工程地质学报  2018, Vol. 26 Issue (5): 1397-1407   (10271 KB)    
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  • 收稿日期:2018-09-26
  • 接受日期:2018-09-29
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    郭静芸
    关静
    基于Web of Science数据库的地质工程研究文献计量分析
    郭静芸, 关静    
    中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029
    摘要:近年来全球地质工程学科的发展取得了一系列的进步,文献计量分析可以定量化地分析地质工程领域的科研产出和发展趋势,为中国未来地质工程的研究提供参考。本文利用Web of Science(WoS)数据库中的核心合集,在2018年5月7日检索近10 a来(2008~2017)有关地质工程的期刊研究论文,并采用VOSviewer软件对获取的27 025篇文献信息进行分析。结果表明:(1)过去10 a间期刊论文数量迅速增长,中国是地质工程研究最活跃的国家,且与其他国家的合作相对更多。(2)标题和摘要中的高频术语显示近10 a来地质工程总体的研究范围保持不变,且在逐步拓宽研究领域。(3)地质工程研究发文量前10的机构中,来自中国的研究机构有5个,且与全球其他机构合作最多。在13位高发文作者中,一共有7位研究者来自中国。中国的Ng C W W和加拿大的Rowe R K发文量位居第一,但是中国科研机构和中国研究者的h-index相对较低。(4)期刊Engineering Geology的总发文量最多,为1860篇;截止统计日期,影响因子最高的期刊为Rock Mechanics and Rock Engineering,影响因子为2.905。本文首次采用文献计量手段分析地质工程的研究进展以及科学交流情况,以期为中国未来地质工程学科的发展提供参考。
    关键词地质工程    Web of Science    VOSviewer    文献计量    
    GLOBAL RESEARCH OUTPUT IN GEOLOGICAL ENGINEERING: A BIBLIOMETRIC ANALYSIS OF WEB OF SCIENCE PUBLICATIONS
    GUO Jingyun, GUAN Jing    
    Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029
    Abstract: In recent years, the development of global geological engineering has made a series of progress. Bibliometric methods could quantitatively characterize the development of global scientific production and research trends in geological engineering. Publications of the last decade(2008~2017) about geological engineering were retrieved from the Web of Science(WoS) Core Collection database on May 07, 2018.27025 records were analysed, using VOS viewer as a tool. The results shows:(1) The number of publications increased noticeably in the past decade. China is the most active country in geological engineering research and has more collaborations in performing the studies with each other. (2) The high frequency terms in titles and abstracts show the research scope of geological engineering remain steady, but the research fields are broaden. (3) Five Chinese research institutions are in the top 10 productive institutions and have the most collaborations with the rest institutions of the world. Seven Chinese authors are among the top 13 productive authors. Ng C W W from China and Rowe R K from Canada are the most active researchers in the field of geological engineering, but h-index of Chinese institutions and authors are relatively lower. (4) Among the top 10 preferred journals, Engineering Geology published the most articles, with 1860, and Rock Mechanics and Rock Engineering has the highest impact factor, with 2.905. This is the first bibliometric approach to examine research related to geological engineering. It can provide reference for editors to the development of geological engineering.
    Key words: Geological engineering    Web of Science    VOSviewer    Bibliometric    

    0 引言

    近10 a来,我国地质工程学科紧密结合国家战略需求和工程建设的科学技术难题,为国家超级工程建设提供了技术支撑,国家部署的超级工程如下:55座建成和在建大型水电站,其中300 m级高坝9座;239条长度超过10 km的长隧道,20 km以上的17条;50余座高墩大跨度桥梁和跨海大桥;19 000 km高速铁路;125 000 km高速公路;3000 km城市地铁等。另外通过理论创新和技术研究,极大减少了因地质灾害而死亡的人数。并取得了一大批代表性的理论成果,例如:基于变形过程的高边坡稳定性工程地质评价,高地应力条件下大跨度硐室和深埋隧道围岩稳定性,地质活动地区线状工程的工程地质评价,重大地质灾害早期识别,地质灾害监测预警体系的建立,滑坡体控制与改造“地质工程”理论,黄土地质灾害评价,强震滑坡机理及震后灾害风险评价等。过去10 a,我国地质工程基础研究和技术研发能力显著增强;国际地位显著提高,有不少中国的地质工程学家在国际学会上担任主席或副主席;在过去的10年间,我国的地质工程领域也涌现出了一大批人才,获得了诸多奖项(黄润秋等,2017)。

