王文佳

（1．清華大學(xué)水利水電工程系，北京 100084；2．北京奧特美克科技股份有限公司，北京 100193）

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能技術(shù)的逐步成熟，我國水利信息化發(fā)展進(jìn)入智慧水務(wù)的新階段[1]。水利信息化作為一個(gè)偏重應(yīng)用和實(shí)踐的領(lǐng)域，以往研究大多集中在建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展對策方面[2-3]，對學(xué)術(shù)成果研究的回顧和總結(jié)較少。

近年來，在科學(xué)計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)可視化、知識(shí)圖譜等領(lǐng)域的共同發(fā)展下，各界學(xué)者開發(fā)了以 CiteSpace和 VOSviewer 為代表的一系列用于知識(shí)圖譜和文獻(xiàn)計(jì)量分析的軟件。相關(guān)軟件能夠?qū)萍嘉墨I(xiàn)標(biāo)題、作者、機(jī)構(gòu)、國家/地區(qū)、摘要、關(guān)鍵詞、參考文獻(xiàn)、發(fā)表期刊及其他索引信息等知識(shí)單元，進(jìn)行科學(xué)計(jì)量、圖譜構(gòu)建和可視化展示，對關(guān)注領(lǐng)域進(jìn)行共詞、合作網(wǎng)絡(luò)、引文等的分析，以及研究熱點(diǎn)捕捉和前沿展望，已在眾多研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。前期研究主要集中在管理學(xué)和人文社科領(lǐng)域[4]，近年在自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域開始迅速應(yīng)用，在水資源管理[5]、水生態(tài)環(huán)境[6]領(lǐng)域相繼開展了研究熱點(diǎn)分析及圖譜繪制。黃灃爵[7]對 2010—2019 年國內(nèi)外智慧城市的研究熱點(diǎn)和趨勢進(jìn)行了圖譜量化分析，結(jié)果表明智慧城市研究進(jìn)程正逐漸由概念向技術(shù)實(shí)踐及應(yīng)用場景轉(zhuǎn)換，研究熱點(diǎn)集中在BIM、新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、機(jī)器人（大數(shù)據(jù)）及評(píng)價(jià)指標(biāo)等 9 個(gè)方向。對水利信息化的研究歷程及不同研究階段的研究熱點(diǎn)進(jìn)行梳理和分析，能夠?yàn)橄乱浑A段智慧水務(wù)研究重點(diǎn)和方向提供參考。

1 研究數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于 CNKI（中國知網(wǎng)）數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)。在高級(jí)檢索板塊下，以主題詞水利信息化、智慧水務(wù)、智慧水利或水聯(lián)網(wǎng)為檢索條件，不限制時(shí)間范圍并將來源類別設(shè)為“全部期刊”，檢索日期為 2021 年 1 月 26 日，符合檢索條件的文獻(xiàn)共計(jì) 4 606 篇，其中學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn) 3 968 篇，會(huì)議文獻(xiàn) 213 篇。由于智慧水務(wù)領(lǐng)域近年來發(fā)展迅速，相關(guān)會(huì)議和項(xiàng)目成果較多。檢索結(jié)果中無效文獻(xiàn)主要包括會(huì)議、培訓(xùn)舉辦通知和報(bào)道，項(xiàng)目成果評(píng)審和驗(yàn)收新聞，期刊宣傳和征稿啟事，行業(yè)公司宣傳稿，人物訪談紀(jì)要，以及作者為本刊記者或編輯部的評(píng)論文章。經(jīng)人工剔除后選取 2 894 篇文獻(xiàn)作為CiteSpace 分析的數(shù)據(jù)源。

1.2 研究方法

研究采用 CiteSpace 和 VOSviewer 軟件對 CNKI數(shù)據(jù)庫可用知識(shí)單位進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析和可視化展示。CiteSpace 是在科學(xué)計(jì)量學(xué)及信息可視化背景下開發(fā)的引文可視化分析軟件，也是近年來在科學(xué)計(jì)量研究中應(yīng)用較為廣泛的工具[8]，本研究中用于機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)、關(guān)鍵詞聚類和突現(xiàn)分析。VOSviewer是基于知識(shí)單元間相似度進(jìn)行可視化展示的軟件[9]，本研究中用于關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析及可視化。

