李紅驕 喬凱

摘? 要：為了研究中國煤礦巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展研究，以CNKI期刊數(shù)據(jù)庫1991—2021年共386篇相關(guān)文獻(xiàn)為樣本，利用CiteSpace和VOSviewer兩個(gè)知識(shí)圖譜軟件繪制可視化圖譜，對煤礦巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的發(fā)文年份、作者、學(xué)術(shù)來源分析、關(guān)鍵詞分析、關(guān)鍵字突變5個(gè)方面進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析。礦用機(jī)器人能夠完成煤炭、煤機(jī)設(shè)備和人員的運(yùn)輸任務(wù)，對煤礦智能運(yùn)輸系統(tǒng)的建設(shè)和煤礦無人值守的實(shí)現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文基于VosViewer和CiteSpace軟件對巡檢機(jī)器人的介紹和知識(shí)圖譜分析進(jìn)行分析，了解礦用巡檢機(jī)器人應(yīng)用的實(shí)際情況。

關(guān)鍵詞：巡檢機(jī)器人? 學(xué)科知識(shí)圖譜? 熱點(diǎn)與趨勢? VOSviewer? CiteSpace? 文獻(xiàn)計(jì)量

中圖分類號(hào)：TD40? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）05（c）-0097-09

Research on Key Technology and Development of Coal Mine Inspection Robot

—— Knowledge Graph Analysis Based on VosViewer and CiteSpace

Li Hongjiao1? Qiao Kai 2

（1.Shaanxi Shaanmei Shanbei Mining Co.， Ltd.， Yulin， Shaanxi Province， 719300? China;2.School of Communication and Information Engineering， Xi'an University of Science and Technology， Xi'an，

Shaanxi Province， 710054? China）

Abstract： In order to study the key technology and development research of China's coal mine inspection robot， taking 386 relevant literatures in CNK I journal database from 1991 to 2021 as samples， the visual atlas is drawn by using CiteSpace and VOSviewer knowledge atlas software， and the year of publication， author， academic source analysis， keyword analysis Bibliometric analysis was carried out from five aspects of keyword mutation. Mining robot can complete the transportation tasks of coal， coal machinery equipment and personnel， which has important practical significance for the construction of coal mine intelligent transportation system and the realization of unattended coal mine. Based on VOSviewer and CiteSpace software， this paper analyzes the introduction and knowledge map analysis of patrol robot， so as to understand the actual application of mine patrol robot.

Key Words： Inspection robot; Subject knowledge graph; Hotspots and trends; VOSviewer; CiteSpace; Bibliometrics

煤礦開采過程危險(xiǎn)，采礦環(huán)境條件復(fù)雜。因此，隨著我國現(xiàn)代科學(xué)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)器人將逐漸并完全取代原來的人類日常勞動(dòng)。在當(dāng)今我國煤礦工業(yè)生活的科學(xué)研究和應(yīng)用中，人工智能也已經(jīng)在實(shí)踐中快速進(jìn)步[1]。《中國傳統(tǒng)制造2025》是煤礦行業(yè)發(fā)展智能化戰(zhàn)略行動(dòng)規(guī)劃，其中明確提出，要加快實(shí)施關(guān)鍵生產(chǎn)工序管理智能化、關(guān)鍵生產(chǎn)崗位管理機(jī)器人智能化替代、關(guān)鍵生產(chǎn)過程管理設(shè)備過程控制智能化和系統(tǒng)控制管理能力，以及推動(dòng)我國社會(huì)主義建設(shè)科學(xué)研究工作重點(diǎn)4個(gè)領(lǐng)域的智能智化工廠，未來中國煤礦將逐漸實(shí)現(xiàn)企業(yè)公司內(nèi)部生產(chǎn)管理設(shè)備的智能網(wǎng)絡(luò)化和企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場無人化，這為我國推動(dòng)智能時(shí)代下中國煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和促進(jìn)大學(xué)生就業(yè)提供了一種新的借鑒性和理論指導(dǎo)[2]。我國《能源技術(shù)革命與創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》文件中明確提出，要不斷提高我國煤炭技術(shù)開發(fā)的生產(chǎn)效率和工程智能化管理水平，研發(fā)高效無人建設(shè)鉆井、快速無人掘進(jìn)、智能化建井工作面等關(guān)鍵技術(shù)，在全國各地重點(diǎn)煤炭采礦區(qū)基本上可以完成無人建井工作[3]。

