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        基于知識圖譜的電子信息產業(yè)技術熱點與預見★

        2021-07-16 06:06:34張延吳玉波王韜
        關鍵詞:信息產業(yè)熱點圖譜

        張延,吳玉波,王韜

        (工業(yè)和信息化部電子第五研究所,廣東 廣州 511370)

        0 引言

        近年來,以新一代信息技術為代表的電子信息產業(yè)迅速發(fā)展,已成為現(xiàn)代產業(yè)體系中成果最豐富、創(chuàng)新最活躍和價值鏈中高端環(huán)節(jié)最重要的組成部分,也是國家和地方重大的戰(zhàn)略和政策需求領域[1]。厘清近十年來我國電子信息產業(yè)研究進展,能夠把握研究主題趨勢、預見技術突破方向,有助于深化“十四五”時期電子信息產業(yè)研究。本文選取2010-2020年CNKI文獻數(shù)據(jù)庫中信息技術領域SCI和EI來源論文為研究對象,建構近年我國電子信息產業(yè)研究的知識圖譜,結合關鍵詞共現(xiàn)、聚類和突現(xiàn)等分析方法,探究產業(yè)前沿熱點與研究趨勢。

        1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

        1.1 數(shù)據(jù)來源

        以CNKI文獻數(shù)據(jù)庫為論文來源,檢索條件為:主題=信息技術+通信技術+顯示技術+集成電路+芯片+通信網(wǎng)絡+物聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+軟件技術+網(wǎng)絡安全;時間區(qū)間為2010-2020年;期刊選取SCI來源、EI來源,共獲得相關文獻3 719篇(檢索時間為2020年9月6日)。為了提升文獻數(shù)據(jù)的質量與準確性,對非研究型文獻、主題不符文獻進行數(shù)據(jù)清洗,人工剔除無作者、重復論文,最終遴選出3 503篇有效文獻作為分析樣本。

        1.2 研究方法

        對比BibExcel、Ucinet等文獻計量分析常用工具,CiteSpace軟件在繪制知識圖譜時能夠將輸入的文獻數(shù)據(jù)生成效果良好的關鍵詞、作者和共被引等可視化分析矩陣,從而更清晰地探索產業(yè)發(fā)展脈絡及熱點趨勢,目前已被廣大國內外專家學者選用為文獻計量分析工具[2]。本文運用CiteSpace軟件集成的關鍵詞共現(xiàn)與聚類、熱點詞突現(xiàn)檢測等功能,將CNKI文獻數(shù)據(jù)庫中信息技術的熱點內容與前沿趨勢進行可視化探索與呈現(xiàn)。

        2 研究主題

        基于CiteSpaceV軟件,設置時間切片為1,閾值為top50(TopN表示以每個時間切片前N個高頻出現(xiàn)的關鍵詞生成最終網(wǎng)絡),選擇最短路徑算法,生成關鍵詞共現(xiàn)和突現(xiàn)詞列表等知識圖譜。為了讓圖譜更為清晰、簡潔地呈現(xiàn)主要信息,選擇“關鍵詞聚類(cluster)”,使用對數(shù)極大似然率(LLR:Log-Likelihood Rate)算法進行主題和研究熱點關鍵詞提取,生成的知識圖譜包括668個網(wǎng)絡節(jié)點,共有777條關系連接線,網(wǎng)絡密度為0.003 5。共詞網(wǎng)絡Modularity Q值為0.883 6,遠大于臨界值,說明網(wǎng)絡的聚類結構十分顯著;Mean Silhouette值為0.407 1,說明聚類結構屬于較為合理的區(qū)間。圖譜共導出23個聚類,充分地反映了6大方向的研究熱點內容。如圖1所示。

        圖1 2010-2020年電子信息產業(yè)研究領域網(wǎng)絡(關鍵詞聚類)圖譜

        2.1 類別1:信息通信技術研究

        主要包括#3“ad hoc網(wǎng)絡”、#6“通信”、#11“新一代信息技術”、#16“通信技術”和#17“焦平面”。研究熱點包括路由協(xié)議、霧計算、雙線性對、傳感器網(wǎng)絡、并行冗余協(xié)議、超寬帶、分布式控制和變換域通信系統(tǒng),以及量子通信等。

