海洋工程测量特点分析 -海洋工程测量通用规范2020

战神梅西 · 发表于仪器应用 2023-11-20 15:50:57

对中国学术期刊出版总库所收录的《海洋测绘》近30年的2646篇有效文献进行科学计量研究，分别对文献的作者共现网络、机构共现网络和关键词共现网络进行了分析，结果表明《海洋测绘》发文主题主要涉及水深测量、GNSS、海图制作等领域，发文核心机构以海军海洋测绘研究所等军事研究院所为主，核心作者多隶属同一研究机构，具有密切合作网络。通过分阶段的时间演进分析，表明水深测量、GNSS、海图制作三大研究主题30年间长久不衰，卫星遥感、北斗导航定位等其他核心主题的研究趋势不断增强，热点主题往往与国内外相关科技发展趋势相呼应。

引言

《海洋测绘》于1981年创刊，由海军海洋测绘研究所主办[1]，是我国海洋测绘研究领域最为重要的学术性期刊，国内外公开发行，办刊特色是以报道海洋测绘专业领域为主，刊文主要涉及我国海洋测绘学术科技研究成果和国内外海洋测绘动态，并包括与海洋测绘相关的交叉学科（如物理海洋、水声学等）研究成果。《海洋测绘》被中国学术期刊综合评价数据库、中文核心期刊（遴选）数据库、中文期刊数据库和日本科学技术振兴机构数据库等多个国内外重要数据库收录，已连续11年评为“中国科技核心期刊”。2021年3月，依据文献计量学原理和方法，经过学科专家评审，《海洋测绘》入编《中文核心期刊要目总览》测绘学类的核心期刊表（北大核心）。

作为反映中国海洋测绘最高研究水平的学术型刊物，在《海洋测绘》创刊40周年及入编北大核心之际，有必要通过科学文献计量方法，分析其历史载文的机构、作者和热点主题特征，探讨我国海洋测绘近几十年研究的观点、方法、技术和实践的相关演变。文献计量是利用数学和统计学方法定量分析科技文献外部特征，包括文献的分布结构、数量关系、变化规律和共现聚类等，进而揭示学术研究的特征和规律[2]。在一些学术期刊的历史节点，已有不少学者对期刊进行了出版刊发情况分析。例如《地理学报》创刊70、80、85之际，姚鲁烽等人分别进行了期刊历史发文的总结[3–6]，为地理学发展提供相关参考数据，并且揭示了期刊的发展特点和趋势；刘凯等开展了《热带地理》创刊以来40周年的文献计量分析，研究了核心机构、作者等关键要素的合作关系[7]。

Citespace软件是目前国内外主流的文献计量软件之一，具备强大的文献计量分析能力，并且能够以可视化图谱的形式展现文献结构[8]，该软件已被广泛应用于期刊文献计量分析、知识图谱绘制以及大数据信息挖掘[9–12]。本文采用Citespace软件，基于中国学术期刊出版总库收录的《海洋测绘》论文，开展文献关键词聚类分析、关键词共现分析、关键词突现分析，以及研究机构和作者的共现和聚类分析，对《海洋测绘》载文的宏观脉络、知识体系进行探讨分析，以科学计量以及可视化的方法揭示《海洋测绘》文献的研究趋势，以期对中国海洋测绘工作者及相关领域人员提供参考，也为期刊未来发展提供历史节点性的总结。

数据和方法

数据来源

数据收集和整理对文献计量分析的整体结果质量非常重要[13]，本文以中国知网（CNKI）为检索平台，检索中国学术期刊出版总库所收录的《海洋测绘》所有刊文，并剔除“目录”、“卷首语”、“导读”、“新闻”、“会议通知”、“编辑部声明”等主题的文章，得到2646篇有效文献作为本次分析的基础数据，其中时间跨度为1994-2020（CNKI缺失1981-1993年的《海洋测绘》数据）。

分析工具和原理

Citespace为美国德雷塞尔大学陈超美教授开发的科学文献计量和可视化工具，其设计平台是Java，其算法基础主要用到了矩阵分析、统计学理论和交互式可视化。Citespace可以根据文献数据集构造一系列的引文对象及引文网络，可以在数据基础上开展主题聚类、网络分析、共引分析等[12,14]。Citespace的哲学基础是托马斯的科学革命的结构[15]，而设计灵感为社交网络的结构洞理论[16]，两种时间和空间的基础理论使得Citespace可以通过引入不同时间所出现的聚类，揭示不同主题的兴衰，可以通过结构洞在不同聚类间的连接，探测具有关键作用的节点。