1.3 數(shù)據(jù)分析

共現(xiàn)分析是對文獻(xiàn)中的特征項(xiàng)（如關(guān)鍵詞、作者、機(jī)構(gòu)等）共同出現(xiàn)現(xiàn)象的定量研究，對關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析又叫共詞分析。特征項(xiàng)之間的共現(xiàn)頻次越高，其關(guān)聯(lián)程度越強(qiáng)，VOSviewer 中采用特征項(xiàng)共現(xiàn)絕對頻次代表關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，CiteSpace 中默認(rèn)采用余弦指數(shù)Sc進(jìn)行特征項(xiàng)間相似性的度量，計(jì)算公式如下：

式中：ci j為特征項(xiàng)i和j共現(xiàn)的總次數(shù)；si和sj分別為特征項(xiàng)i和j各自出現(xiàn)的頻次。

中心度是網(wǎng)絡(luò)分析中常用的一個(gè)測度指標(biāo)，用于指示某個(gè)節(jié)點(diǎn)在其所處網(wǎng)絡(luò)中的位置和重要性。節(jié)點(diǎn)中心度越高，說明其越重要，根據(jù)中心度定義和測度方式不同，又分為點(diǎn)度中心度、接近中心度和中介中心度等。本研究采用點(diǎn)度中心度進(jìn)行節(jié)點(diǎn)中心性度量，以節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)連線數(shù)量多寡進(jìn)行計(jì)量，數(shù)量越多，點(diǎn)度中心度越大。

關(guān)鍵詞聚類分析采用從圖譜論中演化出來的譜聚類算法，即將所有關(guān)鍵詞看作圖空間中的節(jié)點(diǎn)，2 個(gè)關(guān)鍵詞在同一篇文獻(xiàn)中共現(xiàn)則將其所在點(diǎn)用邊連接起來，距離較遠(yuǎn)的 2 個(gè)點(diǎn)之間邊權(quán)重值較低，距離較近的 2 個(gè)點(diǎn)之間邊權(quán)重值較高。對所有數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行切割，使得切割后的子圖內(nèi)部邊權(quán)重和盡可能高，不同子圖間邊權(quán)重和盡可能低，從而達(dá)到聚類目的，CiteSpace 中采用 Ncut 算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切割。聚類結(jié)果中的平均年齡以聚類成員所在文獻(xiàn)平均年齡計(jì)算得出。

2 研究文獻(xiàn)計(jì)量分析

2.1 年發(fā)文量分析

年發(fā)文量是分析研究領(lǐng)域發(fā)展歷程和預(yù)測未來發(fā)展趨勢的一個(gè)重要成果指標(biāo)，能夠直觀反映該領(lǐng)域研究力量投入的動(dòng)態(tài)變化，累計(jì)發(fā)文量變化趨勢的研究，能夠幫助識(shí)別研究學(xué)科的發(fā)展階段和未來發(fā)展趨勢。

水利信息化領(lǐng)域研究成果最早見于 1996 年[10]，1996—2000 年為萌芽起步階段，年發(fā)文量不足 10 篇，2001—2010 年間發(fā)文量穩(wěn)步攀升，2011 年至今，發(fā)文量迅速增多，2020 年年發(fā)文量超過 350 篇。1996—2020 年水利信息化領(lǐng)域研究成果發(fā)表年度趨勢如圖 1 所示，說明水利信息化研究逐漸受到國內(nèi)眾多學(xué)者的關(guān)注和重視。根據(jù)著名文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)家德里克·普賴斯（Derek de solla Price）提出的科學(xué)文獻(xiàn)指數(shù)增長規(guī)律，以累計(jì)科學(xué)發(fā)文量為縱軸，以歷史年代為橫軸，科學(xué)文獻(xiàn)增長與時(shí)間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。用F（t）表示時(shí)刻t的文獻(xiàn)量，則F（t）可表達(dá)為

圖 1 近 25 a 水利信息化領(lǐng)域研究成果發(fā)表年度趨勢（1996—2020 年）

式中：a為條件常數(shù)，即統(tǒng)計(jì)的初始時(shí)刻的文獻(xiàn)量；b為時(shí)間常數(shù)，即持續(xù)增長率。

去除發(fā)文數(shù)量較少且不穩(wěn)定的最初年份，對2001—2020 年近 20 a 發(fā)文累積量和年份進(jìn)行擬合，可得擬合曲線y=104.4e0.17t（R2= 0.96）。按照庫恩在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中提出的科學(xué)發(fā)展模式，說明水利信息化領(lǐng)域研究仍處于原始科學(xué)階段，預(yù)期未來該領(lǐng)域研究論文將快速增長。