        2.2 類別2: (工業(yè))物聯(lián)網(wǎng)研究

        主要包括#5“物聯(lián)網(wǎng)”、#10“智能電網(wǎng)”、#12“智能配電”和#22“機組組合”。物聯(lián)網(wǎng)研究人、物和服務之間的交叉互聯(lián),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質上是物聯(lián)網(wǎng)在特定領域的率先突破應用,該領域的研究熱點包括傳感網(wǎng)、生物傳感器、物理層安全、ipv6、loRa技術、泛在信息物理系統(tǒng)(CPS)、能源互聯(lián)網(wǎng)和分散控制,以及負荷頻率控制等。

        2.3 類別3:新型顯示研究

        主要包括#8“發(fā)光二極管”、#15“翹曲”和#20“LED”。研究熱點包括熒光粉、光學器件、自由曲面、單頻激光、磷酸鹽玻璃光纖和鋁硅合金,以及一體化封裝和增透膜等。新型顯示領域研究側重實現(xiàn)低能耗、高效率,向節(jié)能環(huán)保方向邁進。

        2.4 類別4:集成電路研究

        主要包括#1“微機電系統(tǒng)”、#2“倒裝芯片”、#7“結溫”、#9“現(xiàn)場可編程門陣列”、#14“砷化鎵”、#18“微流控芯片”和#19“生物芯片”。熱點包括射頻識別、微焊點、熱仿真、微電子學、互補金屬氧化物半導體、集成芯片、微加工、微流控和微電極,以及微陣列等,主要開展高能效、低功耗電子技術的研究。

        2.5 類別5:網(wǎng)絡空間安全研究

        主要包括#4“隱私保護”、#13“網(wǎng)絡安全”和#21“網(wǎng)絡防御”。研究熱點包括位置隱私、區(qū)塊鏈、P2P網(wǎng)絡、分布式拒絕服務攻擊、主動防御和IP追蹤等,體現(xiàn)出近年來網(wǎng)絡安全領域將安全性與數(shù)據(jù)科學相結合研究的趨勢方向。

        2.6 類別6:軟件與網(wǎng)絡技術研究

        主要包括#0“軟件定義網(wǎng)絡”。研究熱點包括Zigbee、智能終端、Openflow、以太網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)和軟件定義,以及網(wǎng)絡空間安全等。

        3 研究趨勢

        CiteSpace軟件提供了一種突變檢測的方法來發(fā)現(xiàn)研究前沿,主要測度含關鍵詞文獻被引頻次的變化率,為追蹤研究熱點的演變提供了有效的途徑[3]。單項技術或研究原理突變的原因包括:1)該技術在這一時期實現(xiàn)了技術突破或者是即將實現(xiàn)技術突破;2)舊的研究理論有新的發(fā)現(xiàn),有可能使得該項技術被廣泛地應用,學術界重新開展鉆研;3)學術研究環(huán)境或宏觀政策導向在某一時期產生變化,使技術的資本支持和關注熱度發(fā)生轉變。無論何種原因造成的突變,該技術往往反映了最新的科學發(fā)現(xiàn)和前沿動向,有可能在未來5~10年內成為引領產業(yè)發(fā)展的重要技術,這正是技術預見需要發(fā)現(xiàn)的內容。近年來電子信息產業(yè)研究的關鍵詞突變檢測結果如圖2所示。

        圖2 近年來電子信息產業(yè)研究的關鍵詞突變檢測結果

        通過CiteSpace提供的突變檢測 (Citation Burst)工具對樣本進行關鍵詞共現(xiàn)圖譜的突變檢測,展現(xiàn)產業(yè)的發(fā)展脈絡和演化路徑,結果表明,電子信息產業(yè)研究日益向以下主題轉移:監(jiān)測、能源互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、微流控、軟件定義網(wǎng)絡、CPS和物理不可克隆函數(shù)。主題的變遷反映出我國電子信息產業(yè)研究與新一代科技革命與產業(yè)變革緊密相連,也體現(xiàn)了產業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化的趨勢與聯(lián)系。

        3.1 數(shù)字化

        數(shù)字化的主要趨勢是新一輪科技革命與經濟社會發(fā)展深度融合地推動全面數(shù)據(jù)化,要求實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、整合、處理和綜合分析應用。我國于“十三五”時期部署實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略,2019年明確部署發(fā)展數(shù)字經濟,數(shù)字化快速發(fā)展的格局已初步形成,大數(shù)據(jù)日益成為推動全球信息化浪潮的主要力量,成為加速企業(yè)技術創(chuàng)新、推動政府職能轉變和引領社會管理變革的利器[4],為新一代信息技術在工業(yè)領域落地提供了大量的場景和基礎支撐。