本文主要选取《海洋测绘》文献中“关键词”、“机构”和“作者”三类节点进行计量分析和图谱绘制，因原始数据包含大量的节点和网络连接，为简化网络复杂性，在软件中设置每5年1个时间切片，并使用路径搜索算法（Pathfinder）和路径网络简化（pruning C: \8 M' `' M. e9 N sliced 4 u# X; t& f& Q. {! M% m N networks）优化引文网络。Citespace生成的可视化图谱内容主要包含节点和连线，其中节点的大小可表征该节点在数据库中出现的频次，节点之间的连线粗细表示节点连接强度，节点的颜色表示出现的年代。Citespace聚类分析结果使用模块值（Q值）和平均轮廓值（S值）来衡量聚类效果，一般认为Q>0.3则表示聚类结构显著，S>0.5聚类是合理的。

分析结果

文献总览

图 1 《海洋测绘》年发文数量演变以及文献的学科占比情况

分析年发文数量表明《海洋测绘》期刊在1994-2020年间共刊发学术型文献2600多篇，其中2001年以前的年刊文数量在50篇左右，2001年以后其年发文数量超过100篇，然而自2010年之后在年发文数量呈现轻微的下降趋势。学科组成统计表明《海洋测绘》文献中超过50%为自然地理学和测绘学学科，其次有约15%为海洋学学科，另外计算机、船舶工业以及地球物理等领域也有一定的占比。

研究作者

图$ _! n1 S& L" g& d9 w# x6 x 2. H; H* \# A" c- \2 ~ 《海洋测绘》核心作者网络为《海洋测绘》文献核心作者的结构网络图谱，其中节点数为241个，网络连线为279条，从发文数量上，有6位作者超过50篇，有59位作者超过10篇，总体上发文作者的团队较为集中，合作较为紧密。依据社交网络的结构洞理论，核心作者在图谱中的节点位于中心位置，这类节点在作者合作网络中起到重要的连接作用，例如作者中的黄谟涛、刘雁春、翟国君、欧阳永忠、陆秀平、任来平、申家双等人均呈现高中心性特点，围绕此类核心作者往往形成作者合作群体。《海洋测绘》期刊的作者关键节点呈现出较为集中的特征，这表明核心作者可能隶属于同一机构。

图 2 《海洋测绘》核心作者网络

载文机构

科研机构作为宏观研究主题，分析研究机构的发文和合作网络有助于探明某领域的力量分布。通过对《海洋测绘》载文的研究机构分析，得到发文机构图谱（图5 u" N. |( c" ?/ V1 e 6 X6 O1 n: F1 u* y 3），发现总体上发文机构以军事研究院所为主，其中以海军海洋测绘研究所、海军大连舰艇学院（含海洋测绘科学与工程系、海测工程系、海洋测绘系）、海军出版社、解放军信息工程大学（含测绘学院、地理空间信息学院）和海军工程大学导航工程系为核心机构形成了关键的研究网络。从数量上看，有23家机构的发文超过了20篇，其中16家为军事科研院所，统计表明海军海洋测绘研究所发文超过400篇，合作机构超过80家，海军大连舰艇学院和解放军信息工程大学发文超过300篇，合作机构超过30家，构成了《海洋测绘》发文最多、合作网络最密集的三大军事科研院所。

《海洋测绘》载文机构中除部队外，也存在少数的地方研究团队，形成和相对稳健的合作网，例如自然资源部第一海洋研究所、山东科技大学、中国测绘科学研究院等，这三家机构的节点分布较为集中，合作强度较显著，发文数量均超过20篇。此外，地方研究力量中还有武汉大学、天津海事局海测大队、国家海洋信息中心、中科院测量与地球物理研究所发文数量超过20篇。

