情景意識相關(guān)研究進(jìn)展與趨勢分析
——基于CiteSpace的可視化對比研究

吳 文 李溪辰 汪璐 胡 威

（湖南工學(xué)院安全與管理工程學(xué)院,湖南 衡陽 421002）

情景意識（situation awareness）是與人因安全密切相關(guān)的要素之一，在人因工程領(lǐng)域得到了相當(dāng)廣泛的關(guān)注，雖然情景意識研究最初來自軍事和航空領(lǐng)域，但現(xiàn)在被認(rèn)定為任何復(fù)雜人機(jī)交互系統(tǒng)的關(guān)鍵研究主題[1]。情景意識的定義目前比較受認(rèn)可的是Mica R.Endsley于1995年提出的，是指在特定的時間和空間內(nèi)對環(huán)境中各種要素的知覺，對其意義的理解，及預(yù)測它們隨后的狀態(tài)[2]。有研究者認(rèn)為，隨著信息技術(shù)和自動化水平的提高，在復(fù)雜的動力系統(tǒng)中，其信息呈現(xiàn)方式（巨量信息有限顯示）[3]、規(guī)程（計算機(jī)化的規(guī)程）[4]、控制（軟控制）[5]、任務(wù)（界面管理任務(wù)）[6]、班組的交流和合作[7]等，都影響著操作者的情景意識。經(jīng)過近30年的發(fā)展，情景意識得到了更多研究者的關(guān)注，尤其是隨著科技的發(fā)展，人們越來越關(guān)注復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中人的因素，對情景意識的研究所涉及的領(lǐng)域也越來越廣泛，如駕駛、核電乃至醫(yī)療等領(lǐng)域。為了系統(tǒng)梳理情景意識的研究脈絡(luò)，本文主要利用陳超美教授[8-9]開發(fā)的信息可視化軟件CiteSpace對國內(nèi)外有關(guān)情景意識的文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，對情景意識的研究熱點(diǎn)及未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

本文采用文獻(xiàn)計量和科學(xué)圖譜的方法，全面分析國內(nèi)外情景意識相關(guān)研究現(xiàn)狀，綜合運(yùn)用可視化軟件CiteSpace中關(guān)鍵詞共現(xiàn)、聚類、突現(xiàn)度分析等功能，比較國內(nèi)外情景意識相關(guān)研究的熱點(diǎn)主題、演進(jìn)脈絡(luò)及發(fā)展趨勢的異同。CiteSpace能在探究分析中心度排序以及關(guān)鍵詞詞頻的基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)所研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)以及重點(diǎn)內(nèi)容；在匯聚相關(guān)關(guān)鍵詞之后，凸顯其存在的共性，從而獲得聯(lián)系密切的關(guān)鍵詞組類，形成類型豐富的主題詞，較為全面地揭示情景意識研究重點(diǎn)的時期變化，并展現(xiàn)研究內(nèi)容的未來發(fā)展趨勢。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以中國知網(wǎng)（CNKI）作為中文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源，Web of Science（WoS）作為外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源。

中國知網(wǎng)是目前中國文獻(xiàn)數(shù)據(jù)最全面的網(wǎng)上數(shù)字資源庫，收錄文獻(xiàn)總量超過2億篇。在中國知網(wǎng)以“主題=情景意識”為檢索條件，共檢索出相關(guān)文獻(xiàn)457篇，文獻(xiàn)分布在1995—2023年5月。

Web of Science是全球最大、覆蓋學(xué)科最多的綜合性學(xué)術(shù)信息資源庫，收錄了各研究領(lǐng)域最具影響力的9 000多種核心學(xué)術(shù)期刊。在Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中以“主題=situation awareness”為檢索條件，檢索時間范圍為1995年1月1日至2023年5月20日，共檢索出2 729篇相關(guān)文獻(xiàn)，剔除了一些征稿啟事、信息通報等無關(guān)信息后，按照相關(guān)性排序選取了前998篇文獻(xiàn)作為本研究的外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)源。

