基于CiteSpace 的總氮檢測知識圖譜分析

羅 穎，史紅雨，王玉欣，張 薇

（1.江岸區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，湖北 武漢 430010；2.廣州醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，廣東 廣州 511436）

0 引言

近年來，隨著我國對環(huán)境保護(hù)事業(yè)的高度重視，環(huán)境監(jiān)測在環(huán)境保護(hù)事業(yè)中的作用也獲得越來越高的關(guān)注。環(huán)境監(jiān)測是對人類和環(huán)境有影響的物質(zhì)含量、排放量的檢測[1]。我國水質(zhì)惡化呈現(xiàn)逐年惡化的趨勢，污水排放總量逐年增加[2]?？偟╰otalnitrogen，TN）是水中各種形態(tài)無機和有機氮的總量，主要反映水體受污染的程度和自凈狀況，是水體污染監(jiān)測體系中主要的污染指標(biāo)，也是衡量水質(zhì)營養(yǎng)化的重要指標(biāo)。

目前，少有完整的知識體系對總氮檢測進(jìn)行詳細(xì)全面的歸納分析。知識圖譜是人工智能應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)，是目前解決數(shù)據(jù)多源分布及信息超載最有效的方法。為此，本研究基于知識圖譜可視化分析，以中國知網(wǎng)（China national knowledge infrastructure，CNKI）收錄的總氮檢測相關(guān)文獻(xiàn)為對象，應(yīng)用知識圖譜分析工具CiteSpace 軟件，對近10 年來已發(fā)表的關(guān)于總氮檢測的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，以探究總氮檢測研究的熱點與趨勢，為國內(nèi)總氮檢測的進(jìn)一步研究提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

CNKI 是國內(nèi)收錄文獻(xiàn)最為全面的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)平臺[3]，本文中進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)均來源于CNKI 數(shù)據(jù)庫。通過CNKI 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行高級檢索，設(shè)置主題為“總氮檢測”，設(shè)置時間范圍為2012 年1 月1 日至2022 年1 月1 日，選擇學(xué)科為“環(huán)境科學(xué)與資源利用”，共得到1 174 條記錄。

1.2 基于CiteSpace 軟件的分析方法

對時間序列內(nèi)的發(fā)表文獻(xiàn)進(jìn)行分析在一定程度上可以反映出學(xué)者專業(yè)對一個領(lǐng)域的關(guān)注度[4-5]。本文的研究是基于CiteSpace 軟件進(jìn)行的，該軟件是由陳超美博士聯(lián)合大連理工大學(xué)基于“共現(xiàn)聚類”，運用Java 程序進(jìn)行設(shè)計研發(fā)的，可以把研究領(lǐng)域的分布、發(fā)展規(guī)律等進(jìn)行可視化展現(xiàn)，進(jìn)而分析研究領(lǐng)域的熱點和發(fā)展趨勢[6-7]。

通過CNKI 自帶的可視化分析對發(fā)文量和主要主題進(jìn)行統(tǒng)計。由于文獻(xiàn)數(shù)量多、涉及的方面廣、研究內(nèi)容多，具有一定的時間跨度，為了對文獻(xiàn)涉及領(lǐng)域及內(nèi)容進(jìn)行更為全面的關(guān)聯(lián)性統(tǒng)籌分析得到更加有全局觀的數(shù)據(jù)，通過CiteSpace（5.8.R2 版本）對批量導(dǎo)出的文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析、關(guān)鍵詞凸顯分析、作者合作貢獻(xiàn)分析等。

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了更好地使用CiteSpace 對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用軟件自帶的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。通過數(shù)據(jù)預(yù)處理不僅可以修正導(dǎo)出數(shù)據(jù)的格式還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和除重，最大程度上保證后續(xù)分析的準(zhǔn)確性[6-7]。

2 可視化結(jié)果與討論

2.1 關(guān)鍵詞聚類分析

關(guān)鍵詞是快速提取一篇文獻(xiàn)核心思想的重要因素，在文獻(xiàn)分析中起著關(guān)鍵性作用。因此對文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞分析，分析關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次和中心中介性（用于衡量網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的重要性的指標(biāo)，中介中心性越高，節(jié)點的重要性越高[5]）。通過對文獻(xiàn)關(guān)鍵詞進(jìn)行可視化聚類分析，得到關(guān)鍵詞聚類圖譜，如圖1 所示。