在現(xiàn)階段，煤礦巡檢企業(yè)智能巡測發(fā)展應(yīng)用機(jī)器人的研發(fā)技術(shù)人員及工作團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)把主要重點(diǎn)集中在無軌列車導(dǎo)航、小型化、工具化與大學(xué)生實(shí)際使用的新技術(shù)4個(gè)方面，并要切實(shí)努力構(gòu)建成一起基于煤礦巡檢智能微型巡檢發(fā)展機(jī)器人的煤礦巡檢信息資源管理的一個(gè)專用服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，不僅使目前我國使用煤礦智能巡檢發(fā)展機(jī)器人的相關(guān)實(shí)用性技術(shù)能夠得到大幅提升，并且還能夠保證其實(shí)際應(yīng)用的檢測效果及分析精度有效地達(dá)到預(yù)期[4]。

知識(shí)資源圖譜技術(shù)是近幾年為人所知的一個(gè)技術(shù)概念，在公共圖書館和智能管理領(lǐng)域，稱為一種知識(shí)與資源可視的文化或者是知識(shí)管理領(lǐng)域中的地圖知識(shí)圖，是用于展示各種知識(shí)及其發(fā)展歷史過程和資源結(jié)構(gòu)的一系列不同類型圖形，用各種可視化繪圖技術(shù)方式來準(zhǔn)確描述各種知識(shí)及其資源結(jié)構(gòu)及其信息載體，挖掘、分析、構(gòu)建、繪制和整理展示各種知識(shí)及其相互關(guān)系[5]。知識(shí)資源圖譜對于大量的文獻(xiàn)處理和可視化分析，對某一學(xué)科的文獻(xiàn)、研究人員、研究機(jī)構(gòu)、發(fā)文量、關(guān)鍵熱詞等具有獨(dú)特功能。

為了更加深入了解我國智能礦井探究現(xiàn)狀和研究成果，更加清晰地展現(xiàn)此方面文獻(xiàn)的研究方向與趨勢，以中國知網(wǎng)（CNKI）作為數(shù)據(jù)庫，選取礦用巡檢機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)、自主導(dǎo)航與定位、智能控制、自主充電、后臺(tái)管理及在線故障診斷為主題的相關(guān)文獻(xiàn)為研究對象。利用可視化工具CiteSpace和VOSviewer繪制知識(shí)圖譜，展開研究，以期為國內(nèi)的學(xué)者對此方面的研究提供一些參考，幫助他們快速把握熱點(diǎn)，掌握脈絡(luò)。

1? 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

（1）數(shù)據(jù)來源：CNKI數(shù)據(jù)庫。

（2）檢索格式 ：主題=“礦用巡檢機(jī)器人”，“智能巡檢”，“帶式輸送機(jī)”，“控制系統(tǒng)”。

（3）時(shí)間跨度：1999—2021年。

（4）文獻(xiàn)語種：中文。

（5）文獻(xiàn)類型：期刊，會(huì)議，報(bào)紙，博碩士。

（6）精煉結(jié)果：386篇中文文獻(xiàn)。

（7）檢索時(shí)間：2021年4月10日。

1.2 研究方法

本文采用CiteSpce和Vosviewer兩種可視化分析軟件。

CiteSpace是一款著眼于學(xué)生分析社會(huì)科學(xué)研究文獻(xiàn)中蘊(yùn)含的潛在知識(shí)，并在社會(huì)科學(xué)應(yīng)用計(jì)量動(dòng)力學(xué)，數(shù)據(jù)和電子信息技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視性轉(zhuǎn)化的大背景下逐漸發(fā)展成為行業(yè)發(fā)展趨勢結(jié)合應(yīng)用起來的一款多元、分時(shí)、動(dòng)態(tài)的企業(yè)引文數(shù)據(jù)可視化管理系統(tǒng)，它是分析類型企業(yè)管理軟件，由美國德雷塞爾大學(xué)計(jì)算機(jī)與中國情報(bào)管理學(xué)院的教授陳超美共同使用了C語言與Java語言兩種語言合作開發(fā)的[6]。本文采用的是CiteSpace 5.6.R1.12.3版本。