2 文獻(xiàn)時間分布

從文獻(xiàn)的時間變化趨勢可以直觀地看到某研究內(nèi)容在一定時間內(nèi)熱度的變化，是衡量研究主題在某個時間段內(nèi)發(fā)展態(tài)勢的重要指標(biāo)，對分析該領(lǐng)域發(fā)展動態(tài)和預(yù)測未來發(fā)展趨勢具有重要的意義。通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行逐年分析（見圖1），發(fā)現(xiàn)1995年國外學(xué)者開始關(guān)注情景意識的研究，到2004年迎來一個爆發(fā)期，發(fā)文數(shù)量達(dá)到17篇，此后基本呈現(xiàn)上升趨勢，在2021年達(dá)到一個高峰期，發(fā)文數(shù)量達(dá)到112篇；而國內(nèi)有關(guān)情景意識的文獻(xiàn)在2005年以前只有零星介紹，不成系統(tǒng)，2005年之后基本呈現(xiàn)上升的趨勢，在2021年、2022年發(fā)文數(shù)量均達(dá)到43篇。總體而言，國內(nèi)對情景意識的研究起步相對國外較晚，發(fā)文數(shù)量也遠(yuǎn)低于國外，但無論是國內(nèi)還是國外，總體發(fā)文數(shù)量均呈現(xiàn)上升態(tài)勢，這說明21世紀(jì)以來，國內(nèi)外研究者對情景意識的關(guān)注呈現(xiàn)出攀升的態(tài)勢。

圖1 國內(nèi)外情景意識相關(guān)文獻(xiàn)逐年分布情況

3 國內(nèi)外情景意識相關(guān)研究分析

3.1 核心期刊分析

3.1.1 國外情景意識研究核心期刊分析

將國外相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Citespace軟件中，將Node Type設(shè)置為“Cited Journal”，閾值設(shè)置為“T80”，其余選用默認(rèn)值，得到的國外情景意識研究的核心期刊共被引知識圖譜，國外有關(guān)情景意識研究的共被引期刊來源主要為Human Factors、Ergonomics、Safety SCI、Accident Analysis and Prevention、Applied Ergonomics等安全與工效學(xué)相關(guān)期刊，這5本期刊的引文數(shù)量分別為241篇、172篇、161篇、127篇、123篇。通過計算中心度，得到排名前三的期刊為Human Factors、Ergonomics、Applied Ergonomics等人因工效學(xué)類期刊，其中心度得分分別為0.29、0.18和0.11。這說明這三本期刊中關(guān)于情景意識的文章質(zhì)量較高，對相關(guān)研究有重要的支撐作用，其中Human Factors的被引頻次以及中心度是最高的，說明該期刊在情景意識研究領(lǐng)域?qū)儆诤诵钠诳?/p>

3.1.2 國內(nèi)情景意識研究核心期刊分析

由于Citespace無法系統(tǒng)地進(jìn)行中文期刊共被引分析，本文通過CNKI可視化分析國內(nèi)的期刊來源數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)目前情景意識相關(guān)文獻(xiàn)的期刊分布較為分散，除了碩博論文外，主要集中在《中國安全科學(xué)學(xué)報》（12篇）、《安全與環(huán)境學(xué)報》（12篇）、《航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程》（12篇）等雜志。這說明國內(nèi)的情景意識研究方向與國外的研究方向存在一定的重合，主要集中在安全、航天等工程領(lǐng)域，其中引文數(shù)量最高的為《中國安全科學(xué)學(xué)報》，說明該期刊是較為關(guān)注情景意識這一主題的中文核心期刊。

3.2 重要作者分析

3.2.1 國外情景意識研究的重要作者分析

在CiteSpace軟件中將Node Type設(shè)置為“Author”，閾值設(shè)置為“5”，其余默認(rèn)，得到發(fā)文量靠前的重要作者有3位，分別是來自美國南安普頓大學(xué)汽車人因工程領(lǐng)域的Neville A.Stanton（21篇）、前美國空軍首席科學(xué)家Mica R.Endsley（12篇）以及悉尼科技大學(xué)人工智能領(lǐng)域的Jie Lu（8篇）。這3位作者的主要研究領(lǐng)域均涉及人因工程領(lǐng)域，其中Mica R.Endsley對情景意識的研究是最早的，影響也是最廣泛的[10]，她于1995年發(fā)表的論文“Toward a theory of situation awareness in dynamic systems”中提出的情景意識理論受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍認(rèn)可，Research Gate上的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年5月這篇文章已有高達(dá)10 980次引用。

