国内船舶碰撞事故科研产出及主题趋势挖掘

李　杰，康与涛，陈伟炯，胡甚平

(1.上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306；2. 上海海事大学 安全科技趋势研究中心，上海 201306；3. 上海海事大学 商船学院，上海 201306)

0　引言

船舶碰撞是船体在航行中发生的意外事故。常见的对船舶碰撞的研究主要集中在微观层面上，例如对特定碰撞后果、责任以及事故预防等问题的分析。这些常规的研究，在解决船舶避碰上发挥了重要的作用，也不断推动着特定主题船舶避碰研究的不断发展。当一个研究领域积累了大量的研究成果后，很有必要对该领域的研究成果进行系统性的概括或者综述。一方面通过这种系统性的综述能够让专业领域的学者从比较宏观的角度认识该领域的全貌，另一方面有助于刚刚进入该领域的学者快速了解该领域研究整体。在与船舶碰撞(包括避碰)的研究中，早期已经有大量学者使用传统的研究综述方法对该研究领域进行了相关的分析。2000年王自力和顾永宁发表了《船舶碰撞研究的现状和趋势》，对国内外关于船舶研究历史、现状以及研究方法进行了系统性分析，认为对船舶碰撞的研究方法主要可以总结为3种：统计分析方法、试验研究方法、基于船舶碰撞力学的数值计算方法[1]，并给出了比较微观的船舶碰撞的研究趋势；此后，又有一批学者从船舶碰撞和搁浅、碰撞机理与耐撞性结构设计等方面进行了综述研究[2-5]。随着社会经济技术的发展，以及船舶碰撞研究的不断深入，国内在船舶碰撞方面的研究已经积累了包含会议论文、期刊论文以及硕博论文在内的大量研究成果。当前这些研究成果比较分散地分布在各个期刊，出版物以及网络中。

通过常规的综述研究很难俯瞰国内船舶碰撞研究的全貌。在计算机、数据库以及信息可视化技术的背景下，科学知识图谱的研究方法为该方面的研究提供了可能。近些年来，使用科学知识图谱的研究方法来探究学科发展状况、研究前沿、研究热点以及系统综述等方面已经有了广泛的应用[6-8]。鉴于此，本文基于中国知网收录的关于船舶碰撞的数据，使用科学计量与知识图谱的方法来对国内船舶碰撞的研究进行系统性梳理，以期全面认识国内船舶碰撞的研究现状以及主题趋势，为我国船舶碰撞的研究提供帮助。

1　数据与方法

中国知网的科技论文数据是最大的中文科技论文数据库，该数据库中不仅包含了科技期刊论文数据，而且还收录了全国相关单位的硕博士论文数据。使用中国知网的数据能够全面地了解和分析某一特定领域的研究状况，为此本研究的数据选择中国知网为数据源，于2017年1月4日从中国知网中以主题=船舶碰撞 or 主题 = 船舶避碰 and (精确匹配) 检索得到了1957—2016年的1 620篇文献类型为期刊论文的文献。学位论文的检索共得到了2000—2016年的38篇博士论文，468篇硕士论文。

本文使用科学计量的方法和知识图谱的技术对采集的文本数据进行分析。科学知识图谱以大量的科技论文为原始材料，依托科学计量学以及数据可视化原理和方法，能够将某一领域的科学知识之间的关联以可视化的方式呈现出来，能够有效地帮助学科领域学者认识学科地貌。使用科学知识图谱领域的知名文本挖掘及可视化软件CiteSpace 5.0 R1-SE[9-10]，对文本的研究力量的分布及合作，高频主题及其共现网络进行分析。该科技文本挖掘及可视化软件是由美国德雷塞尔大学陈超美教授基于JAVA开发，该软件对科技文本数据可以进行多元、分时、动态的可视化分析。通过巧妙的可视化设计，能直观地展现某一学科领域的整体现状甚至演进趋势。自2004年对外免费开放以来，该软件已经广泛地应用于学术论文、研究报告、基金申报、科研立项、项目开题等方面。迄今为止在国内已经有上前篇的期刊论文和上百篇的学位论文使用了CiteSpace进行研究。

2　研究结果

2.1　船舶碰撞产出时间分布

图1　船舶碰撞论文的产出Fig.1　Research outputs of Ship Collision

从整个时间趋势上来看(图 1(a))，国内船舶碰撞研究的从1975—1990年属于研究的萌芽期，该阶段研究在国内关注较少。1991—1999年，该阶段论文产出有稳步的增长。2000—2010 年属于研究的快速增长期，该阶段的论文是出现了整个研究阶段峰值。2007，2008，2010年的年产论文达到了100篇。关于船舶碰撞的学科主要分布在船舶工业(680篇)、公路与水路运输(427篇)、安全科学与灾害防治(228篇)、经济法(214篇)、国际法(122篇)等领域。这些研究成果受到了国家自然科学基金(72篇)、高等学校博士学科点专项科研基金(13篇)、福建省自然科学基金(11篇)、国防科技技术预先研究基金(9篇)、福建省教委科研基金(8篇)、湖北省自然科学基金(7篇)、国家社会科学基金(7篇)、国家高技术研究发展计划(6篇)等国家或者省部级基金的支持。

