論空間科學計量學的研究與應用

李蘭芳，陳云偉，張 雪，鄧 勇*

(1.中國科學院成都文獻情報中心科學計量與科技評價研究中心(SERC),成都 610041;2.中國科學院大學經(jīng)濟與管理學院圖書情報與檔案管理系,北京 100190)

1 引言

隨著大科學時代的到來，科學研究的復雜性不斷提高，跨機構、跨區(qū)域和跨國家之間的科研交流活動日益頻繁，科研活動全球化的浪潮推動了空間分布不均勻的科研學術資源在全球范圍內的流動與優(yōu)化配置。然而，在全球范圍內，科研活動越來越受到頂尖發(fā)達國家的主導，科研的兩極化分布進一步加深。因此，從空間的視角來理解和研究科研活動十分重要。作為科學計量學的重要研究領域，空間科學計量學被學者專門提出用于探討科研活動空間方面的問題，主要基于科研成果的地理屬性研究科研合作的空間分布結構、知識在不同空間單元之間流動的內在規(guī)律等，進而為科技政策制定者、機構管理人員進行決策提供更為科學合理的對策建議。

當前國內外學者開展空間科學計量學的研究應用眾多，幾乎涵蓋了科學計量學研究的各個方面，然而，對空間科學計量學概念與研究進展的系統(tǒng)性梳理工作相對較少，如左麗華等對空間科學計量學概念及應用的研究進展進行了系統(tǒng)的梳理[1]；FRENKEN 和HOEKMAN 基于學術影響的空間層面對空間科學計量學進行了解讀[2]。總體而言，已有的梳理多停留在簡介和直接引用概念的層面，存在概念內涵不統(tǒng)一、研究主題分散、應用領域不明確等問題，使得空間科學計量學的發(fā)展滯后，導致學者對空間科學計量學相關研究的關注不高，對于支撐高水平科學計量研究的作用發(fā)揮不足。

基于以上研究現(xiàn)狀，本文以Web of Science 數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，以TS=(spatial* OR “space” OR spatio*OR geograph*OR region*OR “cities” OR “city” OR international*OR country* OR “proximity” OR “distance”O(jiān)R “mobility”) AND TS=(“publications” OR“co-publications” OR “articles” OR “papers” OR scientometr* OR bibliometr* OR citation*)為檢索策略，按照被引頻次篩選空間科學計量學重點文獻，同時結合已有重要文獻對其有價值的引用文獻及引證文獻進行回溯檢索，在對上述重點文獻進行梳理與總結的基礎上，首先界定了空間科學計量學相關概念，然后從研究方法、研究主題和可視化實踐3 個層面歸納了空間科學計量學研究成果，總結了現(xiàn)有研究存在的問題和挑戰(zhàn)，歸納科學計量學者開展空間科學計量學研究所選用的理念和原則，為研究人員理解空間科學計量學的概念、了解相關研究工作、指導相關研究選題與方法設計提供參考借鑒。具體研究框架如圖1 所示。

圖1 空間科學計量學研究分析框架Fig.1 Analytical framework for spatial scientometrics research

2 空間科學計量學相關概念

科學計量學（Scientometrics）最早在20 世紀60年代由NALIMOV 和MULCHENKO 提出，被定義為一種用于研究作為信息過程的科學發(fā)展的定量研究方法[3]。之后，又出現(xiàn)了各種關于科學計量學的定義，如科學計量學是 “描述科學活動增長、結構、相互關系和生產力的學科”，是 “研究科學信息的結構和屬性以及科學傳播過程規(guī)律的學科”，是 “用定量方法處理科學活動的投入（如科研人員、研究經(jīng)費）、產出（如論文數(shù)量、被引數(shù)量）和過程（如信息傳播、交流網(wǎng)絡的形成）的研究領域” 等[4-6]。盡管當前科學計量學的定義并不統(tǒng)一，但總結發(fā)現(xiàn)學者們普遍認為科學計量學具有以科學技術為研究對象、運用定量方法研究科學活動的各個方面、探索科學活動規(guī)律的共同特點。