3.2.2 國內(nèi)情景意識研究的重要作者分析

利用CiteSpace對中文作者進(jìn)行分析，將Node Type設(shè)置為“Author”，閾值設(shè)置為“3”。國內(nèi)情景意識相關(guān)文獻(xiàn)的作者比較分散，發(fā)文較多的作者分別為李鵬程（10篇）、張力（8篇）、戴立操（8篇）、金肖（4篇）、王炎鑫（3篇）。其中，李鵬程、張力、戴立操、金肖以及王焱鑫等作者聯(lián)系較為緊密。通過進(jìn)一步在CNKI上檢索他們發(fā)表的論文數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其研究情景意識主要集中在核電人因領(lǐng)域。影響力最高的李鵬程、張力、戴立操等人一起于2016年在《系統(tǒng)工程理論與實踐》期刊上發(fā)表了《核電廠數(shù)字化主控室操縱員的情景意識可靠性模型》一文，目前被引量為21。這篇文章主要提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動的情景意識因果模型，認(rèn)為操縱員的心智水平、工作態(tài)度、壓力水平及系統(tǒng)狀態(tài)呈現(xiàn)的水平等四個因素直接影響著操縱員的情景意識的可靠性[11]。

3.3 研究熱點(diǎn)

3.3.1 國外情景意識研究的熱點(diǎn)分析

對文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，可以深入了解某領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[12]。利用CiteSpace對國外情景意識研究文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，將Node Type設(shè)置為“Keyword”，閾值設(shè)置為“T40”，得到圖2。由圖2可知，出現(xiàn)頻次前十的關(guān)鍵詞除了situation awareness（情景意識）之外，其余為performance（績效）、systems（系統(tǒng)）、decision making（決策）、model（模型）、automation（自動化）、workload（工作負(fù)荷）、management（管理）、safety（安全）、information（信息）。從這些關(guān)鍵詞，不難看出國外關(guān)于情景意識的研究主要延續(xù)自Mica R.Endsley所提出的情景意識模型。情景意識包含著對當(dāng)前環(huán)境中關(guān)鍵元素的認(rèn)知，對當(dāng)前狀態(tài)的理解以及對未來狀態(tài)的預(yù)計三個層次。識別影響情景意識的因素有個體因素、系統(tǒng)和任務(wù)因素等。

圖2 國外情景意識研究熱點(diǎn)知識圖譜

之后，再對高頻關(guān)鍵詞、摘要以及標(biāo)題進(jìn)行聚類，獲得的主要聚類分別是Cognitive Workload（認(rèn)知負(fù)荷）、non-technical skill（非技術(shù)性技能）、comparative study（對比研究）、safty-critical system（關(guān)鍵安全系統(tǒng)）、operating room（控制室）、patient safety（病患安全）、perceptual cycle approach（感知循環(huán)法）、automated driving（自動駕駛）。這8個聚類代表了情景意識研究的具體熱點(diǎn)：一是與情景意識相關(guān)的環(huán)境要素，主要有safty-critical system（關(guān)鍵安全系統(tǒng)）、operating room（控制室）以及automated driving（自動駕駛）；二是與情景意識相關(guān)的個體認(rèn)知層面的要素，主要有Cognitive Workload（認(rèn)知負(fù)荷）、non-technical skill（非技術(shù)性技能）；三是對情景意識研究方法的探討，主要是comparative study（對比研究）以及perceptual cycle approach（感知循環(huán)法）等，其中感知循環(huán)法是一種在人因工程領(lǐng)域比較常見的事后評價手段，該方法認(rèn)為操作者和他們所處的環(huán)境之間存在一種相互的、循環(huán)的關(guān)系。

3.3.2 國內(nèi)情景意識研究熱點(diǎn)分析

通過對國內(nèi)情景意識研究文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，得到圖3。由圖3可知，出現(xiàn)頻次前十的關(guān)鍵詞除了“情景意識”之外，其余為“人為因素”“人機(jī)交互”“飛行安全”“安全績效”“航行安全”“飛行員”“管制員”“自動駕駛”“測量方法”。

