基于共詞聚類與可視化的我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染研究熱點(diǎn)分析

鄧?yán)m(xù)君 黃明睿 張 帆

（1.廣東技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，廣東 廣州 510665；2.廣東技術(shù)師范大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510665；3.河源市廣師大研究院，廣東 河源 517500）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加速，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量呈高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)［1］，截至2021年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)3.95億輛；2021年全國(guó)新注冊(cè)登記機(jī)動(dòng)車3 674萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)10.38%。機(jī)動(dòng)車保有量的迅速增加使我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)（2021年）》顯示［2］，移動(dòng)源污染已成為我國(guó)大中城市空氣污染的重要來(lái)源，是造成細(xì)顆粒物、光化學(xué)煙霧污染的重要原因，機(jī)動(dòng)車污染防治的緊迫性日益凸顯。近年來(lái)，“機(jī)動(dòng)車尾氣污染”這一重要民生領(lǐng)域已成為學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)，涌現(xiàn)出了眾多學(xué)術(shù)成果，涉及了工學(xué)、理學(xué)、管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、醫(yī)學(xué)等諸多學(xué)科門類［3-5］，但鮮有該領(lǐng)域文獻(xiàn)計(jì)量研究的相關(guān)報(bào)道，文獻(xiàn)作為反映科技發(fā)展趨勢(shì)的重要載體，文獻(xiàn)計(jì)量研究可為了解該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的分布特征及發(fā)展趨勢(shì)提供參考依據(jù)。

研究生是我國(guó)科學(xué)研究的生力軍，其學(xué)位論文內(nèi)容新穎、專業(yè)性強(qiáng)、信息量大、學(xué)術(shù)價(jià)值高，在一定程度上反映了學(xué)科發(fā)展的動(dòng)態(tài)與特點(diǎn)，其中論文關(guān)鍵詞常被用于表達(dá)文獻(xiàn)的主題內(nèi)容［6］。中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)（CNKI）囊括了中國(guó)90%以上的知識(shí)信息資源，是目前資源類型完整、內(nèi)容全面的國(guó)家知識(shí)資源保障體系，完整收錄博碩士論文等各種知識(shí)資源。作為文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的重要方法，共詞聚類法常被用于研究腫瘤護(hù)理［7］、社區(qū)教育［8］、企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新［9］、城市治理［10］等諸多學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。共詞聚類法是以一組詞為研究對(duì)象，兩兩組合統(tǒng)計(jì)它們?cè)谕黄墨I(xiàn)中出現(xiàn)的次數(shù)，然后以此為基礎(chǔ)對(duì)這些詞進(jìn)行聚類分析，厘清這些詞之間的親疏關(guān)系，進(jìn)而分析這些詞所代表領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)變化，頻次較高的關(guān)鍵詞可較好反映某領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)［11］。隨著科學(xué)計(jì)算可視化的發(fā)展，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析、聚類樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖、戰(zhàn)略坐標(biāo)分析圖等可視化工具逐漸融入了傳統(tǒng)共詞聚類分析中，將研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)系直觀形象地呈現(xiàn)出來(lái)［12］。本研究采用共詞聚類與可視化分析方法，對(duì)我國(guó)開(kāi)展機(jī)動(dòng)車尾氣污染研究的研究生學(xué)位論文的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，以期為國(guó)內(nèi)研究者了解該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與發(fā)展態(tài)勢(shì)提供參考。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與檢索方法

數(shù)據(jù)來(lái)源為中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)（CNKI）中的研究生學(xué)位論文（含博士、碩士學(xué)位論文）數(shù)據(jù)庫(kù)，圍繞我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染研究領(lǐng)域，以機(jī)動(dòng)車尾氣、機(jī)動(dòng)車尾氣污染、機(jī)動(dòng)車污染、汽車尾氣、交通尾氣、汽車廢氣、車輛廢氣、車輛尾氣、機(jī)動(dòng)車排氣、車輛排氣為篇名進(jìn)行檢索，檢索時(shí)間范圍自建庫(kù)至2021年10月30日，檢索時(shí)間為2021年10月30日，下載這些論文的標(biāo)題、摘要和關(guān)鍵詞，保存為TXT格式以便統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 高頻關(guān)鍵詞的提取

采用書(shū)目共現(xiàn)分析系統(tǒng)（BICOMB）軟件提取以上TXT文件中的關(guān)鍵詞。由于有些關(guān)鍵詞尚不夠標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)范化，故需對(duì)論文之間存在內(nèi)涵相同或相似的關(guān)鍵詞進(jìn)行替換處理或同值修改處理［13］，如將汽車尾氣、尾氣、廢氣替換為機(jī)動(dòng)車尾氣等。統(tǒng)計(jì)以上所有關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次。采用基于正態(tài)分布的高頻詞閾值計(jì)算方法選取本研究中的高頻關(guān)鍵詞［14］，研究熱點(diǎn)需要的高頻詞數(shù)量至少要達(dá)到σ+1（σ指詞頻分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差），至少要能夠反映文獻(xiàn)庫(kù)的中心（累積頻次的34%）。