学位论文的时序分布上在2012年和2013年出现了峰值(图 1(b))。在2000—2011年船舶避碰研究的学位论文稳步上升，2012—2015年相对有所下降，但产量仍然处于较高水平。2016年该方面的学位论文降到了与2000年左右相近的水平，反映该方面的学位论文的急剧下降。从整体上来看，这种研究上升和下降的现象与科学研究的规律是一致的。在该研究的初步阶段，研究受关注度和论文的产出都比较少。随着该方面研究的加深，人才的得到了培养，逐渐使得培养的人才也加入到该行列中来培养新的人才，从而使得学位论文产出迅速增加。

2.2　船舶碰撞产出作者和机构分布

2.2.1学位论文机构分布

国内关于船舶碰撞研究的主要机构及学位论文的产出如表1。

从人才培养的单位来看，主要分布在大连海事大学(182篇)、武汉理工大学(61篇)、上海海事大学(51篇)、哈尔滨工程大学、上海交通大学、大连理工大学、中国海洋大学、江苏科技大学以及重庆交通大学等高校。在这些高校中大连海事大学一直在这方面持续地培养了大量的人才，先后182个硕士和博士从事该方面的研究并获得了学位。武汉理工大学从2002年开始截止到2014年培养了61名该方面的硕博生。上海海事大学在2001年开始培养了这方面的3名研究生，但2008年以后该方面的人才培养出现了断层。相比之下，哈尔滨工程大学、上海交通大学、大连理工大学、中国海洋大学等高校则近些年来有硕士或博士毕业。

表1　2000—2016年船舶碰撞研究学位论文产出的机构分布Table 1　Outputs of the ship collision theses in each institutions

2.2.2期刊论文机构和作者分布

国内船舶碰撞研究的作者-机构合作网络如图 2及其作者的合作网络如图 3。图中节点越大则，发表的论文越多。图中节点之间的连线代表作者之间的合作或作者隶属于某个机构。在合作上，船舶碰撞已经形成了一定规模的团队。从机构-作者的合作团队来看，分别由大连海事大学、上海交通大学、武汉理工大学以及上海海事大学为核心形成了一定的合作团队。国内的两大海事大学合作相对密切，但同在上海的上海海事大学和上海交通大学却尚未建立合作关系，而上海交通大学与大连海事大学却建立了合作关系。这反映了上海海事大学在船舶碰撞这块的研究与上海交通大学还是存在很大的区别的。同时也发现，武汉理工大学与上海海事大学有合作关系，而与大连海事大学在此研究中尚未建立合作关系。青岛远洋船员学院、华中理工大学、哈尔滨工程大学在此方面的研究相对独立，未与核心研究团队建立联系。

图2　船舶碰撞的作者-机构混合网络Fig.2　Authors-institutions hybrid network of ship collision

注：作者合作网络为排名前10的最大子网络，前面出现的部分作者虽然论文产出量多，但有些作者并没有与当前的最大子网络有联系。图3　船舶碰撞研究的作者合作的10个子团队Fig.3　Top10 research groups of ship collision research

单纯作者合作网络分析得到了若干核心作者的合作类团，分别形成了以大连海事大学吴兆麟等、上海海事大学刘宇宏、胡甚平等、集美大学李丽娜、杨神化、上海交通大学王自力等、国防科技大学管理科学与工程系施平安等为核心的作者合作网络。在该方面的高产作者有吴兆麟(大连海事大学)、王自力、顾永宁(上海交通大学)、胡志强(上海交通大学)、贾传荧(大连海事大学)、姚杰(大连水产学院)以及李丽娜(集美大学)。国内比较早从事该方面研究的作者有魏文翰(发文时间1957年，未标明单位)[11]、陈国祝(发文时间1964年)[12]以及徐定康(发文时间1980年)[13]。

2.3　船舶碰撞主题趋势

2.3.1学位论文的主题

对2000—2016年的学位论文进行关键词的共现分析，得到的关键词共词聚类结果。从关键词的分布来看，硕博论文形成了船舶避碰的4大核心领域：船舶碰撞的自动识别系统研究、危险度分析和评价、碰撞结果的仿真以及损失碰撞责任和赔偿。网络中的高频关键词有船舶碰撞(79次)、AIS(自动识别系统，40次)、船舶避碰(36次)、数值仿真(27次)、碰撞危险度(19次)、损害赔偿(16次)、法律(13次)以及责任主体(12次)等主题，这些高频词也反映了国内博士论文在船舶避碰技术、信息处理、法律责任等方面的研究热点。在时区图 4，按照关键词首次出现时间，将不同的关键词放在了相同的时区中。越靠近左侧，则关键词首次出现时间越早。越靠近左侧，且词频高的关键词可以认为是该领域研究的经典关键词，这些关键词随着时间发展已经失去了在该领域的区分性。