    我国地质工程发展虽然取得了很大的进步,但是学科的发展还应该着眼于全世界。对世界地质工程发展趋势的了解,有助于我们更好地进行研究。通过分析特定领域世界上已经发表的论文,可以很好地评价其发展变化。文献计量分析是了解不同研究领域发展趋势的有效工具,通过对特定研究领域的论文产出进行统计和定量分析,来达到分析其发展趋势的目的。文献计量网络分析功能可以对国家,研究机构,作者等之间的合作进行直观的分析。

    近年来,文献计量分析方法被广泛地用来探索不同学科领域的研究进展。例如,Zyoud et al.采用文献计量分析对可卡因中毒研究情况进行了分析(Zyoud et al., 2017);Soosaraei et al. (2018)对利什曼病的研究进行了分析;Tian et al. (2008)对全球在GIS方面的科研论文产出进行了回顾;Wang et al. (2014)对3004篇气候变化脆弱性方面的论文进行了产出和研究热点的分析;倪明等(2015)对肿瘤类高被引文章进行了归纳;赵庆龄等(2010)基于Web of Science数据库的文献计量分析对土壤重金属污染研究进行了回顾与展望;干文芝等(2013)基于Web of Science对草地退化研究态势进行了计量分析。通过查阅国内外文献,还没有发现有关地质工程领域文献计量分析的研究成果。本文利用科学计量学工具对近10 a来地质工程研究成果进行文献计量分析,对2008~2017年全世界地质工程研究进行回顾和展望,分析地质工程的研究进展以及科学交流情况,以期为中国未来地质工程的研究提供参考,也可以为不同研究团队之间就共同感兴趣的领域提供合作机会,同时为期刊编辑采用文献计量分析工具评价相应学科的发展提供借鉴。

    1 研究方法

    本文数据来源于Web of Science(WoS)数据库核心合集。WoS数据库是进行文献计量分析数据最全和最值得信赖的数据库,包含超过12 000个高影响力和高质量的学术期刊。为了得到地质工程领域的相关文献信息,本文采取以下检索步骤:

    (1) 在WoS核心合集的高级检索中输入:WC=Engineering,Geological,其中WC为Web of Science分类。

    (2) 时间范围为:2008~2017;语言选为“All languages”;为了研究地质工程的研究进展,文件类型为期刊中的“Article”,排除其他出版物来源。

    (3) 在以上两个步骤的基础上,对所选出的文献进行人工标记,选出地质工程领域的文献共计27 025条。

    27 025条检索内容在2018年5月7日完成。然后利用WoS数据库自带的文献计量分析功能对2008~2017年的发文量,高发文国家、研究机构、作者以及他们的h-index,高发文期刊等进行分析。并使用VOSviewer(版本v1.6.8)软件对高频关键词、国家、研究机构、作者之间的关系进行直观展示。

    2 结果和讨论
    2.1 地质工程科研产出数量和相应指标分析

    按照方法部分的检索策略共检索到过去10年(2008~2017)中与地质工程有关的文献27 025篇,表 1中显示了2008~2017年的论文产出情况。可以明显看出发文量逐年递增,由2008年的1725篇上升为2017年的4004篇,学者的科研产出呈现强劲的增长趋势。英语是论文最常用的语言,其他语言所占比例很小。为了研究过去10 a地质工程研究随时间的进展和变化,我们将2008~2017分为3个时间段进行分析,分别为2008~2010年,2011~2013年,2014~2017年。