2.2 發(fā)文期刊分析

水利信息化相關(guān)文章集中發(fā)表在《中國水利》（217 篇）和《水利信息化》（202 篇）2 個(gè)期刊上，占總發(fā)文量的 14%，其后依次為《河南水利與南水北調(diào)》《山東水利》《黑龍江水利科技》《海河水利》《治淮》《人民長江》《江蘇水利》和《水利發(fā)展研究》等期刊，具體發(fā)文量分布如圖 2 所示。從發(fā)文期刊看，水利信息化相關(guān)論文主要發(fā)表在水利部主管的各類綜合性科技期刊上，以及流域管理機(jī)構(gòu)和地方水利廳主辦的綜合性刊物上，說明該領(lǐng)域的理論研究較為薄弱，研究方向更偏向于定性分析和技術(shù)應(yīng)用探討。其他“智慧 +”產(chǎn)業(yè)，如智慧旅游[11]、智慧圖書館[12]、智慧政務(wù)[13]等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域研究也呈現(xiàn)出類似特征，當(dāng)前研究理論和實(shí)踐方面均處于理念探討和定性研究階段，研究初具規(guī)模但權(quán)威性研究成果較少。

圖 2 水利信息化相關(guān)文獻(xiàn)期刊發(fā)文量分布

2.3 研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析

研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析是在發(fā)文作者合作網(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)上對作者所在機(jī)構(gòu)間合作網(wǎng)絡(luò)的分析，若作者在發(fā)表的論文中共同署名，則認(rèn)為作者發(fā)表論文時(shí)所在機(jī)構(gòu)之間存在合作關(guān)系。機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖以機(jī)構(gòu)出現(xiàn)頻率為節(jié)點(diǎn)半徑，研究機(jī)構(gòu)所在節(jié)點(diǎn)越大，說明該機(jī)構(gòu)出現(xiàn)頻率越高，其研究成果越為豐碩，水利信息化研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖如圖 3 所示。

圖 3 水利信息化研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖

從研究成果數(shù)量看：河海大學(xué)、水利部信息中心和中國水利水電科學(xué)研究院（以下簡稱中國水科院），以 92，80 和 57 篇論文位居前列；西安理工大學(xué)、武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、華北水利水電大學(xué)等高校發(fā)文均超過 15 篇；長江水利委員會(huì)、黃河水利委員會(huì)、海河水利委員會(huì)、太湖流域管理局等水利部流域派出機(jī)構(gòu)，以及新疆維吾爾自治區(qū)、江蘇省、山東省水利廳等地方水行政主管部門的研究成果較為豐碩。此外，市縣級(jí)地方水務(wù)局、水利（水務(wù)）專業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院、開展供排水投資運(yùn)營的水務(wù)集團(tuán)，以及從事水利信息化業(yè)務(wù)的科技公司等機(jī)構(gòu)，在前沿技術(shù)引入及場景應(yīng)用方面的研究成果也競相涌現(xiàn)，但從學(xué)術(shù)成果角度看尚未有明顯優(yōu)勢企業(yè)出現(xiàn)。

從機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)看出：機(jī)構(gòu)間合作網(wǎng)絡(luò)以水利部信息中心為核心，分別與長江水利委員會(huì)、海河水利委員會(huì)、淮河水利委員會(huì)、太湖流域管理局等水利部派出流域機(jī)構(gòu)，中國水科院、河海大學(xué)、首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)和四川省水利科學(xué)研究所等高校和科研院所，以及北京金水信息技術(shù)發(fā)展有限公司、北京東華合創(chuàng)科技有限公司等企業(yè)建立了合作網(wǎng)絡(luò)；中國水科院為僅次于水利部信息中心的研究合作網(wǎng)絡(luò)中心，與水電水利規(guī)劃總院、水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心、大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)等機(jī)構(gòu)也建立了良好的合作網(wǎng)絡(luò)。目前已初步形成政府機(jī)構(gòu)、科研院所、高校及產(chǎn)業(yè)界共同推進(jìn)和合作研究的格局。