由于科研活動在地理空間內的分布存在差異，早在20 世紀70 年代，就有研究討論科研活動的空間分布，其研究重點主要聚焦于國家層面[7]。隨著科研活動的全球化發(fā)展趨勢加快，科學計量學對空間領域的關注越來越多，空間單元范疇也擴展到了次國家的區(qū)域或者城市層面，因此關于科學活動空間方面的定量研究就被歸到了“空間科學計量學” 名下?！翱臻g科學計量學（Spatial Scientometrics）” 這一概念由FRENKEN 在2009 年首次提出，旨在研究何處以及何種條件下進行知識的創(chuàng)造和轉移，并建議將科學計量學中描繪科學地理方面的研究如涉及論文與引文的空間分布、科研主體對合作伙伴選擇的空間偏好、不同類型的科研合作對科研成果的學術影響力的作用等納入到空間科學計量學研究范疇中[8,9]。通過梳理文獻發(fā)現(xiàn)學者們在繼續(xù)沿用該內涵基礎上開展了諸多研究，研究對象涉及國家、區(qū)域、城市、高校和科研院所，研究主題也擴展到科學合作、科研產出、知識流動與利用可視化工具進行科學地圖的繪制等。在借鑒現(xiàn)有相關概念的基礎上，本文將空間科學計量學界定為：以科學信息（常用的包括論文、專利等）為研究對象，主要基于其地理屬性，運用定量研究方法揭示科學活動空間分布、關聯(lián)特征和規(guī)律，是豐富科學計量學研究內容的重要研究領域。

3 空間科學計量學的研究進展

本文以利用空間信息進行科學計量研究的論文為調研對象，即目標論文集研究內容主要如下：描述或解釋跨空間單元（國家、城市、區(qū)域等）的地理分布特征、基于研究活動的空間關系（合作、引用）分析科學系統(tǒng)的內在運行機制、繪制可視化地理地圖對出版物產出或者引用在特定地理位置的分布情況進行展示。通過對這些文獻的研究內容進行分析發(fā)現(xiàn)，學者們主要從科研產出、科學合作和知識流動這3 個主題開展空間科學計量學的研究。并且對這些文獻從研究主題、研究方法以及可視化實踐三大方面對空間科學計量學研究進行系統(tǒng)的梳理，歸納共性特點，討論不足與發(fā)展前景。

3.1 空間科學計量學研究主題

3.1.1 科研產出

利用科研產出開展研究的最大優(yōu)勢是可以基于相對客觀的論文、專利、科技獎項等定量數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)不同國家、地區(qū)或城市等的科研產出數(shù)量，如果計算被引數(shù)據(jù)，還可以在一定程度上揭示質量或影響力。根據(jù)科研產出開展空間科學計量學研究主要包括了解科研產出的地理空間分布情況和根據(jù)科研產出評估國家或地區(qū)的科研實力兩個方面，各個視角研究內容分別如下。

（1）根據(jù)研究對象的不同，關于科研產出的地理空間分布情況研究主要是基于論文數(shù)量和科技獎項分析科研產出在地理空間內分布的集中或分散程度，進而揭示科研產出的空間結構。一方面是基于論文數(shù)量的研究。例如，MATTHIESSEN 和SCHWARZ 以科學引文索引（SCI）的論文數(shù)量對歐洲較大城市地區(qū)的科研產出進行了分析，發(fā)現(xiàn)歐洲西北部地區(qū)的研究成果最為集中[10]。ANDERSSON 和GUNESSEE 揭示了中國科研產出的內部空間結構，表明科研產出主要集中在以北京為主的單中心城市，并且省會城市在科研網(wǎng)絡中也占有主要位置[11]。GROSSETTI 等從城市層面分析了Web of Science 數(shù)據(jù)庫中的學術出版物，揭示了全球和國家內部科學活動的分散性[12]。另一方面是基于科技獎項的研究。SCHLAGBERGER 等對化學、物理和醫(yī)學3 個學科領域的諾貝爾獎得主所隸屬的研究機構進行分析，發(fā)現(xiàn)它們分布于美國、英國、日本和德國，并且加州大學伯克利分校、哥倫比亞大學和麻省理工學院這3 個機構擁有更多的諾貝爾獎獲得者[13]。門偉莉等通過分析諾貝爾科學獎獲獎機構信息揭示了諾貝爾科學獎的分布規(guī)律[14]。任曉亞等分析了主要科技領域的22 項國際科技獎項的國家分布，發(fā)現(xiàn)美國在獲獎國家中占據(jù)領先優(yōu)勢且獲獎領域分布均衡[15]。

