陶良彥，劉玉陽(yáng)

（1.南京航空航天大學(xué) 灰色系統(tǒng)研究所，江蘇 南京 211106；2.南京航空航天大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，江蘇 南京 211106）

一、引言

由鄧聚龍教授創(chuàng)立的灰色系統(tǒng)理論（GST）40年來，其理論、方法、模型在經(jīng)濟(jì)管理、工程技術(shù)和自然科學(xué)眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了積極的推動(dòng)作用，如農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域［1-3］，信息科技領(lǐng)域［4-6］，基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域［7-8］，經(jīng)濟(jì)與管理領(lǐng)域［9-11］。

工程科技涉及石油天然氣工業(yè)，材料力學(xué)，礦業(yè)工程，船舶工業(yè)，水利水電工程等多學(xué)科多領(lǐng)域，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要力量。工程科技實(shí)踐中存在大量“貧信息”不確定性系統(tǒng)，為灰色系統(tǒng)理論提供了豐富的研究資源和廣闊的發(fā)展空間。本課題聚焦灰色系統(tǒng)理論在工程科技領(lǐng)域的應(yīng)用，旨在通過計(jì)量分析系統(tǒng)地梳理灰色系統(tǒng)理論在該領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)和發(fā)展脈絡(luò)，識(shí)別趨勢(shì)和潛在研究方向。

二、數(shù)據(jù)來源及方法

1.數(shù)據(jù)來源

本文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源于中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）工程科技I輯和工程科技II輯的學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)，其中工程科技I輯包括化學(xué)、無機(jī)化工、有機(jī)化工、燃料化工、一般化學(xué)工業(yè)、石油天然氣工業(yè)、材料力學(xué)、礦業(yè)工程等14個(gè)學(xué)科1 037種期刊；工程科技II輯包括汽車工業(yè)、船舶工業(yè)、水利水電工程、建筑科學(xué)與工程、動(dòng)力工程、核料學(xué)技術(shù)、新能源、電力工業(yè)等15個(gè)學(xué)科1 230種期刊。檢索主題為“灰色系統(tǒng)”+“灰色預(yù)測(cè)”+“灰色關(guān)聯(lián)”+“灰色決策”+“灰靶”+“灰色模型”+“灰色算子”。選擇數(shù)據(jù)庫(kù)為核心庫(kù)。設(shè)置檢索時(shí)間區(qū)間為1982年1月—2022年8月，經(jīng)過篩選去重后共得到22 422篇文獻(xiàn)。

2.研究方法

由于文獻(xiàn)篇數(shù)較多，本文采用文獻(xiàn)題錄信息統(tǒng)計(jì)分析工具（Statistical Analysis Toolkit for Informetrics，以 下 簡(jiǎn) 稱SATI）和CiteSpace進(jìn) 行 分 析。CiteSpace通過基于共現(xiàn)、共引和網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)相關(guān)領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行分析，繪制可視化圖譜作為結(jié)果，分析具體的變化過程并探測(cè)其進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)。［12］SATI旨在通過對(duì)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)題錄信息的處理，利用一般計(jì)量分析、共現(xiàn)分析、聚類分析、多維尺度分析、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析等數(shù)據(jù)分析方法，挖掘和呈現(xiàn)可視化數(shù)據(jù)結(jié)果，揭示研究領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的內(nèi)部聯(lián)系及其特征。［13］兩種計(jì)量分析軟件功能相近又各具優(yōu)勢(shì)，雖然鄭娜等認(rèn)為CiteSpace具有更強(qiáng)大的功能［14］，但是考略到SATI可以更清晰的呈現(xiàn)出圖譜和對(duì)中文文獻(xiàn)更強(qiáng)的適用性，因此本文綜合使用這兩種工具進(jìn)行分析。本文使用的CiteSpace版本為6.1.R3，SATI版本為Web版SATI 4.0。

三、文獻(xiàn)計(jì)量分析

1.發(fā)文趨勢(shì)