    表 1可知h-index呈下降趋势,由第1阶段的84下降为第3阶段的40。这里h-index代表在某一阶段中有h篇文献已经至少被引用h次,可以用来综合评估学术产出数量和学术产出水平。阶段平均学术产出数量快速增长,但是h-index却没有得到相应的提升,但是并不能简单地归结为学术产出水平下降。因为h-index和时间有一定的关系。除却文章的学术水平,发表时间靠前的论文有更多的时间被引用,所以其h-index相应也会较高。

    表 1 2008~2017年地质工程研究发文量分布 Table 1 Research output distribution in geological engineering from 2008 to 2017

    2.2 地质工程高频术语分析

    图 1是2008~2017年间,27 025篇论文标题和摘要中出现的高频术语,在308 686个术语中有5155个术语至少出现了20次,对于这5155个术语,分别计算出一个相关性分值,60%最相关的术语会被选择用来分析,2008~2017年一共选取了3093个术语。由图 1可见,这些术语一共被分为4组,这在一定程度上反映10 a间工程地质研究主要分布在4个领域。体现在颜色上,研究关注度由强到弱分别为红色,绿色,蓝色和黄色。第1组(红色1130)为与土的性质相关的术语,例如:sample,specimen,sand,particle,porosity等;第2组(绿色693)主要涉及与地震所导致次生地质灾害有关的术语,例如:earthquake,landslide,risk,event,map等;第3组(蓝色652)主要为桩基础方面的术语,例如:pile,sand bed,cyclic loading,analytical solution,soil wall等;第4组(黄色618)主要涉及建筑地基稳定性的术语,例如:building,seismic response,motion,connection,damping等。

    图 1 2008~2017年论文标题和摘要中出现的高频术语 Fig. 1 High frequency terms in title and abstract from 2008 to 2017

    为了直观显示地质工程研究随着时间的变化,我们按照表 1的分组方式,将术语出现时间范围分为2008~2010年,2011~2013年,2014~2017年3个阶段来进行分析。按照和图 1相同的分析步骤,2008~2010年一共选取了672个术语。这些术语一共被分为4大组(图 2),红色一组的数量最多为218个,其次为绿色186个,蓝色176个,黄色92个。2008~2010年地质工程研究主要体现在第1组、第2组和第3组术语中。第1组(红色)包含与土相关的术语,例如:soil,test,sand,clay,specimen等;第2组(绿色)主要涉及与地震稳定性有关的术语,例如:earthquake,building,methodology,frequency,motion等;第3组(蓝色)主要为区域稳定性方面的术语,例如:area,slope,region,slope,assessment等。2011~2013年筛选出889个高频术语,其网络关系见图 3

    图 2 2008~2010年论文标题和摘要中出现的高频术语 Fig. 2 High frequency terms in title and abstract from 2008 to 2010

    图 3 2011~2013年论文标题和摘要中出现的高频术语 Fig. 3 High frequency terms in title and abstract from 2011 to 2013

    可见2011~2013年工程地质的研究相较于2008~2010年,桩基础方面的研究(黄色)有了很大进展,但是主要研究领域还是集中在土的研究上,相关术语有342个(红色)。其他3个领域研究相当,分别是建筑地基稳定性(绿色198个),地震导致的次生地质灾害(蓝色181个),桩基础方面的研究(黄色168个),而且土的研究和柱基础研究有很多交叉。2014~2017年共有1717个术语参与图 4的构建。在这4 a间,地震稳定性研究跃升为主要研究方向(红色451个),其次为土力学(绿色437个),桩基础(蓝色362个)。另外可以发现地质灾害中的滑坡得到了更多的关注(黄色250个)。图 3相较于图 1图 2的一个明显特征是,岩石力学研究取得了一定的进步(紫色217个),主要涉及的术语有:rock,sandstone,reservoir,shale,fracture propagation等,这些词汇主要和页岩气压裂等有关系,这也说明页岩气等非常规能源的开采研究得到越来越多的关注。

    图 4 2014~2017年论文标题和摘要中出现的高频术语 Fig. 4 High frequency terms in title and abstract from 2014 to 2017