圖3 國外情景意識研究熱點(diǎn)知識圖譜

這些關(guān)鍵詞中，“飛行安全”“安全績效”“航行安全”等主要與安全相關(guān)，說明國內(nèi)對情景意識的研究著重聚焦于防范風(fēng)險、保證安全。一般而言，具有良好情景意識的操作者具備識別失誤鏈或者在事故發(fā)生前將其破斷的能力，能隨時知曉與識別出與團(tuán)隊、任務(wù)相關(guān)的風(fēng)險因素。喪失情景意識則表明一個失誤鏈正在形成，容易產(chǎn)生安全事故。低情景意識產(chǎn)生高風(fēng)險，而高情景意識減少風(fēng)險[13]。

此外，“人為因素”“人機(jī)交互”“自動駕駛”等關(guān)鍵詞突出了情景意識中有關(guān)人的要素。情景意識作為人因工程領(lǐng)域的一個重要課題，與個體和團(tuán)隊的經(jīng)驗與訓(xùn)練、操縱與操作技能、身體情況與心理狀態(tài)、對情況的適應(yīng)與熟悉程度等人的要素密切相關(guān)。

之后，再對高頻關(guān)鍵詞、摘要以及標(biāo)題進(jìn)行聚類，獲得的主要聚類分別是安全績效、人機(jī)交互、人為因素、管制員、煤礦安全、事故發(fā)生、因素識別、告警。從這8個聚類不難看出，國內(nèi)對情景意識的研究主要是從安全方面出發(fā)，安全績效、煤礦安全、事故發(fā)生、告警等主題都與之相關(guān)。此外，從人的角度出發(fā)研究情景意識，主要關(guān)注的是人機(jī)交互、人為因素等主題。

3.4 研究趨勢分析

3.4.1 國外情景意識的研究趨勢分析

關(guān)鍵詞突現(xiàn)度可以反映一段時間內(nèi)影響力較大的研究領(lǐng)域。在國外情景意識研究文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞分析中得到18個突現(xiàn)詞，如圖4所示。其中，突現(xiàn)度排在前十位的關(guān)鍵詞依次為task analysis（任務(wù)分析）、dynamic systems（動態(tài)系統(tǒng)）、decision making（決策）、operating room（控制室）、model（模型）、work（工作）、experience（經(jīng)驗）、hazard perception（危險感知）、working memory（工作記憶）、knowledge（知識）。

圖4 國外情景意識研究關(guān)鍵詞突現(xiàn)度圖譜

從時間序列來看，2010年以前的突現(xiàn)詞主要有dynamic systems（動態(tài)系統(tǒng)）、operating room（控制室）、knowledge（知識）。2010—2019年的突現(xiàn)詞有teamwork（團(tuán)隊工作）、systems（系統(tǒng)）、work（工作）、health care（健康護(hù)理）、hazard perception（危險感知）、working memory（工作記憶）、experience（經(jīng)驗）、human error（人因失誤）、human factors（人為因素）。2020年至今的主要突現(xiàn)詞有task analysis（任務(wù)分析）、model（模型）、machine learning（機(jī)器學(xué)習(xí)）、time（時間）、prediction（預(yù)測）、human factor（人為因素）等。

從這些突現(xiàn)詞的突現(xiàn)度和突現(xiàn)時間節(jié)點(diǎn)可以看出研究者的研究興趣的階段性轉(zhuǎn)變。在早期，研究主要集中在主控室的動力系統(tǒng)等方面；進(jìn)入2010年后，逐漸開始關(guān)注團(tuán)隊情景意識，團(tuán)隊情景意識包含個體情景意識以及由溝通代理的個體之間的情景意識的共享[14]；到了2020年，隨著信息化、智能化的不斷發(fā)展，人們越來越關(guān)注對操作任務(wù)的分析，主要通過機(jī)器學(xué)習(xí)、構(gòu)建模型等方法預(yù)測與評估人員的情景意識。

從突現(xiàn)詞的影響周期來看，dynamic systems（動力系統(tǒng)）最長，達(dá)12年，其次是operating room（控制室），為8年。這說明雖然情景意識的研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，但主要還是集中于控制室中人員在對復(fù)雜動力系統(tǒng)進(jìn)行操作過程中的情景意識。