發(fā)文量以及發(fā)表時(shí)間是判斷某研究領(lǐng)域受到關(guān)注度的判斷依據(jù)之一。圖1展示了從1985—2022年的發(fā)文量，其中2022年的1 254篇由中國(guó)知網(wǎng)根據(jù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

圖1 發(fā)文量時(shí)間序列

從圖中可以看出發(fā)文量整體呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，在1982—1990年間，整體處于起步階段，年發(fā)文量低于100篇；1991—2004年間，年發(fā)文量平均在200篇左右；2005—2011年，年發(fā)文量快速增長(zhǎng)，6年間發(fā)文量翻了一番；2012—2022年，年發(fā)文量穩(wěn)定在1 100篇以上。

2.科研力量分布

（1）作者

在核心期刊上發(fā)表論文總數(shù)在一定程度上代表了作者在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力。本文研究主題共涉及2萬余位學(xué)者，其中發(fā)文量排名前20位的高產(chǎn)作者見表1。依據(jù)普萊斯定律：若設(shè)該領(lǐng)域內(nèi)發(fā)文量最多作者的論文數(shù)為nmax，則在該領(lǐng)域發(fā)表［m］（m=nmax/2）以上論文的作者被認(rèn)為是領(lǐng)域內(nèi)的核心作者。在本研究中nmax=29，m=14.5。所以，在表中排名靠前的13位的作者均屬于普萊斯定律下的高產(chǎn)作者。

表1 作者發(fā)文量排名

同時(shí)，我們利用SATI工具對(duì)所涉及的作者進(jìn)行共現(xiàn)圖譜分析，并利用CiteSpace計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)密度，將分析的結(jié)果去除噪點(diǎn)（即合作關(guān)系較弱的點(diǎn)或沒有合作關(guān)系的點(diǎn)），獲得結(jié)果如圖2所示。圖中的圓表示作者，作者間連線表示合作強(qiáng)度，圓越大表明該作者發(fā)文越多，線越粗表明兩者合作越密切。

圖2 作者合作網(wǎng)絡(luò)

從圖2我們發(fā)現(xiàn)，雖然本次研究涉及了兩萬多篇文章，但能夠形成穩(wěn)定合作關(guān)系的不足100人，且經(jīng)CiteSpace計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)密度只有0.0011。導(dǎo)致這一結(jié)果的主要原因是本文分析的對(duì)象是工程科技領(lǐng)域，涉及主題和作者非常多，因此合作關(guān)系相對(duì)稀疏。

圖中最大的網(wǎng)絡(luò)是以華北電力大學(xué)牛東曉教授為核心的13位作者構(gòu)成的合作網(wǎng)絡(luò)，團(tuán)隊(duì)研究主要集中在應(yīng)用灰色預(yù)測(cè)模型、灰色關(guān)聯(lián)模型解決電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、電建方案優(yōu)選等方面［15-17］。蘭州交通大學(xué)土木工程王起才教授團(tuán)隊(duì)的研究側(cè)重于將灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用于建筑科學(xué)，特別是工程新材料，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)等新興技術(shù)領(lǐng)域［18-20］。西安石油大學(xué)的宋子齊教授團(tuán)隊(duì)以及中南大學(xué)的陳建宏教授團(tuán)隊(duì)的研究重心分別是石油天然氣工業(yè)［21-22］，礦業(yè)工程［23-24］。

（2）主要研究機(jī)構(gòu)

本文研究主題下發(fā)文量排名靠前的10家機(jī)構(gòu)見表2，其中華北電力大學(xué)和河海大學(xué)以410和409篇的發(fā)文量遙遙領(lǐng)先，中南大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)分別以333篇、294篇、283篇發(fā)文數(shù)量分列3至5位。

表2 機(jī)構(gòu)發(fā)文量排序

利用SATI工具對(duì)所涉及的合作機(jī)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化并進(jìn)行共現(xiàn)圖譜分析，去掉噪點(diǎn)后得到機(jī)構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（如圖3所示）。