VOSviewer是荷蘭萊頓大學(xué)科技研究中心的van Eck和Waltman于2009年開發(fā)的一款用于構(gòu)建和可視化文獻(xiàn)計(jì)量網(wǎng)絡(luò)的軟件。本文采用的是VOSviewer_1.6.15版本。

2? 研究的基本情況

2.1 發(fā)文量分析

基于CNKI數(shù)據(jù)庫的檢索結(jié)果，通過整理數(shù)據(jù)，利用Excel畫出每年的發(fā)文量圖。

從圖1上看，該圖的橫坐標(biāo)表示1999—2021年的發(fā)表年度趨勢，縱坐標(biāo)表示發(fā)文量，3個(gè)線條分別表示所選文獻(xiàn)、參考文獻(xiàn)、引證文獻(xiàn)，整個(gè)圖描繪隨時(shí)間的增加，在CNKI數(shù)據(jù)庫中有關(guān)煤礦巡檢機(jī)器人的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表的數(shù)量，其中在1999年就有發(fā)表相關(guān)的論文，在1999—2013年期間，發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)并不是很多，處在相關(guān)領(lǐng)域方面的真空期，在2013—2020年有大幅度的提升，可看出在此時(shí)間段，國家以及各個(gè)企業(yè)研究院等大力發(fā)展巡檢機(jī)器人，是相關(guān)領(lǐng)域的繁榮期，整個(gè)年內(nèi)呈現(xiàn)出“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人，智能化無人”的趨勢特征，預(yù)計(jì)未來有關(guān)礦用巡檢機(jī)器人方面的研究發(fā)文量將會(huì)持續(xù)增長[7]。

2.2 作者分析

利用CiteSpace和VOSviewer分別對作者進(jìn)行分析，篩選出發(fā)文量更多的作者。

圖2為VOSviewer的分析結(jié)果，圖中呈現(xiàn)的是較多且與其他作者有聯(lián)系的作者?；叶鹊燃?jí)可以代表作者 不同的發(fā)文時(shí)間，連線的地方表示作者間有一定的關(guān)系。這里的時(shí)間為作者首次發(fā)文時(shí)間。

圖3為CiteSpace的分析結(jié)果。其中，結(jié)點(diǎn)大小表示作者的多少，連線的粗細(xì)表示作者之間合作密度，灰度等級(jí)表示的是時(shí)間不同。

通過分析研究結(jié)果：篩選發(fā)文量在前19名的作者整理如圖4。

結(jié)合作者發(fā)文量的知識(shí)圖譜和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，一些作者對礦用巡檢機(jī)器人方面是有過深入的研究的，尤其是近兩年來，發(fā)展更迅速，其中發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)最多的是吳功平教授，吳功平教授來自武漢大學(xué)，其對自動(dòng)化技術(shù)，電力工業(yè)和計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用，至今發(fā)表過141篇論文或期刊，其最高被引薦的論文或期刊均與巡檢或者機(jī)器人相關(guān)，在探究實(shí)用性機(jī)器人方面有很大的成就，與曹琪、胡鵬等人多次發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)，可能有一定的合作關(guān)系。商德勇教授來自中國礦業(yè)大學(xué)，發(fā)表巡檢機(jī)器人方面的相關(guān)文獻(xiàn)多至24篇，他主要關(guān)注的領(lǐng)域是巡檢機(jī)器人、薄煤層、動(dòng)力學(xué)分析等，其中被引用熱度最高的文章均和薄煤層上巡檢機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，對于巡檢機(jī)器人在煤礦方面的實(shí)用方面有重大意義。

2.3 學(xué)術(shù)來源分析

通過CiteSpace分析研究各個(gè)文獻(xiàn)的發(fā)文期刊及其時(shí)間情況，如圖5所示。

從圖5可以清晰地看出礦用巡檢機(jī)器人的發(fā)展情況，其中結(jié)點(diǎn)和線段表示期刊文獻(xiàn)的數(shù)量及其相關(guān)性，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)即為一個(gè)文獻(xiàn)出處，節(jié)點(diǎn)大小代表文獻(xiàn)出處出現(xiàn)頻率，節(jié)點(diǎn)越大，文獻(xiàn)在該出處出現(xiàn)頻率越高。從2017—2020年間，文獻(xiàn)的發(fā)表逐年增多，從制造業(yè)自動(dòng)化到煤礦機(jī)械再到建材技術(shù)與應(yīng)用和工礦自動(dòng)化，可以看出文獻(xiàn)的發(fā)表越來越細(xì)致化，專業(yè)性目的性也越來越強(qiáng)。