圖1 關(guān)鍵詞聚類圖譜

對所得的關(guān)鍵詞聚類圖譜進(jìn)行分析，得到節(jié)點359 個，連線567 條，對分析的關(guān)鍵詞進(jìn)行頻次和中心度的統(tǒng)計，匯總為關(guān)鍵詞頻次及中心度信息表，見表1。

表1 關(guān)鍵詞頻次及中心度統(tǒng)計表

由圖1 和表1 可知，其中出現(xiàn)次數(shù)最多的是“總氮”，頻次為91，其次是“水質(zhì)”和“水質(zhì)評價”，頻次分別為70 和59。發(fā)現(xiàn)關(guān)于總氮的分析一般都是對于水質(zhì)進(jìn)行分析，更加詳細(xì)來說是對水質(zhì)進(jìn)行評價，其關(guān)聯(lián)性很強。從初次出現(xiàn)的年度來看，都是2012 年首次出現(xiàn)，可見水質(zhì)總氮的分析和評價是較早的研究成果和方向，時至今日，仍是該領(lǐng)域方向的研究熱點。

同時對中心度的強弱程度進(jìn)行分析，可以看出關(guān)鍵詞之間并不是獨立存在的，多個關(guān)鍵詞往往存在一定的相關(guān)性[8]。同時，分析關(guān)鍵詞的中心度也可以確定在水質(zhì)總氮檢測方向的主要研究領(lǐng)域和基本內(nèi)容[9]。較強中心度的關(guān)鍵詞往往與其他關(guān)鍵詞有更強的聯(lián)系。由圖1 和表1 可以看出，“脫氮除磷”和“總磷”兩個關(guān)鍵詞的中心度相對較高，分別為0.36 和0.41。可以看出，對于水質(zhì)總氮檢測方向的分析，更多的研究出現(xiàn)在如何解決水質(zhì)中存在氮和磷的問題，同時總氮和總磷的分析也是息息相關(guān)的。脫氮除磷相關(guān)技術(shù)工藝廣泛應(yīng)用于污水的處理，隨著近幾年水處理微生物學(xué)方向的深入研究，生物脫氮除磷工藝由簡單地將幾種基本原理相疊加逐漸向耦合工藝轉(zhuǎn)變[10]?？梢钥闯瞿壳皩τ谒|(zhì)總氮檢測方向而言，不僅僅關(guān)注對于水質(zhì)的檢測評價，如何解決這一城市污水問題，也是廣泛研究的對象。

2.2 研究趨勢及前景分析

使用CiteSpace 自帶的Burstness 功能，對關(guān)鍵詞進(jìn)行突顯分析，可以反映出某一階段研究者所關(guān)注的該研究領(lǐng)域的研究熱點及發(fā)展趨勢[6]，獲得關(guān)鍵詞突顯圖譜，如圖2 所示。水質(zhì)總氮檢測方面的研究是一個連續(xù)的過程，在2012 年出現(xiàn)的關(guān)鍵詞，其中間的發(fā)展沒有斷層，一直都是保持著繼續(xù)研究發(fā)展的狀態(tài)。研究初期，出現(xiàn)的更多是對水質(zhì)總氮的全局描繪或是對于一種工藝大領(lǐng)域的描述研究。隨著時間的推移，出現(xiàn)了對水質(zhì)總氮升高的污染源的一種分析討論，探究造成水質(zhì)污染的原因，找到了源頭就更能快速應(yīng)對水質(zhì)污染問題，找到更加直接的解決方法和預(yù)防手段。

圖2 水質(zhì)總氮檢測關(guān)鍵詞突顯圖譜

總體上來看，水質(zhì)總氮檢測的研究大方向依舊是保持不變的，但是研究越來越多元化，無論是加入模型的運用或者采用高通量的方法，都是在提升現(xiàn)有的檢測和處理手段。水質(zhì)評價和工藝精進(jìn)依舊是水質(zhì)總氮檢測的熱點和發(fā)展趨勢。

2.3 年度發(fā)文量分析

通過上述數(shù)據(jù)檢索方式，在CNKI 數(shù)據(jù)庫共得到1 174 篇記錄，其中學(xué)術(shù)期刊216 篇、學(xué)位論文945 篇（碩士817 篇，博士128 篇）、會議10 篇、特色期刊2 篇、成果1 篇。