圖3中最大的網(wǎng)絡(luò)是以河海大學(xué)水利水電學(xué)院為中心，包括河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院大學(xué)、河海大學(xué)水資源高效利用與工程安全國(guó)家工程研究中心等5所機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步研究可以發(fā)現(xiàn)河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在承擔(dān)的973、863、國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃、國(guó)家科技支撐計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等多項(xiàng)國(guó)家重大科研項(xiàng)目研究過程中成功運(yùn)用灰色系統(tǒng)模型和方法。如吳中如院士關(guān)于大壩服役狀態(tài)及其對(duì)環(huán)境危害程度的量化評(píng)估研究［25］，郭海慶和吳中如院士等關(guān)于堆石壩變形監(jiān)測(cè)的灰色非線性時(shí)序組合模型研究［26］，楊杰和吳中如院士等關(guān)于馮家山土石壩豎向位移擬合與預(yù)測(cè)的灰色非線性模型研究［27］，崔偉杰和包騰飛關(guān)于小灣拱壩某測(cè)點(diǎn)的徑向位移監(jiān)測(cè)的研究［28］，鄭雪琴和秦棟關(guān)于陳村大壩變形預(yù)測(cè)的研究［29］，巫德斌和徐衛(wèi)亞關(guān)于某水電站壩址附近的馬步坎巖石邊坡變形預(yù)測(cè)的研究等［30］。

圖3 機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

長(zhǎng)安大學(xué)和西安建筑科技大學(xué)相關(guān)學(xué)院也能形成相對(duì)較大規(guī)模的合作網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)中機(jī)構(gòu)的研究側(cè)重于將灰色關(guān)聯(lián)度分析和灰色預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于公路與水路運(yùn)輸方向，并取得了一系列高水平研究成果。［31］例如，王利將灰色預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于大壩變形監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)［32］；姚玉玲結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析建立了路面使用性能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［33］；于江霞采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了公路交通適應(yīng)性評(píng)價(jià)［34］。

此外，對(duì)發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)利用SATI進(jìn)行“頻次時(shí)間序列（1992—2022年）”分析后可以得到圖4，從圖4中可以發(fā)現(xiàn)2007年以后參與研究的機(jī)構(gòu)明顯增加。

圖4 機(jī)構(gòu)發(fā)文頻次時(shí)間序列（1992-2022年）

3.學(xué)科領(lǐng)域

本研究中樣本文獻(xiàn)涉及最多的10個(gè)學(xué)科分布如圖5所示，其中公路與水路運(yùn)輸最多達(dá)到了3 103篇，環(huán)境科學(xué)與資源利用、建筑科學(xué)與工程、電力工業(yè)、礦業(yè)工程，分別以2 962篇、2 837篇、2 414篇、2 099篇緊隨其后，說明灰色系統(tǒng)相關(guān)理論和方法在工程科技領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有較高的研究熱度。

圖5 學(xué)科分布

4.期刊分布

本領(lǐng)域發(fā)文量排名前10的期刊（見表4），其中排名前三的分別是《電力系統(tǒng)保護(hù)與控制》《電網(wǎng)技術(shù)》《巖土力學(xué)》。

表3 期刊發(fā)文量排序

為了探究不同期刊的發(fā)文特點(diǎn)，本文繪制了發(fā)文量靠前10種期刊的頻次時(shí)間序列圖（如圖6所示），可以發(fā)現(xiàn)從2000年開始發(fā)文量逐漸加大。此外，通過圖1顯示從2011年開始，本領(lǐng)域年發(fā)文量都超過1 000篇，但是圖6顯示發(fā)文量前10的期刊年發(fā)量在5篇左右，這說明工程科技領(lǐng)域灰色系統(tǒng)文獻(xiàn)的分布范圍很廣，未集中在某一批期刊。

