安全疏散中ICT技术应用研究脉络与热点分析*

梁本部，谢科范

(武汉理工大学 管理学院，湖北 武汉 430070)

0 引言

自人类进入信息社会以来，以计算机和微电子技术为代表的信息通信技术(Information and Communication Technology，ICT)实现了长足发展，人类社会实现了高度信息化。随着大数据、云计算、人工智能、虚拟现实等新技术的快速发展，ICT技术内涵日益丰富、应用持续拓展、规模迅速扩张，引发了全社会、全行业、全学科的深刻变革，对社会福利、经济增长和国家安全产生了长远影响[1]。ICT技术在发生深远变革的同时，也为公共安全、风险预控等领域带来新的变化，其在安全疏散中的关键性作用日益凸显，成为当前理论研究和社会实践的热点[2]。

ICT技术即信息通信技术，是信息技术与通信技术相互交叉融合而形成的一个新概念和新技术范畴[3]，以下一代网络、物联网、大数据、云计算、人工智能、移动互联网、智能终端等为技术代表。ICT技术作为信息通信的核心支撑[4]，能够为安全疏散提供更为广泛的服务、更为即时的沟通和更为有效的疏散方案。在以往学者对安全疏散的研究中，更多地聚焦于疏散行为的建模和仿真，或专注于某项ICT技术在安全疏散中应用的研究，或只是对中国安全疏散研究进行知识图谱概括[5]，而较少有学者总结归纳ICT技术在疏散领域的应用。 Stephens等[6]通过建立模型发现，ICT技术的应用不仅能够拓宽疏散信息范围、提升疏散效率，同时能够大大加速行人在疏散中的决策进程。人群监控技术的出现，可以监测人群的移动、位置和群体行为，常常用于人群密集区域和实时监控[7]。移动电话的普及，为提升人群踩踏预测和拥挤估计的准确度提供了便利[8]，手机数据与定位技术相结合，能够优化大规模人群疏散行为决策，而物联网与传感器网络的使用可以为人群疏散提供更精准的定位和疏散预警[9]。运用大数据分析、机器学习等新ICT技术手段，构建城市公共安全和安全疏散应急仿真平台，从而实现从“经验驱动”向“数据驱动”决策模式转变[10]。

有效信息是影响安全疏散的关键，信息通信在安全疏散中扮演着重要角色[11]。一般而言，可以将突发事件的信息来源划分为个体信息源、组织信息源和新闻机构信息源3个方面[12]。网络技术和无线传感器可以优化上述信息源，并进行智能疏散规划，通过广泛布置温度、气体等传感器和监控设备，将传感器收集的信息上传到云支持的模拟器中进行优化计算，然后将疏散建议下载到持有移动设备终端的行人中，或者通过疏散节点的广播、LED指示等方式，对人群安全疏散进行指导[13]。

从社会实践视角，ICT技术为安全疏散带来了重要的技术支撑。但从理论构建视角，现有文献尚缺乏对ICT技术与安全疏散研究现状、演进和启示的计量分析。本文拟借助文献计量分析软件CiteSpace V，综合使用科学计量学、复杂网络科学、数据挖掘等研究方法，基于共引理论和寻径网络算法，建立Web of Science 核心数据库中ICT技术在安全疏散中的应用研究文献知识图谱，综合分析ICT技术在人群疏散中应用现状和研究前沿，明确相关研究的演进路径和发展趋势，为ICT技术在安全疏散中的深入应用和发展提供建议。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

借助Web of Science核心合集数据库(包括SCI,SSCI,CPCI-S,CPCI-SSH这4个子数据库)高级检索方式，通过专业领域主题词表、《汉语主题词表》、MeSH主题词列表，并参考相关文献和咨询领域专家，限定检索主题。考虑到ICT技术的发展历史和研究时效性，检索时间跨度为2000—2018年，检索的文献类型主要包括Article，Proceeding papers和Review，共发现639篇文献。通过去除不相关学科文献等精炼操作，导出全文题录，最终共获得399条研究文献。

1.2 研究方法

引文空间着眼于研究科学分析中蕴含的潜在知识，是在科学计量学、数据可视化背景下发展起来的引文可视化分析方法。由于是借助可视化的手段来呈现科学知识结构、规律和分布情况，因此也将通过此类方法分析得到的可视化图形称为“科学知识图谱”。科学知识图谱是以知识域为研究对象，显示科学知识的发展进程与结构关系的一种图像[14]。本文采用CiteSpace V可视化软件，通过对文献数据信息的相关性分析和处理，研究ICT技术在安全疏散中的研究前沿及应用趋势与知识基础的关系，发现不同研究前沿的内在联系。通过对研究文献的可视化，能够清晰直观地辨识学科前沿的关键演化路径和学科领域的关键节点。