图 3 《海洋测绘》载文机构共现分析

研究主题

关键词是文章主题的高度概括和浓缩，可体现研究热点的演变和延伸，通过关键词的聚类分析可以快速捕捉到对应领域的研究主题[17]。通过对1994-2020年间《海洋测绘》刊文的关键词进行共现分析，结果表明主要的关键词数量为203个，节点连线数量为541，网络密度为0.03，说明节点之间具有较强的联系。1994-2020年间《海洋测绘》文献中频次不少于20次的关键词如表 ! d; z$ t# Q7 }7 g4 ~2 Y 1; B0 r! P3 s% U# J 所示，多波束测深、地理信息系统、GPS、卫星测高、全球定位系统、水深测量、海道测量、海洋测量等构成了《海洋测绘》期刊文献知识网络的核心节点（中心性均大于0.1）。通过表 - E- H" p: C' d4 @% \) ]) f/ E3 N6 s# e( _. s ? X! ~+ P/ B- p 1，可知《海洋测绘》载文的主题可大致概括为水深测量、海图制作、GNSS等主题，其他核心关键词均可认为是与之相关的技术方法研究，例如多波束、卫星测高、GPS、北斗、地理信息系统、遥感影像等具体技术方法。

根据关键词的关联性，对《海洋测绘》发文关键词进行聚类分析，聚类结果表明平均轮廓值S为0.92，意味着聚类是令人信服的，模块值Q为0.7，意味着聚类结构显著。如图2 W& U7 I# V) j' Q + @/ b/ K+ _ r3 W( Y& B7 A 4所示，《海洋测绘》关键词可划分为22个类别，聚类名称前的数字越小，表示聚类所包含的关键词越多。例如聚类第一类别（#0）归纳为数字地图，包含的主要关键词为：电子海图、纸质海图、海道测量、可用性分析、S-52、国际海图和生产模式等112个关键词，该类别主要涉及数字海图的生产，与我国海洋测绘的主要目标相一致；又如聚类第八类别（#7）为重力异常，主要包含的关键词为卫星测高、精度分析、海底地形、重力异常、大地水准面、垂线偏差、海面地形、潮汐等78个关键词，该类别对象主要涉及海洋重力的相关研究，可为海洋测量提供关键的垂直基准模型。

表 1 1994-2020年间《海洋测绘》发文出现频次大于20的关键词

序号关键词频次中心性突现性1多波束测深1220.339.722地理信息系统820.1618.533GPS790.245.324卫星测高620.223.395全球定位系统580.1918.976水深测量540.244.317海道测量520.214.58海洋测量510.199.529侧扫声纳440.074.1910数字海图420.073.4511海洋磁力测量410.09-12遥感影像390.035.313电子海图380.12-14数字高程模型310.065.6215精度分析300.09-16海底地形290.11-17海图制图280.01-18精度240.093.9619精密单点定位 240.056.220数据处理240.09-21北斗卫星导航系统240.05822声速剖面220.036.41

图 4 《海洋测绘》关键词前20个聚类分布

知识演进

使用Citespace对《海洋测绘》文献的知识演进分为5个时间阶段进行分析，分别是1994-2000、2001-2005、2006-2010、2011-2015和2016-2000，设置各个时间段的时间切片为1年，Top+ C; {, E' m# }/ I/ Q' a- Q' T N设为50%，以提取各个时间段内出现频次最高的50个关键词[7]，得到各个阶段的关键词图谱如图 5- G$ W; n, ?5 c6 a0 f2 D: s; M) R5 v 所示。总体上海图制作、GNSS和水深测量的研究主题贯穿1994-2020年《海洋测绘》文献，这三类主题的文献长久不衰。期间随着相关学科科学技术的发展，涌现出新的研究热点，如北斗导航定位系统、GIS、遥感等，也有一些热点时隔20多年后再次爆发，如卫星测高。下面对5个时间阶段具体分析。

1994-2000年间，《海洋测绘》的高频关键词为GPS、卫星测高、海道测量、测深仪和水深测量等，通过聚类得到的主要研究主题为重力异常、动态定位精度、测深仪、测深精度和定位精度等。图 9 U. @9 _3 a* n" K' a9 n; D, T7 G 5a表明该时期的突出特征我国学者卫星测高技术开展大量的研究，并应用于大地水准面、重力场和海面地形等海洋大地测量领域，这是由于海洋测高卫星T/P（1993-2003）取得了成功，并在国际上引发测高研究热潮，由此可见我国海洋测绘学者具有较敏锐的热点洞察能力，能够及时有效的应用国际新兴技术。