圖6 期刊發(fā)文量時(shí)間序列

四、關(guān)鍵詞圖譜分析

通過關(guān)鍵詞的簡(jiǎn)潔表達(dá)，分析關(guān)鍵詞特征，可以窺探研究主題間的聯(lián)系。本研究共包含16 094個(gè)關(guān)鍵詞，其中出現(xiàn)頻次最高的10個(gè)關(guān)鍵詞見表4，以及部分關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次時(shí)間序列圖（如圖7所示）。

從表4可以看出，出現(xiàn)次數(shù)最多的三個(gè)關(guān)鍵詞是“灰色關(guān)聯(lián)分析”“灰色理論”“灰色預(yù)測(cè)”，說明工程科技領(lǐng)域文獻(xiàn)使用灰色關(guān)聯(lián)和灰色預(yù)測(cè)的頻次最多。然而僅從頻次來分析關(guān)鍵詞是不充分的，因此本節(jié)將從關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜，聚類圖譜以及時(shí)間線圖譜進(jìn)一步分析。

1.共現(xiàn)圖譜

本研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖7所示，由于本文涉及關(guān)鍵詞過多，為了突出重點(diǎn)圖中只展示了出現(xiàn)憑此最多的658個(gè)關(guān)鍵詞（結(jié)點(diǎn)）以及他們構(gòu)成的1 579條邊，結(jié)點(diǎn)越大表明出現(xiàn)的次數(shù)越多。

此外，為了找出各個(gè)關(guān)鍵詞的重要程度，本研究利用CiteSpace計(jì)算了各關(guān)鍵詞的中心性（見表5）。中心性大小代表某關(guān)鍵詞在所有關(guān)鍵詞中的地位高低，或者說是與其他關(guān)鍵詞關(guān)聯(lián)的概率。但頻次與中心性并不是一一對(duì)應(yīng)的，例如通過對(duì)比表4和表5發(fā)現(xiàn)，雖然“灰色系統(tǒng)”出現(xiàn)頻次僅排到了第8位，但其中心性卻僅次于“灰色理論”?！盎疑垲悺鳖l次在前十之外，但中心性卻達(dá)到了0.1，位列第8。

表5 關(guān)鍵詞中心性統(tǒng)計(jì)

2.聚類圖譜

為了進(jìn)一步了解本領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)，本文對(duì)圖7的關(guān)鍵詞進(jìn)行了聚類，結(jié)果如圖8所示，說明研究以這幾個(gè)關(guān)鍵詞為中心向外拓展，可以認(rèn)為這些詞是本領(lǐng)域研究的基石。其中排名前三的類分別為“灰色模型”“灰色聚類”和“灰色系統(tǒng)”。這說明雖然應(yīng)用灰色系統(tǒng)的工程科技領(lǐng)域類別眾多，但是所采用的灰色系統(tǒng)模型、方法較為集中，主要包括灰色關(guān)聯(lián)、預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和聚類等方法。

圖8 關(guān)鍵詞聚類

五、趨勢(shì)分析與研究總結(jié)

1.趨勢(shì)分析

本文通過突發(fā)性探測(cè)來探索研究趨勢(shì)，突發(fā)性探測(cè)的基本含義是一個(gè)變量的值在短時(shí)間內(nèi)逐增，突然變成熱點(diǎn)。通過突發(fā)性探測(cè)我們可以發(fā)現(xiàn)某一領(lǐng)城的研究呈現(xiàn)從宏觀到微觀、從單一到多元化的演化趨勢(shì)，回顧或預(yù)測(cè)哪些關(guān)鍵分支技術(shù)在什么時(shí)間段成為了熱點(diǎn)，甚至預(yù)測(cè)界些關(guān)鍵校術(shù)能在未來延續(xù)續(xù)爆發(fā)性趨勢(shì)。本文展示了前25個(gè)突現(xiàn)詞，如圖9所示。橫坐標(biāo)“Year”表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的年份；“Strength”表示關(guān)鍵詞爆發(fā)強(qiáng)度，值越大強(qiáng)度越高說明該詞影響越大；“Begin”表示爆發(fā)開始年份；“End”表示爆發(fā)結(jié)束年份。圖中深色表示爆發(fā)年份。