3 研究歷程與熱點(diǎn)分析

3.1 關(guān)鍵詞詞頻分析

關(guān)鍵詞詞頻用于分析水利信息化領(lǐng)域研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢，表 1 中列出詞頻大于 20 次的核心關(guān)鍵詞。從時(shí)間分布看：首次出現(xiàn)高頻關(guān)鍵詞“水利信息化”和“信息化建設(shè)”是在 1999 年，2000 年高頻關(guān)鍵詞為“水利現(xiàn)代化”“水利信息化建設(shè)”和“水利行業(yè)”，2001 年高頻關(guān)鍵詞為“防汛抗旱”“數(shù)字水利”“數(shù)據(jù)庫”和“防汛抗旱指揮系統(tǒng)”，2002—2003 年高頻關(guān)鍵詞主要為“水利工程”“水利信息化技術(shù)”，2004—2005 年高頻關(guān)鍵詞為“水資源”“灌區(qū)”“工程建設(shè)”和“地理信息系統(tǒng)”，2006 年高頻關(guān)鍵詞為“應(yīng)用”“現(xiàn)狀”和“信息系統(tǒng)”，2007—2008 年高頻關(guān)鍵詞為“水資源管理”和“水利管理”，2009—2010 年高頻關(guān)鍵詞為“檔案管理”“資源整合”“問題”“研究”及“信息安全”；2011 年高頻關(guān)鍵詞為“智慧水利”“頂層設(shè)計(jì)”和“措施”，2012 年高頻關(guān)鍵詞為“物聯(lián)網(wǎng)”“云計(jì)算”“信息化技術(shù)”和“信息化管理”；2013 年高頻關(guān)鍵詞為“智慧水務(wù)”“大數(shù)據(jù)”“信息技術(shù)”和“水利水電工程”，2014 年高頻關(guān)鍵詞為“信息化系統(tǒng)”和“智慧城市”，2017 年高頻關(guān)鍵詞為“河長制”和“施工管理”，其余年份關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率較低。

表 1 關(guān)鍵詞總詞頻統(tǒng)計(jì)表

3.2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析基本原理是統(tǒng)計(jì) 2 個(gè)關(guān)鍵詞或主題詞在同一篇文獻(xiàn)中同時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)，通過分層聚類，揭示主題間的親疏關(guān)系。本研究采用VOSviewer 對數(shù)據(jù)庫中的 4 528 個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行了共現(xiàn)分析，并在此基礎(chǔ)上選取了點(diǎn)度中心度最高的前1 000 個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行展示，疊加時(shí)間視圖后形成如圖 4 所示的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜。圖中節(jié)點(diǎn)的大小和顏色分別代表節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵詞與其他關(guān)鍵詞的連接數(shù)及其發(fā)表的平均年份，節(jié)點(diǎn)越大，說明節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵詞與其他關(guān)鍵詞的連接數(shù)越多，該節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)度中心度越高，地位越重要；連線的粗細(xì)和顏色變化代表 2 個(gè)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)間的年份和關(guān)聯(lián)程度，連線越粗代表節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)越強(qiáng)。

為簡化知識(shí)共現(xiàn)圖譜，突出核心關(guān)鍵詞間的共現(xiàn)關(guān)系，本研究選取出現(xiàn)頻率超過 10 次的 138 個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行圖譜繪制，共有 1 346 條共現(xiàn)關(guān)系連線，總連線強(qiáng)度為 3 815 次。從網(wǎng)絡(luò)位置看，“水利信息化”為最核心的關(guān)鍵詞，其與“水利現(xiàn)代化”“智慧水利”“水利工程”“云計(jì)算”“大數(shù)據(jù)”和“物聯(lián)網(wǎng)”等高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)強(qiáng)度均較高?！爸腔鬯畡?wù)”和“水利工程”是新的核心關(guān)鍵詞，其平均年齡為2016 年，指示著未來研究和發(fā)展新方向。從關(guān)聯(lián)強(qiáng)度角度分析，“信息化”和“水利”高度相關(guān)，水利行業(yè)信息化發(fā)展是本領(lǐng)域主要研究內(nèi)容；新的核心關(guān)鍵詞“水利工程”與“信息化技術(shù)”“施工管理”“檔案管理”關(guān)聯(lián)強(qiáng)度較高，“智慧水務(wù)”和“物聯(lián)網(wǎng)”“云計(jì)算”“大數(shù)據(jù)”“智慧城市”關(guān)聯(lián)最強(qiáng)，反映當(dāng)下智慧水務(wù)和水利工程領(lǐng)域采用的主要 ICT 技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。