2001-2005年间，《海洋测绘》载文的研究高频关键词为GIS、海洋测量、多波束测深、水深测量和数字海图等，聚类主题主要为GIS、GPS、水深测量、国际海道测量组织和地图集等。该时间段，地理信息系统GIS的热度最高，关键词频次和聚类强度均居首位，此外该阶段也出现了多波束测深、侧扫声呐、海洋磁力等方向的研究热点。表明该阶段我国海洋测绘的数据容量和装备能力都有所提升，对新型数据管理和装备应用的相关理论研究提出了需求。

2006-2010年间，《海洋测绘》载文的热点关键词主要为全球定位系统、GIS、多波束测深、数字高程模型、数字海图等，聚类分析得到主要研究主题为全球定位系统、GIS、生产模式、遥感图像处理、侧扫声呐等。该阶段的研究热点基本如前一阶段，但首次出现了遥感类的关键词聚类，其核心关键词主要包含遥感影像、图像处理、高光谱等，表明遥感技术已广泛应用于海洋测绘领域。

2011-2015年间，《海洋测绘》载文的高频关键词为多波束测深、GPS、侧扫声呐、北斗卫星导航系统和精度等，聚类主题主要为多波束测深、定位精度、余水位、惯导和海洋重力仪等。和前几阶段比较，北斗导航定位系统开始在海洋测绘工作中发挥作用，同时我国的海洋测绘研究方向更加精细化。

2016-2020年间，《海洋测绘》载文的高频关键词主要为多波束测深、测绘学名词（第三版）、卫星测高、遥感影像和声速剖面等，聚类研究主题主要包含声速剖面、测绘学名词（第三版）、电子海图、覆盖性（北斗）和计算精度等。结果表明在20年之后，卫星测高再次成为核心节点（中心性0.26，明显大于0.1），这可能和我国海洋测高卫星（如HY-2A/B/C等）的快速发展相关，国内外多任务测高卫星采集的高分辨率和高精度卫星测高数据进一步提升了重力场、海底地形反演的空间分辨率和精度。此外，该时期《海洋测绘》刊载了《测绘学名词》（第三版）摄影测量与遥感、大地测量学等名词的权威释义，这对于规范新形势下快速发展的测绘行业交流具有重要意义。

图 5 《海洋测绘》1994-2020年间的文献关键词演变。自上而下为1994-2000，2001-2005，2006-2010，2011-2015和2016-2020。

结论和展望

本文通过文献计量分析，从发文数量、作者合作网、机构合作网、关键词网络以及主题演进等方面，研究了《海洋测绘》创刊40年来最近30年的文献特征。总体来看，《海洋测绘》载文的核心主题主要为水深测量、GNSS、海图制作等，发文机构主要是军事海洋测绘院所，其次为我国海洋业务主管部门下设的海洋研究院所及调查机构，高产的发文作者较为集中，大多数隶属于同一研究机构，高产作者间合作密切。分时间阶段研究表明GNSS、多波束测深、海图制作三大主题长久不衰，GIS方向在2000-2010年间出现研究热潮，但之后热度快速衰退，卫星测高在1994-2000年间为热点研究领域，并且在近20年后再次发展为热点研究，这与我国海洋动力卫星计划的顺利实施密切相关，同时，随着我国北斗导航定位系统的逐步全球组网，北斗在2011年之后也成为重要的研究热点。

跨度近30年的文献分析表明，我国《海洋测绘》的研究视角逐步向综合、交叉和融合转变，海洋测绘、空间信息技术、物理海洋和声学等学科的交叉融合不断增强，在研究内容方面逐步细化，特别近几年出现对不同类型的测量误差的专门研究，研究方法和技术方面出现了从海洋实测到卫星遥感的扩展。结合海洋测绘学科特性，我们建议中国海洋测绘学者应以更加开放的态度，引入其他交叉学科，目前诸如大数据、人工智能等新发展的技术在海洋测绘领域的应用稍显不足，并进一步重视海洋测绘在海洋经济发展的基础性作用，不断加强军地海洋测绘融合。

参考文献(略)

作者：杨磊1,2，曹永港2,3，欧阳永忠2,3，周兴华1,4' |3 k$ Y7 K/ d5 i (1. 自然资源部第一海洋研究所, 山东青岛 266061; 2. 自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室，广东广州 + u8 M! x; R6 Y, c* l: |8 t3 ~ 510300; 3. 国家海洋局南海调查技术中心，广东广州 510300；4. 山东科技大学海洋科学与工程学院，山东青岛 266590)