        3.2 網(wǎng)絡化

        網(wǎng)絡化為信息傳播提供物理載體,當前熱點是物聯(lián)網(wǎng)的應用,未來趨勢是CPS的廣泛采用。物聯(lián)網(wǎng)主要解決人對物理世界的感知問題,當前已在智能網(wǎng)聯(lián)汽車、工業(yè)自動化和智慧家居等領域率先應用。CPS解決對物理對象的操控問題,主要研發(fā)深度融合感知、計算、通信和控制能力的網(wǎng)絡化物理設備系統(tǒng),推動功能擴展的物理設備泛在互聯(lián),能夠促進制造業(yè)技術和產品的迭代升級,重塑主要工業(yè)布局,顯著地提高空天、汽車、國防科工和高端醫(yī)療裝備等重點領域的產業(yè)競爭力[5]。

        3.3 智能化

        智能化的主要趨勢是使對象通過基于環(huán)境自適應、自學習、自博弈和自進化的研究,具備靈敏的感知功能、準確的判斷能力、正確的分析思維、自適應的學習能力和高效的執(zhí)行行動,典型代表就是新一代人工智能。近幾年,深度學習在人臉識別、智能翻譯和智力競賽等領域有超越人類的表現(xiàn),成為人工智能廣為人知的領域,未來,新一代人工智能技術的突破主要依托大數(shù)據(jù)、模型與算法、計算能力等各類信息技術的綜合發(fā)展[6]。

        4 結束語

        以2010-2020年CNKI文獻數(shù)據(jù)庫中信息技術相關論文為基礎,以國際主流的文獻計量軟件CiteSpace為工具,分析近年來信息技術研究熱點與態(tài)勢趨勢,得到了以下結論。

        首先,綜觀整體現(xiàn)狀,電子信息產業(yè)尤其是新一代信息技術,是新一輪科技革命與產業(yè)變革協(xié)同產生的技術組群,包括信息通信、物聯(lián)網(wǎng)、新型顯示、集成電路、網(wǎng)絡安全和軟件技術等。就產業(yè)研究的主題分布而言,研究領域與經濟社會發(fā)展,以及國家宏觀政策緊密關聯(lián),高度契合當前新一代人工智能、數(shù)字經濟和新型基礎設施等發(fā)展導向。

        其次,預見前沿趨勢,我國電子信息產業(yè)研究逐步向監(jiān)測、能源互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、微流控、軟件定義網(wǎng)絡、CPS和物理不可克隆函數(shù)等方面轉變,這充分說明數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化是新一輪科技革命的典型特征。隨著超級計算等新技術的不斷發(fā)展迭代,信息技術領域深度學習、自主操作、跨界融合、人機協(xié)同和群智開放的特征趨勢日益呈現(xiàn), “十四五”期間,新一代通信網(wǎng)絡、新型集成電路、物聯(lián)網(wǎng)感知和大數(shù)據(jù)智能分析等領域較有可能實現(xiàn)技術突破。

        未來,電子信息產業(yè)必須緊扣高質量發(fā)展要求、樹立先進質量觀,提升我國制造業(yè)的戰(zhàn)略地位和國際競爭力[7]。為了進一步地發(fā)展信息技術、提高產品質量,建議信息產業(yè)領域的研究應朝著以下幾個方向突破。

        a)開展數(shù)字技術和測試性研究

        加快開展區(qū)塊鏈、海量數(shù)據(jù)存儲與管理、基礎與核心算法、機器學習、智能分析、可視化與人機交互分析等技術研發(fā)攻關。積極開展與數(shù)字技術相適應的容錯與避錯技術、編碼檢錯技術、故障自檢測和自診斷技術等研究。

        b)開展網(wǎng)絡技術和安全性研究

        大力開展傳感器、無線傳輸、海量數(shù)據(jù)分析處理和安全技術等技術研發(fā)攻關。積極開展與網(wǎng)絡技術相適應的威脅監(jiān)測、風險識別、安全檢測、網(wǎng)絡防御和安全恢復等研究。

        c)開展智能技術和可靠性研究

        著力開展大數(shù)據(jù)智能、人機混合增強智能和類腦結構的人工智能等研發(fā)攻關,加快推動語音圖像識別、生物特征識別和自然語言理解等關鍵技術研究,推動智能感知、分析控制等人工智能技術的綜合運用。積極開展與智能技術相適應的可靠性工程、制造工藝優(yōu)化等研究。

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