圖 4 基于 VOSviewer 的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖

“水利信息化”與 2010 年間的“水利信息化建設(shè)”“水利現(xiàn)代化”“水利行業(yè)”“防汛抗旱”，2010—2015 年間的“信息化建設(shè)”“信息化”，以及 2015 年至今的“水利工程”“智慧水利”“云計(jì)算”和“物聯(lián)網(wǎng)”共現(xiàn)最多，但與“智慧水務(wù)”在網(wǎng)絡(luò)間的距離較遠(yuǎn)，無共現(xiàn)關(guān)系。此外，“水利信息化”及“水利工程”和“信息化”領(lǐng)域研究成果較多，研究密度較高，說明該領(lǐng)域的研究較為成熟，但針對“智慧水利”和“智慧水務(wù)”，以及一些新技術(shù)“云計(jì)算”“物聯(lián)網(wǎng)”“大數(shù)據(jù)”在水利行業(yè)的應(yīng)用研究密度較低，仍有待進(jìn)一步深入研究。

3.3 關(guān)鍵詞聚類分析

本研究采用 CiteSpace 對關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析和結(jié)果可視化展示，主要采用模塊度Q值和輪廓系數(shù)S值法評(píng)估聚類劃分結(jié)果：Q值用來衡量 1 個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)類簇獨(dú)立的程度，取值范圍為 0～1，Q值越高說明劃分后的模塊獨(dú)立程度越高，Q＞0.3說明聚類結(jié)構(gòu)顯著；S值是評(píng)估類簇性質(zhì)不確定性的指標(biāo)，取值范圍為 [-1，1]，S值越高說明該類簇內(nèi)聚性越好，與其他類簇區(qū)分性越佳，通常S＞0.5聚類合理，S＞0.7 聚類結(jié)果可信服。本研究中，Q值為 0.427 3，S值均值為 0.752 3，說明聚類結(jié)果合理，各類簇內(nèi)部同質(zhì)性較高，與其他類簇具有較好的區(qū)分性。采用譜聚類算法對關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析，并采用 LSI（Latent Semantic Indexing），LLR（Log-Likelihood Ratio）和 MI（Mutual Information）3 種不同關(guān)鍵詞提取算法提取聚類標(biāo)簽，最大的 8 個(gè)關(guān)鍵詞類簇詳情如表 2 所示。LSI算法提取與主關(guān)鍵詞語義相關(guān)的關(guān)鍵詞，強(qiáng)調(diào)研究的方向和主體內(nèi)容；LLR 通過相似度計(jì)算提取得分排序靠前的關(guān)鍵詞；MI 算法注重強(qiáng)調(diào)研究特色。結(jié)合 3 種聚類標(biāo)簽提取算法能夠?qū)垲惤Y(jié)果進(jìn)行綜合分析和全面解讀。

表 2 最大的 8 個(gè)關(guān)鍵詞類簇詳情

水利信息化關(guān)鍵詞經(jīng)聚類形成 8 個(gè)類簇，其中智慧水務(wù)類簇規(guī)模最大，包含 93 個(gè)關(guān)鍵詞。除灌區(qū)管理由于關(guān)鍵詞少、S值較高以外，其余各類簇S值為 0.623～0.857 不等。按照關(guān)鍵詞出現(xiàn)的平均年份，各類簇按年份順序依次為：

1）水利信息化建設(shè)知識(shí)群組（2007 年）。水利信息化建設(shè)的重要成果是水文基礎(chǔ)設(shè)施和國家水文數(shù)據(jù)庫，應(yīng)以優(yōu)質(zhì)的水文水資源信息支撐水資源的可持續(xù)利用，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

2）灌區(qū)管理知識(shí)群組（2007 年）?；跀?shù)學(xué)模型建立灌區(qū)管理的決策支持系統(tǒng)。

3）水利信息化知識(shí)群組（2012 年）。水利信息化發(fā)展趨勢是整合共享，以各?。ㄗ灾螀^(qū)/直轄市）水利廳頂層設(shè)計(jì)為指導(dǎo)和抓手，進(jìn)行資源整合和服務(wù)平臺(tái)搭建。

