征的研究前沿知識圖譜可以確定，ICT技術對于人群疏散的應用研究前沿主要集中在9個領域：Cyber-physical system(#0)，Navigation(#1)，Evacuation drill(#2)，Subway station(#3)，Disaster resilience(#4)，Cloud computing(#5)，Emergency situation(#6)，Building evacuation(#7)和Park(#8)。無論是從突現(xiàn)詞探測還是施引文獻突現(xiàn)詞聚類，發(fā)現(xiàn)導航系統(tǒng)[31]、建筑疏散均成為了熱點，這得益于近些年導航設備、傳感器器件、計算機等硬件設施制造技術的成熟，同時得益于路徑優(yōu)化、仿真建模、云計算等算法和相關軟件的開發(fā)運用，ICT技術同人群疏散結合更為緊密、更加集成，應用更為廣泛、更加系統(tǒng)。ICT技術的軟硬件開發(fā)設計仍然是今后研究的重點。除此之外，對人群疏散的研究，還要依賴于外部環(huán)境等客觀因素，因此對疏散演習[32]、災害救援[33]、緊急情況等外部環(huán)境因素的研究也應成為今后研究的前沿，且地鐵站、公園等公共場所成為研究人群疏散的熱點對象。

圖7 施引文獻關鍵詞突現(xiàn)聚類分析Fig.7 Cluster analysis of key words emergence in citing articles

5 結論

1)通過對科學文獻的時空分布分析，發(fā)現(xiàn)ICT技術在人群疏散中的應用研究受到全世界學者關注，尤其以美國、日本、英國和德國等發(fā)達國家和中國為引領，根據(jù)發(fā)文數(shù)量，將研究劃分為低潮期(2000—2007年)、發(fā)展期(2008—2011年)和爆發(fā)期(2012—2018年)3個階段。通過對關鍵詞進行共現(xiàn)分析，發(fā)現(xiàn)“無線傳感網(wǎng)絡”、“模型”、“仿真”和“導航”為熱點主題，表明人群疏散研究的主要研究方法和應用技術較為集中。

2)通過對科研演進和科研網(wǎng)絡的梳理和分析，總結出ICT技術在人群疏散應用研究領域的知名學者以及重要期刊共被引情況，同時梳理了該領域學科交叉情況，發(fā)現(xiàn)了該領域存在3大科研版塊。梳理和總結了核心性期刊，明晰了ICT技術在人群疏散應用研究的演進路徑，發(fā)現(xiàn)其與工程科學、計算機科學、信息工程等學科進行交叉融合，并影響了ICT技術在人群疏散應用研究中的各個環(huán)節(jié)和層面。

3)通過以關鍵詞突現(xiàn)探測和聚類分析為主的研究熱點和研究前沿分析，發(fā)現(xiàn)ICT技術在人群疏散中的應用研究在各個發(fā)展時期具有不同主題突現(xiàn)，當前研究熱點聚類集中在無線傳感網(wǎng)絡、建筑疏散、導航系統(tǒng)等前沿問題，通過對前沿關鍵文獻的詳細研究，能夠掌握ICT技術在人群疏散應用研究的未來趨勢。