由表1的數(shù)據(jù)可知，從CiteSpace的發(fā)文量的總結(jié)上看，可以看出巡檢機(jī)器人研發(fā)以及作用的必要性，在近些年一些名刊不斷地被提及探究。綜合來看，巡檢機(jī)器人這個(gè)話題近年來正在趨勢上，而且越來越火熱，并且相關(guān)的文獻(xiàn)之間的聯(lián)系也越來越緊密，對于國家而言，正在逐漸做到全智能化。

圖6顯示的主要是一些相關(guān)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)的作者發(fā)表處和來源處，其中作者發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量增大，使其發(fā)表來源處中的字體更加粗大，由此從圖6可以清晰地看出西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院、武漢科技大學(xué)機(jī)器人與中國智能控制系統(tǒng)技術(shù)研究院、中國冶金大學(xué)自動(dòng)化與質(zhì)量檢測職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育部工程研究中心、中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省礦山機(jī)電裝備高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等幾所高校、實(shí)驗(yàn)室或者有限公司，在礦用巡檢機(jī)器人方面做出了巨大的貢獻(xiàn)，在其相關(guān)領(lǐng)域方面，比如運(yùn)動(dòng)功能或者巡檢能力方面，進(jìn)行了深入的研究。

3? 研究熱點(diǎn)與前沿

3.1 關(guān)鍵字分析

3.1.1 CiteSpace聚類

本文以“礦用巡檢機(jī)器人”“巡檢機(jī)器人”分別為主題詞從CNKI收集數(shù)據(jù)，并做數(shù)據(jù)整理。將樣本統(tǒng)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)入CiteSpace進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，將時(shí)間切片的時(shí)間范圍設(shè)置年份為1999—2020年間，時(shí)間切片為1年，Select the node type key word，選擇前50為每個(gè)時(shí)間片和余弦的連接強(qiáng)度，連線強(qiáng)度選擇Cosine，從而導(dǎo)出知識(shí)圖譜。

圖7中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)即為一個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)大小代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率，節(jié)點(diǎn)越大，關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率越高。該知識(shí)圖譜共生成323個(gè)結(jié)點(diǎn)，連線為593條，親密度為0.0114。圖譜中節(jié)點(diǎn)表示關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次，節(jié)點(diǎn)越大，關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次越高，節(jié)點(diǎn)之間連線反映合作關(guān)系，連線粗細(xì)反映合作關(guān)系強(qiáng)度，連線越粗，合作關(guān)系強(qiáng)度越大。關(guān)鍵詞的熱度用“#+關(guān)鍵詞”標(biāo)注了出來，列舉出了關(guān)鍵詞熱度前21的名詞，其中被提及最多的3個(gè)關(guān)鍵詞是薄煤層、機(jī)器人和路徑規(guī)劃。

圖8是在圖7的基礎(chǔ)上進(jìn)行了NodeShape的circle變換，其中關(guān)鍵詞circle的大小體現(xiàn)出了該關(guān)鍵詞的熱度，從圖中那個(gè)可以清晰地看出關(guān)鍵詞主要圍繞巡檢機(jī)器人、智能方面。對于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力和巡檢功能依舊是深入研究的重點(diǎn)。

3.1.2 Vosview聚類

將CNKI期刊數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，以End Note格式導(dǎo)出，文獻(xiàn)轉(zhuǎn)換成RIS格式，并利用End Note軟件將文獻(xiàn)導(dǎo)出，create一個(gè)新的項(xiàng)目并選擇create a map based on bibiographic data，讀取相關(guān)信息后，將type of analysis選擇Co-occurrence，unite of analysis選擇key words，Counting method選擇Full counting，最少出現(xiàn)次數(shù)選1026個(gè)關(guān)鍵詞中有164個(gè)關(guān)鍵詞滿足閾值要求。聚類結(jié)果如圖9表示。

節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)，名列前茅的有：巡檢機(jī)器人、機(jī)器人、智能巡檢、帶式輸送機(jī)、控制系統(tǒng)、巡檢、智能巡檢機(jī)器人、變電站、越障、路徑規(guī)劃、故障檢測、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、薄煤層、視覺導(dǎo)航、煤礦、機(jī)器視覺、關(guān)鍵技術(shù)等。從圖9可以直觀地看到不同關(guān)鍵字之間的聯(lián)系，不同的顏色表示不同的聚類，結(jié)合結(jié)果可知，聚合為11個(gè)類[8]。