4）移動(dòng)互聯(lián)知識(shí)群組（2013 年）。在“互聯(lián)網(wǎng) +”的發(fā)展浪潮下，對水利通信專網(wǎng)進(jìn)行整合、擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)水利事業(yè)單位間的互聯(lián)互通，同時(shí)對水利信息化工程建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)行管理進(jìn)行研究。

5）水利工程知識(shí)群組（2013 年）。實(shí)現(xiàn)對水利工程尤其是小型水庫的智能質(zhì)量檢測和水利工程檔案管理，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢。

6）智慧&高質(zhì)量發(fā)展知識(shí)群組（2014 年）。新時(shí)期我國經(jīng)濟(jì)由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，智慧水利也將驅(qū)動(dòng)水利事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，重要方向是提高防汛抗旱能力，保障飲水和水生態(tài)安全。

7）智慧水利知識(shí)群組（2014 年）。智慧水利是云時(shí)代信息化技術(shù)在水利行業(yè)和信息系統(tǒng)中的應(yīng)用，應(yīng)進(jìn)行河湖全要素感知、智慧泵閘站的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化和水資源的合理開發(fā)利用。

8）智慧水務(wù)知識(shí)群組（2016 年）。是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在水務(wù)行業(yè)的逐步落地和應(yīng)用，集中在供水管網(wǎng)的監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控和漏損控制方面，注重服務(wù)端的設(shè)計(jì)和項(xiàng)目移交。

3.4 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

在 CiteSpace 中，采用 Kleinberg 基于內(nèi)容分析和時(shí)間序列建模相結(jié)合提出的突現(xiàn)檢測算法，檢測某個(gè)主題詞、關(guān)鍵詞在短時(shí)間內(nèi)躍遷的現(xiàn)象，以發(fā)現(xiàn)其興起或衰落的情況。被突現(xiàn)檢測識(shí)別出的主題詞、關(guān)鍵詞代表其在過去或者當(dāng)下特定時(shí)段內(nèi)是研究熱點(diǎn)。2000—2021 年間智慧水務(wù)研究領(lǐng)域突現(xiàn)強(qiáng)度大于 5.0 的 36 個(gè)關(guān)鍵詞，其突變起止年份和強(qiáng)度如圖 5 所示，其中智慧水務(wù)/智慧水利突變程度最強(qiáng)，突變強(qiáng)度指數(shù)分別為 104.30 和 70.48，其后依次為水利工程（29.58）、物聯(lián)網(wǎng)（22.14）、水利信息化建設(shè)（19.63）、云計(jì)算（18.04）和水利現(xiàn)代化（15.71）等。

圖 5 關(guān)鍵詞突變起止年份和強(qiáng)度

水利信息化建設(shè)、防汛抗旱指揮系統(tǒng)、水利行業(yè)發(fā)展是水利信息化長期的研究熱點(diǎn)，其突變持續(xù)了將近 10 a（2000—2009 年）。2010 年后，隨著信息技術(shù)的逐漸成熟，水利信息化的研究方向逐漸轉(zhuǎn)向大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等信息技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用方面；2017—2019 年間河（湖）長制的提出也短暫成為水利信息化的研究熱點(diǎn)；2018 年后研究熱點(diǎn)集中在智慧水務(wù)/智慧水利方面，并且預(yù)計(jì)在未來一段時(shí)間仍將是研究熱點(diǎn)?？梢灶A(yù)見，智慧水務(wù)/智慧水利作為信息技術(shù)與水務(wù)行業(yè)的交叉應(yīng)用學(xué)科，未來仍將隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)而煥發(fā)新的生命力。

4 研究歷程與熱點(diǎn)分析

我國關(guān)于水利信息化的研究由早期的水利信息化發(fā)展至現(xiàn)階段的智慧水利/智慧水務(wù)，根據(jù)關(guān)鍵詞時(shí)間線，結(jié)合年發(fā)文量的變化趨勢，可將水利信息化研究歷程大致劃分為 3 個(gè)階段。