1.3 共詞矩陣的生成與可視化

以提取的高頻關(guān)鍵詞為對(duì)象，通過(guò)BICOMB軟件的矩陣計(jì)算生成詞篇矩陣和共詞矩陣。采用UCINET軟件開(kāi)展社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，生成可視化的共詞矩陣社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜，圖譜中的頂點(diǎn)為高頻關(guān)鍵詞，詞與詞間的關(guān)系強(qiáng)弱通過(guò)連接的粗細(xì)呈現(xiàn)，關(guān)系越強(qiáng)，連接它們間的線條越粗［12］。

1.4 聚類分析

將上述生成的詞篇矩陣導(dǎo)入SPSS 23軟件中進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，輸出聚類樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)關(guān)鍵詞之間的親疏關(guān)系，識(shí)別出聚類樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖中各個(gè)類別的含義。

1.5 戰(zhàn)略坐標(biāo)分析

將以上聚類分析結(jié)論中的若干類關(guān)鍵詞組作為戰(zhàn)略坐標(biāo)分析的類團(tuán)，按照向心度與密度的計(jì)算方法［15］，分別以向心度、密度為X軸、Y軸，以各個(gè)類向心度和密度的均值為原點(diǎn)，繪制熱點(diǎn)研究領(lǐng)域的戰(zhàn)略坐標(biāo)圖。向心度表示各類團(tuán)間的相互影響程度，密度表示某類團(tuán)內(nèi)部關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系程度。

2 結(jié)果與討論

2.1 高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)

自中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)（CNKI）中學(xué)位論文（含博士、碩士學(xué)位論文）數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)至2021年10月30日，圍繞我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染研究領(lǐng)域，檢索出學(xué)位論文共434篇，經(jīng)替換處理或同值修改處理后共得到關(guān)鍵詞1 146個(gè)。本研究選取頻次閾值大于或等于5的關(guān)鍵詞作為高頻關(guān)鍵詞，共得到38個(gè)高頻關(guān)鍵詞（如表1所示），其總的出現(xiàn)頻次為714次，占關(guān)鍵詞的總頻次的34.69%，基本能夠代表我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。

表1 高頻關(guān)鍵詞清單

2.2 高頻關(guān)鍵詞的詞篇矩陣、共詞矩陣及社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

采用BICOMB得到以上高頻關(guān)鍵詞的詞篇矩陣（如表2所示）和38×38的共詞矩陣（如表3所示），采用UCINET軟件開(kāi)展社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析得到以上高頻關(guān)鍵詞的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜（如圖1所示）。

表2 高頻關(guān)鍵詞詞篇矩陣（局部）

表3、圖1表明，關(guān)鍵詞“機(jī)動(dòng)車尾氣”出現(xiàn)頻次最高并在圖1中處于較為中心的位置，該詞與“尾氣催化劑”“顆粒物”“氮氧化物”“余熱發(fā)電”“控制措施”“尾氣擴(kuò)散模型”“大氣污染”等詞之間的關(guān)系較強(qiáng)，且這些詞均位于38個(gè)高頻關(guān)鍵詞表中的詞頻前50%位置；此外，關(guān)系較強(qiáng)的詞對(duì)還有“建模與仿真-余熱發(fā)電”“一氧化碳-氮氧化物”“尾氣催化劑-尾氣治理”“尾氣催化劑-儲(chǔ)氧材料”等。這表明與機(jī)動(dòng)車尾氣相關(guān)的研究熱點(diǎn)主要包括以顆粒物、氮氧化物為代表的大氣污染物，以尾氣催化劑、余熱發(fā)電等為代表的污染控制與綜合利用技術(shù)，以及以尾氣排放模型為代表的機(jī)動(dòng)車尾氣排放特征；建模與仿真是余熱發(fā)電研究的重要手段；一氧化碳和氮氧化物的協(xié)同性減排是機(jī)動(dòng)車尾氣治理對(duì)象的重要特征；催化劑是尾氣治理的重要材料，儲(chǔ)氧材料是催化劑的核心組成部分之一。

表3 高頻關(guān)鍵詞共詞矩陣（局部）

圖1 高頻關(guān)鍵詞社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖

2.3 聚類分析

將表2所示的高頻關(guān)鍵詞詞篇矩陣導(dǎo)入SPSS 23軟件中進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，輸出聚類樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖，將我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染的研究熱點(diǎn)分為6個(gè)類團(tuán)（如圖2所示）。