（2）根據(jù)科研產出評估國家或地區(qū)科研實力的研究主要體現(xiàn)在基于專利數(shù)據(jù)了解在特定領域表現(xiàn)良好的國家或地區(qū)。例如，JIANG 等通過使用共同專利數(shù)據(jù)研究了中國城市R&D 合作的空間模式，發(fā)現(xiàn)城市間的研發(fā)合作活動主要發(fā)生在經(jīng)濟相對發(fā)達的直轄市和沿海地區(qū)，同時北京是跨城市研發(fā)合作的樞紐[16]。ZHENG 等基于專利數(shù)據(jù)分析了納米技術領域的國際合作發(fā)展，發(fā)現(xiàn)美國是國際合作納米技術專利中最重要的參與者，亞洲國家在其中起著相當重要的作用，而歐洲國家的重要性角色在減弱[17]。LIU 等通過專利分析描述了集成電路制造行業(yè)的國際技術合作特征，結果表明美國的技術合作水平最高，而德國有很大的未來發(fā)展?jié)摿Γ瑫r亞洲和歐洲已經(jīng)在合作網(wǎng)絡中形成了各自的集群[18]。MAKHOBA 等從政府政策文件中已確定優(yōu)先研發(fā)領域的視角出發(fā)對南非專利申請數(shù)量與金磚國家和埃及進行了比較，發(fā)現(xiàn)南非在專利方面比其他發(fā)展中國家表現(xiàn)良好，但獲得專利的具體領域并不一定與政府政策中記載的優(yōu)先領域保持一致[19]。國內彭帥等以專利數(shù)據(jù)為載體，基于 “科學-技術-產業(yè)”關聯(lián)視角揭示了中、美、英、德、法、日、韓及中國臺灣地區(qū)石墨烯的發(fā)展特征和競爭態(tài)勢[20]。

以上關于科研產出的空間科學計量學研究可以得出科研產出在地理空間內的分布存在差異，科研產出的數(shù)量是一個綜合的整體，不同空間單元的科研表現(xiàn)受到多種因素的影響。開展此類研究仍需要關注的5個問題主要包括：①科研產出的規(guī)模通常與科研院所、大學、科研人員數(shù)量相關，論文和專利數(shù)量并不是作為孤立指標存在，在分析解讀時需嚴謹；②科研產出的數(shù)量是宏觀的總體量化，即使區(qū)分了學科領域，仍然很難揭示某一具體技術的競爭地位，也就是說，論文或專利數(shù)量多，并不意味著技術領先或研發(fā)水平領先，特別是開展國家間的比較時，還要考慮學科領域布局、研究人員數(shù)量等諸多因素；③即便是在宏觀層面的比較，當前研究通?；诘奈墨I或專利數(shù)據(jù)庫都是有限收錄的文獻集合，并未包含科研產出全部，也不能反映全貌；④除了論文、專利和科技獎項，科研產出的形式還很多，但通常不宜量化，因而用于比較的研究較少；⑤科研產出的數(shù)量和形式還受到科技政策、管理機制、科研氛圍的影響，同等投入的前提下，研究機構和科研人員對科研產出的數(shù)量目標也存在差異。這些因素都會對基于科研產出的空間科學計量學研究結果產生影響。

3.1.2 科學合作

科學合作是指兩個或兩個以上科研活動主體通過共享知識、經(jīng)驗和資源相互作用來實現(xiàn)科學活動中共同目標的過程，是促進知識生產和文化交流的主要形式之一，為研究人員獲取和整合知識、技能、材料和其他必要資源以解決科學問題提供了重要途徑?？臻g科學計量學領域關于科學合作的研究主要包括科學合作模式與科研績效關系的研究、地理距離對科學合作的影響分析兩個方面，各個視角研究內容分別如下。