4.1 水利信息化研究起步階段（1996—2000 年）

20 世紀(jì) 90 年代以來，隨著空間、信息、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的發(fā)展，全世界范圍內(nèi)掀起了信息化的浪潮。1996 年 1 月，國務(wù)院成立了信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組，中央和地方都確立了信息化在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要地位，各行各業(yè)紛紛啟動(dòng)本領(lǐng)域的信息化建設(shè)。水利作為一個(gè)信息密集型行業(yè)，早期以防汛信息化為核心，建立了雨水情報(bào)汛站、防汛通信線路及水情信息接收處理系統(tǒng)?！熬盼濉睍r(shí)期啟動(dòng)了金水工程，初步形成了信息化水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并逐步實(shí)現(xiàn)了全國流域機(jī)構(gòu)的水情信息互聯(lián)。1996—2000 年期間，水利信息化領(lǐng)域年發(fā)文量較低（低于10 篇），主要關(guān)鍵詞“水利信息化”“信息化建設(shè)”“水利信息化建設(shè)”均在此階段提出，研究內(nèi)容從水利信息系統(tǒng)現(xiàn)狀回顧向發(fā)展的必要性和可行性探討逐步收斂，形成水利信息化的發(fā)展思路和建設(shè)任務(wù)[14]，并針對國家防汛抗旱指揮和水利部機(jī)關(guān)辦公自動(dòng)化 2 個(gè)系統(tǒng)建設(shè)開展探索研究。

4.2 水利信息系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用階段（2001—2010 年）

1998 年長江全流域特大洪水發(fā)生后，水利部黨組提出由工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變，以水資源的可持續(xù)利用支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的治水新思路[15]。2001 年，水利部黨組確立了“以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化”的發(fā)展思路。在數(shù)字地球背景下，水利行業(yè)先后提出“數(shù)字流域”“數(shù)字水利”“數(shù)字灌區(qū)”“數(shù)字水庫”等概念及相關(guān)建設(shè)規(guī)劃。在此背景下，全國各地尤其是東南沿海發(fā)達(dá)地區(qū)開始全力推動(dòng)數(shù)字水利信息系統(tǒng)的研究與建設(shè)。水利電子政務(wù)領(lǐng)域開展了綜合辦公、檔案管理、財(cái)務(wù)管理等系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)，業(yè)務(wù)管理領(lǐng)域主要對三防指揮、水資源管理、水土保持監(jiān)測、水利工程管理、水質(zhì)監(jiān)測評(píng)價(jià)及灌區(qū)管理決策支持等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開展了研究。此外還對 3S、三維可視化、高性能計(jì)算等技術(shù)，在水利信息化應(yīng)用、信息系統(tǒng)的建設(shè)及運(yùn)行管理、水利信息化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及網(wǎng)絡(luò)安全問題分析等方面進(jìn)行了研究和探討，實(shí)現(xiàn)了各類水利信息的數(shù)字化與集成化，有力推動(dòng)了傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的轉(zhuǎn)變。2001—2010 年期間，年發(fā)文量穩(wěn)步提高，2010 年年發(fā)文量首次突破 100 篇?！八F(xiàn)代化”“數(shù)字水利”“水利工程”“應(yīng)用”“對策”等高頻關(guān)鍵詞在 2001—2002 年間集中出現(xiàn)，奠定了“十五”“十一五”水利信息化大規(guī)模發(fā)展的基調(diào)，解決了水利業(yè)務(wù)應(yīng)用從無到有的問題。但由于信息化建設(shè)初期相關(guān)法規(guī)和規(guī)劃的缺乏，大量特定的專用的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間重復(fù)建設(shè)，資源割據(jù)，共享困難，建立水利數(shù)據(jù)中心進(jìn)行資源整合和共享，以及網(wǎng)絡(luò)和信息安全又成為水利信息化進(jìn)一步發(fā)展面臨的重要難題[16-18]。