3.4.2 國內(nèi)情景意識的研究趨勢分析

對國內(nèi)情景意識研究關(guān)鍵詞的突現(xiàn)詞進(jìn)行階段性分析，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)突現(xiàn)度排名前十位的關(guān)鍵詞為“自動駕駛”“安全績效”“管制員”“飛行安全”“工作負(fù)荷”“交通安全”“航行安全”“測量方法”“人為差錯”“影響因素”等。這些關(guān)鍵詞主要出現(xiàn)在2010年以后，說明國內(nèi)有關(guān)情景意識的研究相對滯后于國外。

圖5 國內(nèi)情景意識研究關(guān)鍵詞突現(xiàn)度圖譜

此外，從時間序列來看，國內(nèi)有關(guān)情景意識的研究整體較為分散，持續(xù)時間較短，為1～4年，說明國內(nèi)有關(guān)情景意識的研究尚缺乏一個持續(xù)、核心的主題，大部分學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)在于安全與人的要素，相關(guān)研究尚不夠深入。

值得注意的是，“自動駕駛”“創(chuàng)業(yè)學(xué)習(xí)”“人機(jī)共駕”等關(guān)鍵詞一直持續(xù)到2023年，說明國內(nèi)關(guān)于情景意識的研究主要集中在汽車駕駛領(lǐng)域的自動駕駛、智能駕駛等方面。另外，人員培訓(xùn)方面也引發(fā)了一些關(guān)注。

4 結(jié)論

本文利用可視化分析工具Citespace對國內(nèi)外情景意識研究文獻(xiàn)的時間分布、核心期刊、重要作者、研究熱點(diǎn)及研究趨勢進(jìn)行了整理和分析，得出了以下結(jié)論：

（1）從檢索的國內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)量來看，國內(nèi)有關(guān)情景意識的研究相對較少，發(fā)文數(shù)量低于國外，研究起步時間也要略晚于國外。從關(guān)鍵詞突現(xiàn)度分析來看，直到2010年之后，國內(nèi)對于情景意識的研究才真正地?zé)崞饋怼?/p>

（2）從情景意識研究文獻(xiàn)的核心期刊分布來看，國內(nèi)外研究主要集中在人因工程領(lǐng)域，其中國外主要期刊是Human Factors，國內(nèi)主要期刊是《中國安全科學(xué)學(xué)報》。

（3）從情景意識研究文獻(xiàn)的發(fā)文者來看，國外研究的重要作者有Neville A.Stanton、Mica R.Endsley、Jie Lu等，其中Neville A.Stanton發(fā)文數(shù)量最多，Mica R.Endsley的文章影響力最大。而國內(nèi)研究情景意識成績比較突出的作者為李鵬程、張力、戴立操等，其主要關(guān)注核電人因領(lǐng)域。

（4）通過對國內(nèi)外研究熱點(diǎn)的分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外關(guān)于情景意識的研究熱點(diǎn)存在一定的重合，例如都關(guān)注安全以及復(fù)雜系統(tǒng)中人的要素。但是側(cè)重點(diǎn)略有不同。國外的文獻(xiàn)更多從情景意識的構(gòu)成出發(fā)，關(guān)注與情景意識有關(guān)的環(huán)境要素、人的要素，以及從方法論角度去評估情景意識。而國內(nèi)的研究主要從宏觀角度探討與情景意識有關(guān)的人的要素以及安全的防范。

（5）通過對國內(nèi)外研究趨勢的分析，未來在智能化、信息化背景下，研究情景意識是大的趨勢，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、模型建構(gòu)等方法來預(yù)測和評估人員的情景意識將成為研究熱點(diǎn)。特別是在智能駕駛領(lǐng)域，情景意識可能會成為未來一段時間的研究熱點(diǎn)。

本研究尚存在一些不足，由于數(shù)據(jù)庫的局限性以及文獻(xiàn)數(shù)量的限制，某些數(shù)據(jù)可能不夠準(zhǔn)確，分析結(jié)果也可能存在偏差。后續(xù)研究可以綜合多個數(shù)據(jù)庫，采用其他可視化知識圖譜分析工具，對更廣泛的文獻(xiàn)進(jìn)行研究，使相關(guān)結(jié)果更加全面、深入。