从硕博论文关键词首次出现角度分析得出：

1)2000—2005年出现的经典主题有船舶碰撞、AIS、船舶避碰、数值仿真、碰撞危险度等船舶避碰技术研究，还有损害赔偿、法律适用以及责任主体等碰撞法律方面的研究。

2)2006—2010年出现的经典主题有撞击力、非线性有限元、动力响应、船桥碰撞、以及耐撞性等船舶工程方面等研究；目标检测、船撞桥等船舶信息方面等研究；还有由于海商法的发展，刑事责任逐步纳入船舶碰撞法方面。

3)2011—2016 年出现的主题集中在船舶工程方面。包含有结构损伤、撞击参数以及有限元分析，法律方面的成果集中在船舶油污损害、免责条款、海事赔偿责任限制、船舶登记、光船租赁等方面。该时间段出现的关于船舶避碰的研究主题同样也组成了该领域的前沿研究主题组。

2.3.2期刊论文的主题

提取并分析船舶碰撞研究方面期刊的高频关键词，并通过关键词与关键词之间的共现矩阵来对关键词进行类团划分。期刊论文所分析得到的高频关键词有船舶碰撞、船舶避碰、碰撞事故、船舶碰撞事故、碰撞危险、水路运输以及海事法院等方面。这些高频关键词组成了碰撞研究的经典关键词和核心主题。通过聚类结果将船舶碰撞的主题划分为碰撞方面的法律和责任、碰撞仿真研究、事故及其原因分析以及碰撞的识别和智能避碰等领域。进一步对期刊论文主题的分布以时区图进行可视化，如图 5。

1)1960年以就出现了船舶碰撞、碰撞危险、赔偿责任、法律适用以及船舶避碰等研究主题，随着时间发展这些主题已经成为该领域研究的经典主题。从整个时区上碰撞研究主题的演进来看，关于碰撞技术、法律以及事故分析等方面的研究是同时存在的。这些主题在整个时区，反映了相应时间碰撞研究的特点。

图5　船舶碰撞研究论文的主题趋势Fig.5　Research trends of ship collision articles

2)1980—1990年出现的经典研究主题有船舶碰撞事故、碰撞事故、海事法院、能见度不良、安全航速、责任限制、损害赔偿、侵权行为、船舶所有人、人为因素、避碰规则、海商法以及海事诉讼等主题。

3)1991—2000年出现的经典主题有水路运输、航行安全、碰撞责任、《海商法》、水上交通、专家系统、碰撞危险度、水上交通事故、结构损伤、海上保险、安全航行、赔偿责任限制、引航员、神经网络、民事诉讼法、民法通则以及数学模型。

4)2001—2010年出现的经典主题有AI、数值仿真、海事部门、油污损害、责任主体、海事局、VT(船舶交通)、船舶、舰船工程、船舶安全、海事赔偿责任限制、归责原则、连带责任以及海事调查。

5)2011—2015年的经典主题有数值模拟、舷侧结构、耐撞性、散货船、经营人、电子海图、撞击参数以及解析计算等方面与碰撞关联的主题。

3　结论

1)通过国内船舶碰撞科研产出的时间分布来看，我国在该方面的论文产出在整体上成增长趋势。在发展时间趋势上，先后经历了萌芽时期、缓慢增长期、快速增长和研究回落期。这些阶段反映了科学研究的一般规律，在经历一段时期的发展之后，该领域势必会遇到研究的放缓。科研工作者在选题上更加冷静，学科的问题也更加聚焦，研究成果的产出受到影响而使得产出速度变缓。表现在2010年以后，期刊论文在发文量上有一些回落。相比之下，学位论文的产出在2016年直接回落到了2002年左右的水平。

2)从论文机构和学者的产出与合作来看，关于船舶碰撞问题研究的主要机构来源于与航运直接相关的几所高校。包含了高产出学位论文的大连海事大学、武汉理工大学、上海海事大学、哈尔滨工程大学以及上海交通大学等机构以及包含了来自大连海事大学的吴兆麟、上海海事大学刘宏宇、集美大学李丽娜以及上海交通大学王自力等知名学者团队。在合作上，船舶碰撞已经形成了一定规模的团队，但合作单位合作上的密度还有待进一步加强。

3)从主题的挖掘结果来看，硕博论文的研究先后经历了船舶避碰、碰撞危险度、责任主体等主体，目前已经逐渐过渡到对碰撞后结构损伤、撞击参数、耐撞性等更加微观的研究上。当然，在新时期，仍然保留了对一些经典主题分析。例如，随着国际海事组织相关法律法规的更新，国内也会相应出现论文以及对我国《海商法》进行补充和完善。

4)当前的船舶碰撞的研究已经从各个方面来看相对成熟，从涉及的主题来看包含了文、理、工、法、管等学科。在今后的研究中，需要进一步深化跨学科研究，使得船舶碰撞的研究能够更加体系化。特别地，从当前的主题来看，关于大数据、物联网等新兴技术在船舶碰撞研究中还很少或几乎没有，今后需要在新技术和方法的使用上加以突破。

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