（1）關于科學合作模式與科研績效關系的研究具體體現(xiàn)在根據(jù)論文合著者的隸屬地理位置探討國際合作、國內合作、機構間合作等不同合作模式對從事科研活動主體的科研績效的影響。NOMALER 等基于2000 年發(fā)表的兩個或兩個以上國家的發(fā)文數(shù)據(jù)分析了引用影響因國家間合作距離不同而出現(xiàn)變化[21]。CSOMOS 等分析了2014—2016 年超過300 篇的城市間合作論文，發(fā)現(xiàn)美歐城市合著的論文比亞洲城市合著的論文更有可能被引用[22]。YAO 等發(fā)現(xiàn)美國頂級機構和普通機構的研究人員合作時，頂級機構的研究人員將面臨研究生產率和影響力下降的問題，而普通機構的研究人員將提高研究生產率和影響力[23]。ZHOU等對發(fā)達國家和發(fā)展中國家的資助機構發(fā)表的國際合作出版物進行分析，發(fā)現(xiàn)國家資助機構（如美國國家科學基金會NSF 等）的引文影響力高于非重點機構，并得出由發(fā)達國家作者主導的合作具有對引用具有積極影響，而發(fā)展中國家作者主導的合作產生的影響是負向的[24]。通過這些分析可以得出：并非所有合作對科研績效的影響都是正向的，一些合作可以提高，而另一些則減弱；因區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平、地域環(huán)境等的不同，不同合作模式對科研績效的影響程度存在差異。

（2）現(xiàn)有的空間科學計量學領域關于科學合作的研究集中在研究地理距離對科學合作的影響。由于科學合作不僅涉及顯性知識，也涉及隱性知識。雖然通信技術的發(fā)展可以促進顯性知識的表達或者交換，在一定程度上彌合地理距離阻礙科學合作的鴻溝[25]。但隱性知識之間的共享需要科研人員之間的頻繁接觸或進行面對面互動，并因合作項目規(guī)模、復雜性和周期的增加而變得更加重要，因此地理距離仍然被認為是影響科學合作活動的重要因素，分析地理距離對科學合作的影響可以更有效地為科學決策提供支持。如NAGPAUL 分析了全球科學領先的45 個國家的合作情況，發(fā)現(xiàn)地理位置相近的國家往往合作更加密切[26]。PONDS 等從機構層面對荷蘭不同類型的科技組織合著的出版物進行了分析，得出在制度存在差異的情況下，地理空間鄰近對組織間的合作起著重要作用[27]。HOEKMAN 等根據(jù)出版物地址和郵政編碼統(tǒng)計分析了地理距離和領土邊界（區(qū)域、國家、語言）對整個歐洲地區(qū)研究合作強度的變化影響，得出歐洲科學合作的空間模式受到地理位置的影響比較小，區(qū)域和國家之間的合作傾向受到規(guī)模、研究質量和可及性方面的差異[28]。同時，研究人員之間的合作本身就構成了一個社會網(wǎng)絡，為更好地了解網(wǎng)絡在合作地理區(qū)域中發(fā)揮的作用，LAURENT 引入了一種新的區(qū)域間網(wǎng)絡鄰近度的度量方法，探討了網(wǎng)絡鄰近性對跨區(qū)域合作結構的影響及其如何與地理進行交互，發(fā)現(xiàn)區(qū)域間網(wǎng)絡鄰近更有利于國際合作，并且其重要性與地理距離的增加呈正相關[29]。此外，社會因素如個人差異、語言或文化差異、學術等級或制度障礙等與地理距離有關的因素對科學合作都有影響[30-32]。BOSCHMA 提出一個包括認知、組織、社會、制度和地理鄰近的五維框架來研究涉及科學合作的各個方面[33]。

以上針對科學合作及其影響因素的研究，可以得出不同地區(qū)之間的合作強度對地理距離的依賴程度存在差異；不能孤立地評估地理鄰近的重要性，應從多個維度考慮影響科學合作的重要因素。同時，有3 個待解的問題需要深入探究：①科學研究成果（如論文）的重要性或影響力與地理距離正相關的規(guī)律是否具有普適性，是否存在學科差異；②影響科學合作的因素都有什么，和地理距離存在何種關聯(lián)；③已有研究中發(fā)現(xiàn)的上述正相關性的內在動因是什么，是高水平的成果需要更遠距離的合作，還是因為存在某種固有的偏見導致的虛假的高影響力，需要審慎審視。

3.1.3 知識流動

知識逐漸成為促進經(jīng)濟發(fā)展的越來越重要的資源。知識流動是引發(fā)科技創(chuàng)新和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的關鍵社會過程之一[34]。知識流動通過知識轉移、知識共享等多種具體形式表現(xiàn)。對知識流動的研究，有助于提升科技創(chuàng)新政策的針對性，可提高科技政策與科技管理工作的科學性?？臻g科學計量學領域關于知識流動的研究包括研究科研人員的空間流動性及其對流入地的影響和分析地理距離對知識流動的影響兩個方面，各個視角研究內容分別如下。