    2.3 地质工程研究国家和地区分布

    为了便于比较各个国家的发文量随着时间的变化,我们将2008~2017按照表 1的分组方式分为3个阶段,分别是2008~2010年、2011~2013年和2014~2017年。Web of Science里面将台湾独立了出来,在这里我们将台湾归到中国进行统计。

    表 2可见,3个阶段中地质工程Top10高发文国家基本分布在亚洲、欧洲和北美洲。在前两个阶段,发文量美国位于第1,中国位于第2,到了第3个阶段,中国发文量大幅超过美国,跃升为第1。这主要是源于近几年中国进行大规模的地质工程建设和大量地质工程活动,再加上国家对科研工作者发表英文SCI论文的支持,从而产出了大量的科研论文。加拿大3个阶段的发文量排名降幅较大,分别是第3、第8和第5;日本的发文量也有一定的下滑,由第6下降到第9;相反,澳大利亚的发文量却得到了明显的提升,由第8快速提升为第3。土耳其在第1阶段(2008~2010年)中位于第10位,在后面两个阶段则退出Top10;与此同时伊朗则挤入前10的行列,由2011~2013年的第9位升为2014~2017年的第7位。

    表 2 3个阶段地质工程Top10高发文量国家分布 Table 2 Top10 countries in product of articles in the three period

    表 3显示了2008~2017年地质工程Top10高发文国家分布。中国以总发文量6471篇排在第1,美国和意大利分别以总发文量5324和2115篇排在第2和第3,但是意大利相比于美国,发文量减少了一半之多。所以中国和美国是地质工程领域的主要发文国家,占据了总数的43.644%。发文国家主要分布在亚洲、欧洲、北美洲和大洋洲,在高发文国家中没有南美洲和非洲的国家,这应该和当地的经济状况等有关系。

    表 3 2008~2017年地质工程Top10高发文量国家分布 Table 3 Top10 countries in product of articles from 2008 to 2017

    美国的h-index最高为67,中国紧跟其后为63,其他国家的h-index排名基本和发文量排名一致。在Top10高发文国家中,意大利、英国和澳大利亚的国际合作(一篇文章全部作者的国家至少有2个)发文比例都超过了50%,位于前3;而印度的国际合作发文量仅为21.629%,位居第10。总发文量前两位的中国和美国,其国际合作发文量分别位于第8和第7位,显示这两个国家独立进行地质工程研究的水平和活跃程度都比较高。

    本文选取2008~2017年间发文量至少为30篇的国家61个,绘制国家合作关系网络可视化图(图 5)。图中圆圈越大代表相应国家发文数量越多,一个国家发射出去的线条越多,代表与其合作的国家越多,线条越粗代表其所连接的两个国家之间的合作越密切。61个国家按照合作关系密切程度被分为7组,最大的一组包含13个国家。从图中可以看出,中国和美国与其他国家的合作相对更多,另外中国和美国之间地质工程研究的合作程度最高。与中国有强合作关系的7个国家为:美国、澳大利亚、法国、加拿大、日本、新加坡、英国。在图 5中将台湾作为中国的一个地区单独进行分析。

    图 5 2008~2017年地质工程研究国家合作网络可视化图 Fig. 5 Network visualization map of country co-authorships

    2.4 地质工程研究机构分析

    通过统计Web of Science里的数据,将地质工程全球发文前10的机构列于表 4。发文量最多的是美国加州大学系统(University of California System),共计710篇,其中美国加州大学系统包含加州大学的10个分校。排名第2的是法国国家科研中心(Centre National de la Recherche Scientifique),发文量为622篇。在发文量前10的机构内来自中国的研究机构最多(5个),来自澳大利亚的研究机构有2个。虽然美国的10 a发文量仅次于中国,但是在Top10列表里只有美国的一个研究机构,这和美国拥有大量的研究机构有关系,即便每个机构的发文量比较少,但是其总量也是很大的。比较10个研究机构的h-index,排名前3的研究机构是美国加州大学系统(38),法国国家科研中心(37),西澳大利亚大学(36)。来自中国的研究机构的h-index分别为:同济大学(Tongji University)(31)、中国科学院(Chinese Academy of Sciences)(31)、香港科技大学(Hong Kong University of Science Technology)(31)、中国矿业大学(China University of Mining Technology)(25)、河海大学(Hohai University)(20),可见中国的地质工程研究机构在论文数量得到提升的同时,还应注重论文水平的进一步提高。