綜合CiteSpace和VOSviwer聚類結(jié)果分析 ：“聚類算法”“柔性軌道”“有限元分析”“牽引力”[9]“混合驅(qū)動(dòng)”“綜采工作面”“蟻群算法”“巷道”“防爆結(jié)構(gòu)”“運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真”“越障”“智能巡檢機(jī)器人”等是 “礦用巡檢機(jī)器人”的研究熱點(diǎn)[10]。

圖10是用Vosview用Density Visualization窗口來分析關(guān)鍵字，其中避免個(gè)別字節(jié)太大影響效果，刪掉“巡檢機(jī)器人”后的結(jié)果，該圖中每個(gè)關(guān)鍵字的明暗程度代表該關(guān)鍵字的總聯(lián)系強(qiáng)度和出現(xiàn)次數(shù)。其詳細(xì)數(shù)據(jù)如圖11所示。

3.2 關(guān)鍵詞突變

突現(xiàn)詞研究可以得出該主題的研究趨勢和熱點(diǎn)研究方向，本文查找到得突現(xiàn)詞如圖12所示。

圖12中，第一列表示關(guān)鍵詞，第二列表示所有文獻(xiàn)中的最早的年份，第三列表示強(qiáng)度，第四列和第五列的年份分別表示此關(guān)鍵詞的起始年份和截止年份。

4? 結(jié)論

“十三五”規(guī)劃提出，通過技術(shù)創(chuàng)新加強(qiáng)企業(yè)職業(yè)病危害防治。企業(yè)進(jìn)行面對問題越發(fā)嚴(yán)格的職業(yè)病防治規(guī)范，要同時(shí)投入更多學(xué)習(xí)費(fèi)和更多的技術(shù)成本以便于確保公司全體職工的安全。“機(jī)器更換”，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人已成為推動(dòng)企業(yè)在快速發(fā)展提高生產(chǎn)經(jīng)營效率、降低生產(chǎn)經(jīng)營成本、提高企業(yè)產(chǎn)品綜合技術(shù)含量、擴(kuò)大提升企業(yè)核心競爭力三大方面。因此，大力發(fā)展巡檢機(jī)器人已成潮流，為了更方便地去觀察整體發(fā)展和走向，對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了深入分析。

在CNKI上通過主題詞檢索出來的文獻(xiàn)可能只是相關(guān)領(lǐng)域的一部分論述，也有很多相關(guān)的文獻(xiàn)沒有出現(xiàn)或者可能以其他的形式呈現(xiàn)，并不能完全代表現(xiàn)在礦用巡檢機(jī)器人的發(fā)展，因此對國內(nèi)“礦用機(jī)器人”的發(fā)展和研究現(xiàn)狀的前沿預(yù)測有一定的局限性。本文篩選的文獻(xiàn)多達(dá)386篇，在一定的程度上可以反映出大體的規(guī)律，故而運(yùn)用科學(xué)知識(shí)圖譜“CiteSpace”和“Vosview”等對礦用巡檢機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，綜合上面分析結(jié)果得到以下結(jié)論。

從研究結(jié)果上看，大部分的企業(yè)或者研究院關(guān)于礦用巡檢機(jī)器人的研究是有一定的聯(lián)系的，并且不少都有合作，在多元化的社會(huì)中，還是比較適合學(xué)術(shù)成果的創(chuàng)新和發(fā)展?！熬垲愃惴ā薄叭嵝攒壍馈薄坝邢拊治觥薄盃恳Α薄盎旌向?qū)動(dòng)”“綜采工作面”“蟻群算法”“巷道”“防爆結(jié)構(gòu)”“運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真”“越障”“智能巡檢機(jī)器人”等是“礦用巡檢機(jī)器人”的研究熱點(diǎn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，將會(huì)推動(dòng)智能化的發(fā)展，由機(jī)械代替人工，大大地提高生產(chǎn)力并且保護(hù)了人們的安全，隨時(shí)間的推移，礦用巡檢機(jī)器人也將走入無人化、機(jī)械化、智能化。

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