（1）研究科研人員的空間流動性及其對流入地的影響。作為知識的主要擁有者和載體，科研人員的學術流動是觸發(fā)國際或者區(qū)域間知識流動的重要途徑。了解科研人員的空間流動，可以揭示不同國家、地區(qū)或城市之間人才吸引力，分析其流動模式和挖掘背后的影響因素，對指導相關部門出臺針對性的人才政策具有重要意義。MAIER 等以ISI 數(shù)據(jù)庫中的高被引數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，分析了高被引科學家的空間分布和流動模式，發(fā)現(xiàn)美國是高被引科學家最為集中的國家，而西歐和英國則是失去大部分科學家的地區(qū)[35]。SCHILLER 等通過分析頂尖研究人員的流動方式和內在動機，探討科學家流動與本地無形資產創(chuàng)造之間的關系，得出知名科學家的長期流動性增加了知識流動，同時創(chuàng)造了地方無形資產[36]。國內酈蘇菲等基于上?？萍紕?chuàng)新資源數(shù)據(jù)中心的全球高層次科技專家信息平臺的數(shù)據(jù)，對全球20 個熱點城市科研人員的流動情況進行分析，得到上海、深圳在吸引人才數(shù)量方面有明顯的優(yōu)勢，但相較于舊金山、倫敦、香港、新加坡等全球性城市對科研人員的吸引力還有待提升[37]。劉瑋辰等分析了青年千人計劃入選者回國前后國內科研人員對其論文引用的變化，發(fā)現(xiàn)科學家回國后，其知識擴散呈現(xiàn)出顯著的正向效應[38]。

（2）分析地理距離對知識流動的影響。信息技術的快速發(fā)展縮小了限制知識流動的地理障礙，為節(jié)省知識流動的成本和時間做出了重要貢獻。盡管如此，地理距離仍然是影響地區(qū)之間知識流動的重要因素。MICEK 以波蘭IT 服務中小企業(yè)為例，確定了國際范圍內建立的貿易關系和專家聘用是被調查公司最重要的市場和技術知識流動渠道，并且相對國家知識流動而言，全球知識流動對被調查公司的影響更大[39]。GUI等對國際知識流動的空間格局進行了闡述，認為地理、技術、社會和文化這4 個維度的鄰近性促進了國際知識的流動[40]。ABRAMO 等根據(jù)意大利地區(qū)之間的引用分析了地理距離對知識流動的影響，認為地理距離是國內知識流動的影響因素，并且在國家層面的流動中不能忽略（從意大利流向歐洲國家），但在洲際一級（從意大利流向非歐洲國家）完全不相關[41]。趙炎等以中國生物制藥行業(yè)1995—2010 年戰(zhàn)略聯(lián)盟數(shù)據(jù)為樣本，發(fā)現(xiàn)聯(lián)盟企業(yè)間的地理鄰近性對聯(lián)盟知識轉移有顯著的促進作用[42]。由地理距離對知識流動的影響分析可以得出，地理距離鄰近對知識流動的影響并非都是正向的，因學科、技術等領域的不同而存在差別。同時，地理距離不是影響知識流動的唯一因素，知識流動過程的動態(tài)性和復雜性決定了其受到多種因素。

3.2 空間科學計量學研究方法

3.2.1 文獻計量方法

開展空間科學計量學的多數(shù)研究中均有文獻計量方法，主要基于論文數(shù)、獎項數(shù)等科研產出類指標和篇均被引頻次、高被引科學家等基于引用的指標來了解國家或地區(qū)的科研表現(xiàn)情況，探索科研活動的分布規(guī)律。例如，ZHOU 等對諾貝爾物理獎得主發(fā)表的標志性論文所在期刊的分布進行了文獻計量分析，發(fā)現(xiàn)美國的物理科學期刊占據(jù)了主導地位，之后是荷蘭、英國、德國和日本[43]。BORNMANN 通過對Web of Science 數(shù)據(jù)庫中2003—2014 年的論文總數(shù)和排名前1%論文（高影響力論文）的參考文獻進行分析，發(fā)現(xiàn)中國已經(jīng)成為科學研究的主要參與者，但對高影響力論文的貢獻度比較低，而美國是對高影響力論文最具有貢獻的國家[44]。DURAN 使用Scopus 數(shù)據(jù)庫對引用次數(shù)最多的文章、作者和機構進行分析，研究期刊的增長方式以及未來的發(fā)展趨勢[45]。