    表 4 2008~2017年地质工程领域Top10高发文量机构分布 Table 4 Top10 productive institutions in geological engineering(2008~2017)

    从所有论文涉及的9038个研究机构中选取发文量大于等于50的研究机构,共选取199个研究机构绘制合作关系图(图 6)。图 6中将美国加州大学系统(University of California System)的10个分校分别单独进行统计。图中圆圈越大代表相应研究机构发文数量越多,一个研究机构发射出的线条越多代表与其合作的研究机构越多,线条越粗代表其所连接的两个研究机构之间的合作越密切。可以看出来自中国的同济大学、中国科学院、河海大学与国内以及国外的地质工程研究机构合作最多。

    图 6 2008~2017年地质工程研究机构合作网络可视化图 Fig. 6 Institutional collaboration networks in geological engineering during 2008~2017

    2.5 地质工程研究人员分析

    统计结果显示,一共有32 948位作者参与到27 025篇地质工程科研论文的写作中。平均一篇文章有1.2个作者,表明工程地质领域的作者合作关系不是十分密切。在所有作者中一共有1055位作者发文量不小于10篇,图 7显示了其中有密切合作关系的400位作者。400位作者被分成了46组,每个组内的研究人员合作密切,最大的一组有33位研究者,最小一组仅有1人。圆圈越大代表研究人员的科研产出能力越强。

    图 7 2008~2017年地质工程领域科研产出不小于10篇作者网络可视化图 Fig. 7 Network visualization map of the authors with at least ten publications(2008~2017)

    在32 948位作者中,Ng C W W和Rowe R K是地质工程领域最积极的研究者,各自在全球发布了133篇论文。其次是Indraratna B产出121篇论文,位居第2位。相关统计结果见表 5。在13位高发文作者中,一共有7位研究者来自中国,分别是处于第1位的Ng C W W,第3位的Zhang L M,第4位的Wang Y,第6位的Wang J,第7位的Zhang J,第8位的Zhou C B和第10位的Liu H L。可见中国学者对全球地质工程研究做出了重要的贡献,在地质工程领域的发文量具有一定的优势。

    表 5 2008~2017地质工程领域Top10高发文量作者 Table 5 Top10 productive researchers in the field of geological engineering

    衡量一位学者的研究能力不能单单靠所发表的文章的数量,更重要的是要看他们的研究成果被其他学者使用和引用的次数,也就是说学者科研成果的思想对其他学者的吸引力更能体现其研究水平。h-index是最有效的用于评估研究人员的学术产出数量与学术产出水平的混合量化指标。一名研究者的h-index是指他至多有h篇论文分别被引用了至少h次,一个人的h-index越高,则表明他的学术成就越高,论文影响力越大。纵观表 5可见,h-index最高的是发文量处于第4位的Randolph M F,数值为26,即表明他至多有26篇文章分别被引用了至少26次。来自中国,发文量处于第1位的Ng C W W,第3位的Zhang L M,第4位的Wang Y,第6位的Wang J,第7位的Zhang J,第8位的Zhou C B和第10位的Liu H L,h-index指数分别位于第6、第2、第3、第3、第7、第6、第3和第8的位置,h-index排名最后的4位作者全部来自于中国,中国学者的平均h-index为15.9,而全部Top10高发文量作者的平均h-index为20.5,可见中间还有一定的差距,所以中国学者在注重科研产出数量的同时,要提升学术产出的影响力。