4.3 水利信息化新階段——智慧水利/智慧水務(wù)（2011 年—至今）

2008 年 11 月，IBM 提出智慧地球發(fā)展理念，“智慧”取代“數(shù)字”孕育出“智慧城市”“智慧水利”“智慧水務(wù)”等概念。2010 年，江蘇省水利廳推進(jìn)江蘇省智慧水利信息化建設(shè)[19]。2011 年起，在智慧地球概念下，智能信息技術(shù)逐漸深入應(yīng)用到水利行業(yè)，衍生出智慧水利作為融合各水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)互通的平臺(tái)，各地水利信息化建設(shè)開始由單個(gè)信息系統(tǒng)開發(fā)轉(zhuǎn)向注重信息系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通和信息平臺(tái)的頂層設(shè)計(jì)。2012—2013 年，在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)及 IBM 智慧城市概念加持下，智慧水務(wù)概念應(yīng)運(yùn)而生；在全國水利信息化“十三五”規(guī)劃關(guān)鍵問題的研究和思考中，認(rèn)為水利信息化已經(jīng)從推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和基本業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)入到“全面滲透、深度融合、加速創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型發(fā)展”的新階段[20]。2011—2013 年主題詞“智慧水利”“物聯(lián)網(wǎng)”“信息化技術(shù)”“頂層設(shè)計(jì)”“云計(jì)算”“智慧水務(wù)”和“大數(shù)據(jù)”相繼出現(xiàn)，新一輪針對新一代 ICT 技術(shù)在水利信息化中的應(yīng)用，以及智慧水利/智慧水務(wù)構(gòu)想、頂層設(shè)計(jì)、建設(shè)框架成為研究熱點(diǎn)。2017 年，隨著中共中央《關(guān)于全面推行河長制的意見》的印發(fā)，各地紛紛探索建設(shè)基于河長制的河湖管護(hù)系統(tǒng)和綜合信息管理平臺(tái)。

5 研究趨勢展望

從水利信息化研究主體和發(fā)展歷程分析結(jié)果看出：水利信息化研究具有以國家和水利部政策為總體指導(dǎo)，以新一代 ICT 技術(shù)發(fā)展為創(chuàng)新引擎，以水行業(yè)管理和服務(wù)需求為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)等主要特征，其研究進(jìn)程由政策引導(dǎo)、技術(shù)創(chuàng)新、業(yè)務(wù)需求“三輪”共同驅(qū)動(dòng)。展望水利信息化和智慧水利/智慧水務(wù)研究趨勢，可能有以下幾個(gè)方向：

1）在水利高質(zhì)量發(fā)展新階段下，隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模建設(shè)和投入使用，以及在智慧水利先行先試成果可推廣復(fù)制到全國范圍的大背景下，智慧水務(wù)宏觀層面的研究將從前期智慧水務(wù)體制機(jī)制建設(shè)、頂層設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建立，逐漸轉(zhuǎn)向信息平臺(tái)運(yùn)維保障、平臺(tái)間信息共享及應(yīng)用協(xié)同、信息平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)及安全管理，以及智慧水務(wù)建設(shè)成果量化評(píng)價(jià)等方面。

2）未來智慧水務(wù)建設(shè)和運(yùn)營主體勢必將進(jìn)一步豐富，地方政府、水管機(jī)構(gòu)、水務(wù)集團(tuán)和各類用戶群體將共同投資，共同受益，多主體間的權(quán)責(zé)探討將是重要研究內(nèi)容之一。

3）水務(wù)行業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化管控，勢必會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。傳輸、處理和分析水務(wù)大數(shù)據(jù)的5G，邊緣計(jì)算，人工智能，以及保障信息安全的區(qū)塊鏈[21]和深化信息應(yīng)用的數(shù)字孿生[22]等技術(shù)已經(jīng)受到業(yè)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注和研究。隨著 ICT 技術(shù)領(lǐng)域的不斷革新，其在水務(wù)行業(yè)中的應(yīng)用場景研究成果將持續(xù)增加。

4）科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新成果最終都服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)際和業(yè)務(wù)需求，水務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的演進(jìn)從防汛抗旱、水資源管理到河（湖）長制，從水利工程項(xiàng)目的檔案管理到運(yùn)行安全檢測和建設(shè)施工管理，從供排水基礎(chǔ)信息管理到供排水廠無人值守、管網(wǎng)漏損控制和智能調(diào)度，經(jīng)歷了信息平臺(tái)的從無到有，從單一到綜合，從信息化到數(shù)字化和智能化的進(jìn)程，未來能夠滿足各類涉水相關(guān)業(yè)務(wù)的精細(xì)化和科學(xué)化管理需求的綜合解決方案和關(guān)鍵支撐技術(shù)，也將是智慧水務(wù)的重點(diǎn)研究方向。