3.2.2 網(wǎng)絡分析的方法

網(wǎng)絡分析的方法是空間科學計量學領域常用的研究方法，在研究不同空間單元的網(wǎng)絡特征結構特征與揭示地理距離對科學合作和知識流動的影響因素的研究時會用到此類方法，基于合作關系和引用關系構建的網(wǎng)絡可以直觀反映科研主體在網(wǎng)絡中的節(jié)點位置和結構，并通過節(jié)點和邊的參數(shù)如中心度、網(wǎng)絡密度、聚集系數(shù)等揭示網(wǎng)絡結構特征，進而探究這些結構特征與科研產出等的關系。例如，YAN 等基于圖書情報領域研究機構的引用網(wǎng)絡和協(xié)作網(wǎng)絡研究了機構之間的相互作用[46]。CHEN 等從國家和機構層面分析了科學計量學協(xié)作網(wǎng)絡并確定了在該領域占主導地位的領先國家和研究機構[47]。CHOI 等從大學、企業(yè)、政府層面分析OECD 成員之間的協(xié)作網(wǎng)絡來理解國際科學合作關系和知識生產方式[48]。GIUSEPPE 使用歐盟發(fā)布的題為 “納米技術研究映射門戶” 的正式文件，采用社會網(wǎng)絡分析方法對納米技術的網(wǎng)絡特征進行識別并評估了意大利組織（大學、研究機構、公司）在現(xiàn)有的歐洲納米技術創(chuàng)新網(wǎng)絡中的作用；之后又與FITJAR 通過收集有關組織之間知識交流的數(shù)據(jù)，使用該方法對實施地區(qū)之間的知識交流政策的有效性進行評估[49,50]。TU 通過對網(wǎng)絡中心度、連接強度和h 指數(shù)的同質性進行描述，顯示了相似性質的機構傾向于在協(xié)作網(wǎng)絡中相互連接，揭示了研究機構之間的合作與科研產出的關系[51]。

3.2.3 基于模型和統(tǒng)計的方法

在空間科學計量學領域，為研究知識流動中的地理因素的影響，已經(jīng)采用了不同的解釋模型，其中最常用的是引力模型（Gravity Model）。引力模型的思想跟牛頓的萬有引力定律有關，最初起源于經(jīng)濟學領域[52]。具體而言，是指兩個實體之間的吸引力取決于它們的質量（經(jīng)濟規(guī)模或科學出版物）和它們之間的距離。引力模型被廣泛用于探索國際貿易流動，之后又基于新的情境被研究人員擴展，例如用于研究不同類型機構之間的科學合作、歐洲R&D 網(wǎng)絡社區(qū)識別、全球創(chuàng)新系統(tǒng)的特征分析、科學合作模式研究、國際和國內引用過程中距離和邊界對知識傳播的影響[53-58]。此外，數(shù)學模型如線性回歸、負二項式回歸模型和統(tǒng)計學方法包括描述性統(tǒng)計分析、和假設檢驗等也被用于揭示科學系統(tǒng)的空間結構[59,60]。