    2.6 刊登地质工程研究论文的期刊分析

    刊登地质工程研究论文的期刊一共有39个,表 6列出了地质工程科学家最青睐,也就是发文量最高的10个期刊。发文量排名前10的期刊共刊登了全部发文量的52.589%,平均影响因子为2.246。其中来自英国的期刊有5个,荷兰的期刊2个,美国、奥地利、加拿大的期刊各1个。发文量最高的期刊是荷兰的Engineering Geology,发文量1860篇,影响因子在10种期刊中排名第2,为2.569;其次是英国的Soil Dynamics and Earthquake Engineering,发文量1769篇,影响因子排名第10,为1.545;紧跟其后的是英国的International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,发文量1688篇,影响因子排名第6,为2.268。其中影响因子最高的期刊是奥地利的Rock Mechanics and Rock Engineering,分值为2.905,刊登文章数量为1272篇,占全部发文量的4.707%。

    表 6 2008~2017地质工程领域Top10高发文量期刊分布 Table 6 Top10 preferred journals for publishing articles in geological engineering(2008~2017)

    近10 a来,中国地质工程方面的文章共刊登在37个期刊上,涉及了大部分地质工程刊登范畴的SCI期刊。表 7为刊登中国地质工程文章Top10期刊列表。这10种期刊共刊登中国论文4133篇,占中国全部发文量的63.870%。刊登中国地质工程文章数量Top10期刊平均影响因子为2.143,低于世界地质工程Top10高发文量期刊平均值2.246。中国地质工程发文量最多的期刊和世界地质工程发文量最高的期刊一致,为Engineering Geology,中国在其上的发文量占全部发文量的35.108%。另外中国发文影响因子最高的期刊也是Rock Mechanics and Rock Engineering,中国在其上的发文量占全球在其上发文量的37.972%。61.273%的中国地质工程论文发表在本国的期刊Earthquake Engineering and Engineering Vibration上,但是其影响因子比较低,仅为0.706。可见中国在今后应该加强高水平期刊建设,以及提高在高水平期刊上的发文比例。

    表 7 2008~2017年刊登中国地质工程文章数量Top10期刊分布 Table 7 Top10 preferred journals for publishing Chinese articles in geological engineering(2008~2017)

    3 结论

    本文首次采用文献计量分析来评价近10 a(2008~2017年)全球的地质工程研究,得出如下结论:

    (1) 在过去的10 a间,地质工程的研究取得了很大的进展,总发文量达到27 025篇,而且2017年的发文量是2008年发文量的2倍之多,尤其在2014~2017年间论文数量上升明显。中国以总发文量6471篇稳居全球第一,高出美国发文量1147篇。中国的h-index为63,仅次于美国的67,可见中国在地质工程研究领域的科研产出数量和产出水平都位居前列。全球地质工程发文量Top10国家在2008~2017年间基本保持不变。在今后很长时间内中国和美国将是地质工程研究领域的主导国家。

    (2) 2008~2017年,世界地质工程的研究范围宏观上保持不变,主要涉及土的工程性质研究、区域地质稳定性研究、地震稳定性以及地震所导致的次生地质灾害研究、地基以及基础稳定性研究等。近几年地质工程研究者加大了对滑坡地质灾害、非常规能源勘探开发所涉及的岩石力学问题等的研究力度。地质灾害以及新能源开发等涉及的问题将成为未来地质工程研究的重要方向。

    (3) 地质工程领域Top10高发文量机构中,中国的研究机构最多,且与其他机构合作最多。但中国科研机构的h-index相比于加州大学系统、法国国家科研中心和西澳大利亚大学还略低。在13位高发文作者中,一共有7位研究者来自中国,其中香港科技大学的Ng C W W发文量位居第一。但是中国研究者的h-index相对较低,可见中国还需进一步提升科研论文的质量。

    (4) 27 025篇文章共分布在39本期刊上,来自中国的研究论文共刊登在37本期刊上。中国和世界发文量最多以及发文影响因子最高的期刊一致,分别为Engineering Geology和Rock Mechanics and Rock Engineering,且中国在这两种期刊上的发文数量分别占据所有国家在其上发文数量的三分之一以上。但是中国还有一定比例的文章投递在本国影响因子较低的期刊上,中国在今后应该加强高水平期刊建设,并提高在高水平期刊上的发文比例。

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