以時間為單位，從發(fā)文數(shù)量上進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，得到2012—2022 年度發(fā)文量統(tǒng)計圖表（圖3）。通過對發(fā)文量折線圖進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)文量呈現(xiàn)穩(wěn)步提升的趨勢，但在2020—2021 年這個時間區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)大幅度的下滑，針對發(fā)文量下降這一問題，分別對不同“研究層次”的發(fā)文量進(jìn)行逐年統(tǒng)計，得到2012—2022 年度不同“研究層次”發(fā)文量統(tǒng)計表及統(tǒng)計圖（圖4）。可見“技術(shù)研究”類文章的發(fā)文量下降趨勢最為明顯，但是當(dāng)“技術(shù)研究”、“工程研究”和“技術(shù)開發(fā)”類文章都呈現(xiàn)發(fā)文量下降趨勢時，“應(yīng)用基礎(chǔ)研究”類文章發(fā)文量是繼續(xù)呈現(xiàn)上升狀態(tài)的。根據(jù)“研究層次”的發(fā)文量比較可以看出，針對“總氮檢測”這一研究方向而言，基礎(chǔ)研究仍在繼續(xù)，保持著一定的發(fā)展趨勢。雖然“技術(shù)”類研究的發(fā)文量有下降的趨勢，但是在基礎(chǔ)研究沒有停下的基礎(chǔ)上，發(fā)文量的上升指日可待。目前更多是繼續(xù)對基礎(chǔ)研究進(jìn)行深挖，在基礎(chǔ)研究進(jìn)行到一定程度后，技術(shù)類的開發(fā)和研究也會緊跟。因此，“總氮檢測”這一方向仍然具有研究的前景，且需要更多的研究投入精進(jìn)基礎(chǔ)和技術(shù)。

圖3 2012—2022 年度發(fā)文量統(tǒng)計圖

圖4 2012—2022 年度不同“研究層次”發(fā)文量統(tǒng)計表及統(tǒng)計圖

2.4 作者發(fā)文分析

分析上述進(jìn)行過預(yù)處理的數(shù)據(jù)，在“Node Types”中選擇“Author”，得到作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜，如圖5 所示。

圖5 可視化作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

對所得的作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜進(jìn)行分析，作者節(jié)點數(shù)為281，作者合作連接數(shù)為83?？梢园l(fā)現(xiàn)，作者發(fā)文處于比較分散的狀態(tài)，中心中介性不高，僅有部分作者的發(fā)文存在聯(lián)系，構(gòu)成較為緊密的小型作者合作網(wǎng)絡(luò)。同時，分析作者的發(fā)文頻次可以很好地反映該作者在某個領(lǐng)域內(nèi)的研究力度情況，是分析文獻(xiàn)一個關(guān)鍵的要素[11]。雖然作者發(fā)文量沒有明顯差異，并且合作較少，但是對于水質(zhì)總氮檢測方面，有大量作者發(fā)文，說明該領(lǐng)域方向有廣泛的研究背景，是值得關(guān)注的一個環(huán)境科學(xué)問題。

3 結(jié)論與展望

通過一系列的分析可以發(fā)現(xiàn)：

1）水質(zhì)總氮類相關(guān)論文發(fā)文數(shù)量多，主要以學(xué)術(shù)期刊和學(xué)位論文形式發(fā)表，以基礎(chǔ)研究為主；

2）作者發(fā)文存在發(fā)文分散的現(xiàn)象，作者間的發(fā)文合作較少；

3）就目前研究方向而言，如何解決城市污水問題，是廣泛研究的對象；

4）水質(zhì)總氮檢測的研究大方向依舊是保持不變的，但是研究越來越多元化，提升現(xiàn)有的檢測和處理手段，水質(zhì)評價和工藝精進(jìn)依舊是水質(zhì)總氮檢測的熱點和發(fā)展趨勢。

相信伴隨著多學(xué)科的交叉聯(lián)動，水質(zhì)總氮檢測這一在水質(zhì)監(jiān)測中的關(guān)鍵性檢測手段可以有長足的發(fā)展和進(jìn)步。相關(guān)作者和研究機構(gòu)間有更多的研究聯(lián)系，使得現(xiàn)有的研究更加深入，總氮檢測的手段更加多元化、便捷化、精確化，后續(xù)的水質(zhì)治理工作也可以銜接性開展。