3.2.4 多指標構建的方法

由于單一指標通常適用性有限，許多研究通過整合多種定量指標構建綜合指標體系進行科技評價，進而為政府管理部門決策提供依據(jù)，比較典型的就是多個國際組織機構發(fā)布的有關國家競爭力、創(chuàng)新能力的評價指標體系。例如，世界經(jīng)濟論壇（WEF）從1979年開始發(fā)布 《全球競爭力報告》，基于全球競爭力指數(shù)（GCI）從基礎環(huán)境、人力資源、市場和創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)4 個層面構建了包括社會制度、基礎設施、穩(wěn)定的宏觀經(jīng)濟環(huán)境、衛(wèi)生和基礎教育、技能、產品市場效率、勞動力市場效率、金融系統(tǒng)、科技準備度、市場規(guī)模、商業(yè)活力、創(chuàng)新12 個一級指標和103 個二級指標的指標體系，并對每項指標進行0～100 分的計分來評估各個國家在全球的競爭力狀況[61,62]。瑞士洛桑國際管理發(fā)展學院（IMD）從1989 年開始發(fā)布的 《世界競爭力年鑒》 用于衡量世界主要國家或地區(qū)的經(jīng)濟綜合能力，評估指標體系分為經(jīng)濟表現(xiàn)效率、政府效率、營商效率和基礎設施4 個維度以及314 項具體指標[63,64]。世界知識產權組織（WIPO）發(fā)布的 《全球創(chuàng)新指數(shù)報告》用于評估全球127 個國家或經(jīng)濟體的創(chuàng)新效率，創(chuàng)新產出和創(chuàng)新投入兩大核心指標構成創(chuàng)新指數(shù)，其中創(chuàng)新投入又分為制度、人力資本、基礎設施、市場成熟度和商業(yè)成熟度五大類，創(chuàng)新產出包括知識與技術產出、創(chuàng)意產出兩種[65]。《歐洲創(chuàng)新記分牌》 由歐盟委員會推出，包含框架條件、投資、創(chuàng)新活動、影響力4個方面，基于27 項基礎指標對歐盟成員國和其作為競爭對手的標桿國家的綜合創(chuàng)新指數(shù)進行計算，依據(jù)指數(shù)高低來評估各國的創(chuàng)新績效[66]。

比較各類空間科學計量學領域使用的研究方法可發(fā)現(xiàn)，文獻計量和多指標綜合的方法通常易于理解和重復實驗，也是應用最為普遍的方法?；谀Ｐ秃徒y(tǒng)計的方法可以從數(shù)學層面揭示空間內在的流動動力，可揭示特定模式、規(guī)律或共性特征，但其可觀察性、解讀性弱；而網(wǎng)絡分析方法通常伴隨著數(shù)據(jù)的解讀或可視化呈現(xiàn)，與抽象的模型分析而言，更易于解讀信息。事實上，在實際研究工作中，這兩種方法常常相關關聯(lián)在一起使用，例如，有些模型分析的基礎數(shù)據(jù)關系就是基于網(wǎng)絡分析方法進行構建的合作或引用等關系。

3.3 空間科學計量學的可視化實踐

可視化可以識別出優(yōu)秀研究區(qū)域，并可以直觀地對全球各地區(qū)的優(yōu)勢領域進行比較?？茖W論文的地理地圖不同于基于語義的認知地圖，是基于科研成果中的地理屬性研究科研交互，從地理維度揭示科學現(xiàn)象。在空間科學計量學中，越來越多的學者關注地理數(shù)據(jù)可視化并致力于研究支持科學空間方面的分析和可視化的工具。早在2006 年，BORNER 等[67,68]就基于論文的生產和引用關系可視化展示了美國500 家被引用最多的研究機構的引文模式的時空變化，并在2012 年對基于學科分類的USCD 全球科學地圖的覆蓋范圍進行了更新，可用于識別優(yōu)秀研究機構和國家。LEYDESDORFF 使 用Google Earth、Google Maps 和PAJEK 通過將科學出版物中地址之間的關系網(wǎng)絡映射到地理地圖從城市層面繪制了全球地圖[69]。BORNMANN 提出了在全球范圍內繪制科學卓越中心地圖的方法。通過根據(jù)優(yōu)秀論文的輸出對全世界的城市進行著色，可以在其中找到這些論文的高（或低）輸出城市[70]。BORNMANN 和WALTMAN 遵循這種方法，但是將重點從單個城市的地圖更改為更廣闊區(qū)域的可視化，使用密度圖來檢測全球范圍內的卓越區(qū)域[71]。之后BORNMANN 認為僅使用優(yōu)秀論文產出對結果是有誤差的，使用多層次模型對機構優(yōu)秀論文的數(shù)量進行估算和置信區(qū)間作為衡量機構引用影響的準確性指標對全球不同領域的卓越中心進行揭示?，F(xiàn)在最新的研究是從城市層面可視化數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢在于呈現(xiàn)在地圖上的數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)重疊，改善了用戶對空間結果的感知[72,73]。