圖2 聚類樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖

①Ⅰ類：尾氣污染特征與交通環(huán)境管控。此類研究又包括兩個(gè)小類：一類是機(jī)動(dòng)車尾氣污染特征，重點(diǎn)圍繞機(jī)動(dòng)車尾氣排放的規(guī)律模式及其對(duì)大氣環(huán)境的影響、機(jī)動(dòng)車尾氣中各類主要污染物的排放情況、顆粒物和多環(huán)芳烴等污染物排放的測(cè)算和應(yīng)對(duì)等方面開(kāi)展研究；另一類是交通環(huán)境管控，研究熱點(diǎn)是尾氣排放模型與交通仿真應(yīng)用、道路交叉口和機(jī)動(dòng)車比功率等交通環(huán)境管控的相關(guān)要素。

②Ⅱ類：尾氣余熱發(fā)電技術(shù)與強(qiáng)化換熱建模仿真。重點(diǎn)圍繞機(jī)動(dòng)車余熱綜合利用和換熱效率提升策略開(kāi)展研究。

③Ⅲ類：基于催化氧化的尾氣治理材料與技術(shù)。此類研究又包括兩個(gè)小類：一類是溶膠凝膠法制備的尾氣催化劑研究，另一類是在排放標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)的背景下研究?jī)?chǔ)氧材料迭代升級(jí)對(duì)提升尾氣催化劑活性的重要作用。

④Ⅳ類：尾氣形成機(jī)制及等離子體治理和遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)。此類研究可細(xì)分為三個(gè)小類：一類是機(jī)動(dòng)車尾氣中氮氧化物和一氧化碳的形成機(jī)制，一類是針對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣中氮氧化物和一氧化碳的遙測(cè)技術(shù)，一類是等離子體技術(shù)應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車尾氣減排。

⑤Ⅴ類：基于非分光紅外的尾氣檢測(cè)技術(shù)。此類重點(diǎn)面向機(jī)動(dòng)車尾氣的非分光紅外檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展研究。

⑥Ⅵ類：摻加納米二氧化鈦的瀝青路面用于光催化降解尾氣。重點(diǎn)研究納米二氧化鈦涂層瀝青路面對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣的降解作用。

2.4 戰(zhàn)略坐標(biāo)分析

以高頻關(guān)鍵詞共詞矩陣和聚類分析結(jié)論為基礎(chǔ)，計(jì)算每個(gè)類別的向心度和密度，繪制熱點(diǎn)研究領(lǐng)域的戰(zhàn)略坐標(biāo)圖（如圖3所示）。

圖3 詞團(tuán)戰(zhàn)略坐標(biāo)分析圖

圖3表明，Ⅰ類和Ⅱ類這兩類詞團(tuán)均位于核心且成熟的第一象限，因此這兩類主題往往不易消失，維持和發(fā)展自身的能力均較強(qiáng)，能在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)保持較高的詞頻，其中Ⅰ類詞團(tuán)的研究更為成熟和深入，Ⅱ類詞團(tuán)的研究則處于更為中心的地位；Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類詞團(tuán)均位于非核心且不成熟的第三象限，表明這三類主題的研究目前較為邊緣化且還不夠深入，存在較大發(fā)展空間，但已經(jīng)逐漸成為非常重要的研究領(lǐng)域；Ⅵ類詞團(tuán)位于核心非成熟的第四象限，這說(shuō)明該類主題表現(xiàn)較為活躍，但詞團(tuán)內(nèi)部之間的聯(lián)系較為松散，不能很好地自成一體，存在發(fā)展還不夠穩(wěn)定的問(wèn)題。

3 結(jié)論

①?gòu)奈覈?guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染研究領(lǐng)域的研究生學(xué)位論文中提取的38個(gè)高頻關(guān)鍵詞基本能夠代表我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。其中“機(jī)動(dòng)車尾氣”出現(xiàn)頻次最高，與其密切相關(guān)的研究熱點(diǎn)包括以顆粒物、氮氧化物為代表的大氣污染物，以尾氣催化劑、余熱發(fā)電等為代表的污染控制與綜合利用技術(shù)，以及以尾氣排放模型為代表的機(jī)動(dòng)車尾氣排放特征等。

②我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染的研究熱點(diǎn)可分為六個(gè)類團(tuán)：Ⅰ類（尾氣污染特征與交通環(huán)境管控）、Ⅱ類（尾氣余熱發(fā)電技術(shù)與強(qiáng)化換熱建模仿真）、Ⅲ類（基于催化氧化的尾氣治理材料與技術(shù)）、Ⅳ類（尾氣形成機(jī)制及等離子體治理和遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)）、Ⅴ類（基于非分光紅外的尾氣檢測(cè)技術(shù)）、Ⅵ類（摻加納米二氧化鈦的瀝青路面用于光催化降解尾氣）。其中，Ⅰ類、Ⅱ類的研究地位較為核心且成熟度較高，維持和發(fā)展自身的能力均較強(qiáng)；Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類的研究地位較為邊緣化且還不夠深入，存在較多發(fā)展空間；Ⅵ類主題在我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣污染研究中的表現(xiàn)較為活躍，但存在發(fā)展還不夠穩(wěn)定的問(wèn)題。