圖9 突發(fā)性探測(cè)圖示

從突現(xiàn)強(qiáng)度來看“灰色系統(tǒng)”（92）、“熵權(quán)法”（28.08）、“關(guān)聯(lián)度”（17.22）、“組合賦權(quán)”（14.23）、“正交實(shí)驗(yàn)”（13.08）分列前五位，說明這5個(gè)方面產(chǎn)生了較大的影響受到了廣泛的關(guān)注。而從持續(xù)時(shí)間來看“關(guān)聯(lián)分析”“灰色系統(tǒng)”“關(guān)聯(lián)度”“數(shù)學(xué)模型”“模型”分列前5位，說明這5個(gè)方面受到了較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)關(guān)注。此外可以看到近期突現(xiàn)的有“組合賦權(quán)”“正交試驗(yàn)”“碳排放”“壽命預(yù)測(cè)”“組合權(quán)重”“熵權(quán)法”等，說明這些因素可能成為未來一段時(shí)間的研究熱點(diǎn)。

近年來，大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)融合等新熱點(diǎn)出現(xiàn)，基于小數(shù)據(jù)挖掘的灰色系統(tǒng)方法異軍突起，成為人們從海量工程科技數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值信息的有效工具［35］。

2.研究總結(jié)

本文運(yùn)用CiteSpace 6.1.R3和SATI 4.0兩種文獻(xiàn)計(jì)量分析軟件對(duì)1982—2022年間CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中工程科技I輯和工程科技II輯分類下所收錄的22 422篇有關(guān)灰色系統(tǒng)相關(guān)理論和方法文獻(xiàn)進(jìn)行了數(shù)據(jù)挖掘和分析。具體內(nèi)容包括：對(duì)歷史發(fā)文量進(jìn)行趨勢(shì)分析，宏觀感知了研究熱度變化；對(duì)關(guān)鍵作者，關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作網(wǎng)絡(luò)以及研究方向的分析，分析了研究力量的分布情況和潛力；對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行多種圖譜分析共現(xiàn)，聚類研究了過去40年的研究熱點(diǎn)和演化過程；最后利用關(guān)鍵詞突顯來研究為分析了灰色系統(tǒng)相關(guān)理論和方法在工程科技領(lǐng)域未來可能的發(fā)展趨勢(shì)。

研究發(fā)現(xiàn)：①灰色系統(tǒng)理論在工程科技領(lǐng)域的研究整體呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，2011年至今的年發(fā)文量都在1 000篇以上；②本領(lǐng)域研究學(xué)者人數(shù)高達(dá)兩萬多，關(guān)鍵作者、關(guān)鍵機(jī)構(gòu)、學(xué)科領(lǐng)域研究表明灰色系統(tǒng)在電力工業(yè)、礦業(yè)工程、公路與水路運(yùn)輸、礦業(yè)工程等領(lǐng)域的研究者較為集中；③關(guān)鍵詞圖譜分析表明研究熱點(diǎn)包括“灰色關(guān)聯(lián)分析”“灰色理論”“灰色模型”“灰色預(yù)測(cè)”“灰色聚類”等，且“灰色模型”“灰色聚類”和“灰色系統(tǒng)”等關(guān)鍵詞是本領(lǐng)域一系列研究的基石；④“組合賦權(quán)”“碳排放”“壽命預(yù)測(cè)”“大數(shù)據(jù)”“數(shù)據(jù)融合”等關(guān)鍵主題是未來發(fā)展的潛在熱點(diǎn)。

本文分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)灰色系統(tǒng)在工程科技領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，文獻(xiàn)達(dá)到2萬多篇，計(jì)量分析的部分聚類和共因效應(yīng)不是十分明顯，未來可以更聚焦于某一細(xì)分領(lǐng)域，預(yù)計(jì)可獲得更細(xì)致的發(fā)現(xiàn)。另外，本文只分析了期刊論文，將來可以深入分析學(xué)位論文應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論情況。