基于CiteSpace的数字孪生知识图谱分析

基于CiteSpace的数字孪生知识图谱分析

王萍

（浙江省第一水电建设集团股份有限公司 浙江杭州 310051）

摘要：本文采用动态科学文献分析工具CiteSpace，构建了合作作者和机构共现知识图谱、关键词共现知识图谱和关键词聚类知识图谱，从不同维度对数字孪生文献进行可视化分析，挖掘当前数字孪生研究热点、动态和趋势。

关键字：CiteSpace；数字孪生；知识图谱

0引言

随着习近平总书记在中央财经委员会第三次会议中提出了“实施海岸带保护修复工程，建设生态海堤，提升抵御台风、风暴潮等海洋灾害能力”的指示精神，浙江省委省政府做出了推动“海塘安澜千亿工程”的重要战略部署，《浙江省海塘安澜千亿工程建设行动计划（2020-2030）》对海塘工程建设总体布局提出“六线要求”，即建设“安全线”、“生态线”、“贯通线”、“活力线”、“智慧线”、“文化线”。其中“智慧线”要求省市县三级和多个领域共建共享的海岸带数字化平台全面建成，海洋灾害防御、近岸海域生态保护、便民服务等数据互取互用、开放便民。环杭州湾全段和浙东重点段建设更高要求的智慧海塘。

数字孪生技术是构建智慧海塘的关键使能技术。海塘工程具有线路长、投资规模大、建设周期长、风险性高、隐蔽性强、施工环境复杂等特点，传统项目管理模式和技术手段难以满足现代水利工程信息化发展的需求，造成数据孤立化、信息孤岛化、模型多元化、应用离散化等突出问题，迫切需要研究和利用新的信息技术，推动智慧建造，提升智能化管理水平。数字孪生作为实现数字化转型和促进智能化升级的重要技术，在工业产品研发制造、电力系统、智慧城市等领域建立了相对成熟的理论技术体系，并已逐步走向实用阶段。

当前对“什么是数字孪生”，不同领域、不同学科、不同专业的专家学者存在不同的认知和理解，尚未形成一个统一的、共识的数字孪生定义[1]。科学计量学方法可以从宏观、中观、微观各个层面来揭示一个领域或者学科、主题发展的概貌，进而能够从各个角度全面地审视一个学科的结构和研究热点、重点等信息。本课题采用动态科学文献分析工具CiteSpace，构建数字孪生研究知识图谱。从文献发表的时间分布、研究学者、研究机构和高频关键词分布等不同维度进行统计分析。

1数据来源及研究方法

1.1 数据来源

中国知网（CNKI）是我国收录最多的综合性科研文献数据库，涵盖自然科学、社会科学、工程技术、教育管理等各研究领域文献。本课题在CNKI文献库中以“数字孪生”为主题进行检索，限定期刊范围为SCI、EI、核心期刊、CSSCI和CSCD期刊，获得相关文献1054条。

1.2 研究方法

采用动态科学文献分析工具CiteSpace，对检索到的文献进行可视化分析，挖掘当前数字孪生领域的研究热点、动态和趋势。

2发文量统计分析

发文量变化反映某领域在不同阶段内的热度变化以及学术发展的基本概况。从发表的文献数量分析，整体上呈增长趋势，如图1所示（数据来源CNKI数据库，截止时间2022年12月31日）。国内最早开始于2017年，2017～2019年发表的数字孪生论文较少，处于萌芽阶段。2020～2022年数字孪生文献发表数量进入快速增长期，2020年发表119篇，2021年发表320篇，2022年发表512篇，研究热度较前一时期有所提升，究其原因与该阶段推出的政策与战略密不可分，预计在未来几年，数字孪生论文发表数量还将呈增长趋势。

图1  数字孪生文献数量累计图

3研究机构合作网络可视化图谱分析

如图2所示，节点大小表示研究机构的发文量，越大表示发表论文越多，节点连线表明研究机构间存在合作关系。在学术刊物上发表论文的数量在一定程度上能反映一个机构在相应领域的研究实力和影响力。经统计，论文数量高于10篇的研究机构有北京航空航天大学、西安科技大学、北京理工大学、东南大学、中国电力科学研究院有限公司和山东大学，并各自形成了以自身为中心的局部合作网络。

从学术刊物上发表论文角度分析，一般是高校学术界占主体，而企业发表学术论文的积极性和比例往往不高。如图3所示，研究机构中高校依然占主体地位，但较多的企业也开展了数字孪生应用研究，并在学术刊物上发表论文。论文数量高于5篇的企业有中国电力科学研究院有限公司、长江勘测规划设计研究院有限责任公司和上海航天设备制造总厂有限公司。企业与高校间的合作较为紧密，形成了良好的产学研生态体系。

图2 机构合作网络知识图谱

4研究领域分析

如图3所示（数据来源CNKI数据库，截止时间2022年12月31日），出版数字孪生文章最多刊物是《计算机集成制造系统》，论文数量159篇，占比22.3%。《计算机集成制造系统》是我国先进制造领域的中文期刊，聚焦国内外先进制造技术研究、开发和应用，推动和促进中国先进制造的发展，主要收录了数字孪生车间、数字孪生及其应用探索、数字孪生装备和数字孪生卫星等方面的文献；排名第二的是《系统仿真学报》主要收录了数字工程建模仿真、虚实融合技术、智慧仿真设计等方面的研究文献；排名第三的是《机械工程学报》，主要收录机械领域的复杂产品设计及智能服务、智能装配技术等方面的研究文献。

从发表数字孪生文章的期刊分布来分析，当前我国在制造领域开展了较多的应用探索和落地实践，但在计算机、机械、远程教育、水利、建筑等多个研究领域也开展了相关研究。

图3 数字孪生论文期刊分布统计分析

5研究热点分析

关键词反映了某一研究领域的关注点，通过CiteSpace的关键词共现和聚类分析能够体现该领域的研究热点和形成的知识结构。本课题采用CiteSpace软件，设置时间参数为2017-2022年，选择每1年作为一个时间片区，设置节点类型为Keyword，绘制关键词共现知识图谱，如图4所示（数据来源CNKI）。

从统计结果来看，数字孪生与“人工智能”（出现频次45次）、“物联网”（出现频次25次）、“大数据”（出现频次21次）、 “虚拟现实”（出现频次17次）和“深度学习”（出现频次9次）等新一代信息技术（New IT）联系紧密，数字孪生与New IT的深度集成和融合，将促进元宇宙、智能制造、智慧城市、智能建造、智能运维和智慧水利等相关领域的发展。

图4 关键词共现知识图谱

6结语

本文采用动态科学文献分析工具CiteSpace，构建了合作作者和机构共现知识图谱、关键词共现知识图谱和关键词聚类知识图谱，从不同维度对数字孪生文献进行可视化分析，挖掘当前数字孪生知识体系的内在逻辑及其研究热点、动态和趋势。文章内容难免有不妥当之处，恳请国内外专家和同行批评指正。

参考文献

[1]陶飞, 张贺, 戚庆林等. 数字孪生十问：分析与思考[J]. 计算机集成制造系统, 2020, 26(1): 1-17.