然而，開展可視化研究需要避免為了可視化而可視化，可視化僅是手段，不能替代計量分析、網(wǎng)絡分析或指標分析，缺乏嚴謹?shù)姆治鲎鳛橹蔚目梢暬瘓D像并不建議單獨進行解讀，避免出現(xiàn)由視覺導致的嚴重偏差。可視化分析正確的利用方式是作為對計量分析、網(wǎng)絡分析或指標分析結果進行解讀的輔助手段，增強讀者對相關研究結果的理解。

4 結論與啟示

作為科學計量學的重要研究領域，空間科學計量學豐富了科學計量學的研究內容，拓展了研究方法和工具，也為開展科學計量學研究提供了新的視角和途徑，同時得益于計算機技術的飛速發(fā)展，提升了科學計量學研究的總體水平。本文主要從國際視角出發(fā)，發(fā)現(xiàn)學者們主要基于出版物的地理屬性從國家、區(qū)域、城市和機構層面綜合運用文獻計量指標、網(wǎng)絡分析方法、模型構建和統(tǒng)計學方法開展空間科學計量學相關研究，研究主題主要有科學合作、科研產出和知識流動等。在可視化實踐方面，科學活動的可視化地圖有助于人們了解科學活動的地理分布和知識傳播的演化路徑。然而，空間科學計量學研究仍然存在一些問題和挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下4 個方面。

（1）在理論基礎方面，空間科學計量學本質上是服務于科學計量學研究的特定領域，借鑒了來自計算機科學、網(wǎng)絡科學、經(jīng)濟地理學領域的技術方法，沒有形成相對獨立的理論體系。例如利用社會網(wǎng)絡方法和知識溢出理論對科學活動的空間結構進行解釋和開展應用研究，但如何利用這些方法來構建系統(tǒng)性的空間科學計量學研究框架尚缺乏充分的理論支撐。為更好地對相關研究提供理論依據(jù)，深化空間科學計量學的研究與運用水平，需要學界提高對該研究方向的重視。

（2）缺乏方法適用性與效用性研究。理想的方法選擇方式應該是為研究某科學問題選擇最適用、恰當且有效的方法，然而，受困于理論體系的缺位，空間科學計量學的方法選擇也存在隨意性的情況，針對同樣的研究問題，研究人員通常會基于經(jīng)驗選用自己所掌握的、熟悉的方法和工具。這種現(xiàn)狀導致的結果是無法對分析結果的科學性、有效性進行準確的評估，甚至不同研究方法和工具還會揭示出截然相反的所謂“特征和規(guī)律”。同時，隨著可用技術的增加，開展空間科學計量學研究時還需評估新技術帶來的效用和價值，避免出現(xiàn)僅為片面追求新技術和利用新技術的誤區(qū)。

（3）數(shù)據(jù)分析的來源比較單一，現(xiàn)有的研究多是圍繞Web of Science 和Scopus 數(shù)據(jù)庫的文獻數(shù)據(jù)進行展開。然而，若是要對科學活動的空間結構進行全面客觀的分析，還需要考慮報告、基金資助項目、統(tǒng)計年鑒、政策文件等其他形式的數(shù)據(jù)。同時，在研究方法上，需要充分利用機器學習、大數(shù)據(jù)分析等新技術來提升對文本進行處理與分析的效率和效果。如何采用來源更為廣泛的數(shù)據(jù)以及拓寬研究對象也將是空間科學計量學領域具有挑戰(zhàn)的前沿課題。

（4）在獲取數(shù)據(jù)的準確性方面，例如利用數(shù)據(jù)庫文獻進行定量研究時，由于很多知名機構和公司都是分布不集中的組織，其研究人員分散在除這些組織總部之外的附屬組織，所以數(shù)據(jù)庫分配給出版物的地址不一定意味著是作者的真實地址。同時，由于不同國家對城市的劃分范圍和界定標準不同，城市層面的數(shù)據(jù)獲取后難以直接分析。因此，如何從作者地址信息字段中提取準確的數(shù)據(jù)也是需要考慮的問題。

在新一輪科技革命和產業(yè)變革的浪潮下，開展空間科學計量學研究包括理解科學系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律、了解地區(qū)的科技創(chuàng)新影響因素和科研合作網(wǎng)絡形成等規(guī)律性和特征性問題，也可以為政策制定部門進行科技政策布局提供支持。一個有價值的方向是充分利用空間科學計量學研究開展時序分析，觀察各種表現(xiàn)隨著時間推移的變化，對揭示國家科技進步的相對速率具有參考價值。