2 研究主题与文献分布

2.1 时空分布

ICT技术在人群疏散中应用的相关文献呈现递增趋势，尤其是2011年以来，发文数量激增，说明随着ICT技术的迅猛发展，特别是新技术的涌现，学术界相关研究也更加聚焦，发文量年度分布如图1所示。

图1 发文量年度分布Fig.1 Annual distribution of number of published papers

21世纪以来，应用ICT技术研究人群疏散大致可以分为3个发展阶段：2000—2007年为低潮期，相关研究较为零散，年均发文量仅为4篇，主要关注ICT技术应用构架设想；2008—2011年为增长期，随着ICT技术的日趋成熟，ICT技术的应用研究开始升温，研究成果呈现增长态势，年均发文量14篇；2012—2018年为爆发期，此时ICT理论和技术得到推广，在人群疏散领域的应用日趋成熟，研究成果爆发式增长，年均发文量达45篇，这与现实中ICT技术与人群疏散结合的应用实际相符合。

从发文国家来看，相关研究主要集中在美国、日本、英国和德国等发达国家和中国。美国工程技术领先，有很多ICT技术的原创研究，与人群疏散的结合较为紧密，发文量占比20.3%。此外，英国、德国等欧洲国家也是ICT技术研究的主导力量，在人群疏散中的应用水平较高，发文量占比20%。紧随其后的是中国、日本等东亚国家，二者发文占比分别为18.3%和16.29%。

2.2 作者统计与合作网络

通过发文合作统计可以分析ICT技术在人群疏散应用研究中的代表性研究学者[15]。图2展示了2000—2018年发文量≥4篇的核心作者分布情况。相关研究的核心作者合作网络整体上呈现块状分布，包含3个主要合作版块：①以英国伦敦帝国理工学院Erol Gelenbe教授为核心的研究团队，该学者发文量达12篇，是研究成果最多的学者；②以来自台湾的Cheng Shengtzong教授为重要节点的研究版块，专注于ICT技术、无线网络技术等领域，该版块核心作者发文总量为23篇；③以来自日本的Shigeki Yamada教授为重要节点的研究版块，该团队大部分来自日本国立情报研究所，聚焦于移动通信、移动网络、网络仿真等方面，发文量为13篇。来自中国清华大学的Jia Qingshan发文量达到6篇，但跟上述3个主要版块没有交集，中心性较低。这也说明，虽然中国发文量排名第二，但中国学者与国际研究机构的合作有限，尚未形成研究集群。

图2 主要作者合作网络知识图谱Fig.2 Knowledge map of lead author collaborative network

2.3 研究主题共现分析

关键词作为文章核心内容的体现，通过关键词共现能够有效反应研究主题。以关键词为网络节点绘制ICT技术应用人群疏散研究知识图谱如图3所示。由图3可以看出，关键词共现主要分布在无线传感器网络、疏散、仿真和模型等方面，共现频次均超过20。其中“无线传感网络”和“疏散”的共现频次超过了40，是该研究的热点和聚焦点，也同其他研究主题存在着较高相关关系。在关键词“疏散”节点连线中，与无线传感网络、导航、传感器、物联网、模型等紧密相连，表明相关ICT技术在人群疏散中的应用较为广泛。作为ICT技术应用于人群疏散最为普遍的无线传感网络技术，可以用来进行环境危险检测，保证建筑物疏散和相关资源的数据安全及时地传递，从而帮助人们在紧急情况下安全快速地逃离危险区域[16]。

图3 关键词共现网络Fig.3 Co-occurrence network of key words

3 研究演进与科研网络

3.1 作者共被引分析

科学文献并非孤立，其相互引证反映了科学发展规律，不同学科领域、不同科研团队的交叉渗透，体现了知识的连续性、累积性和继承性，而且引文网络的疏密也能够反映引文分布的客观规律[17]。对文献作者共被引分析，聚类点类型选择Cite Author，阈值选择TOP 15，时间切片为每年，连接算法采用默认的Cosine算法，得到论文作者共被引图谱如图4所示。从图4可以看出，社会力模型的开创者，著名的德国科学家Dirk Helbing以引用频次25次位居榜首，从连线情况可以发现，Dirk Helbing的研究工作[18]被各国学者广泛引用，并引发了一系列连锁效应，促进了该学科的长久发展，对ICT技术在人群疏散中的应用做出了开创性贡献，其对推动人群疏散和ICT技术研究起到显著作用。除Dirk Helbing教授以外，上文提到的3个合作网络版块的重要节点作者，也都是该领域的高被引学者。

3.2 期刊共被引分析

学术期刊是科学文献发表和传播的重要平台，通过期刊共被引分析，可以直观看出ICT技术在人群疏散研究中的期刊偏好和影响力[19]。按照研究的不同时期，对期刊共被引情况进行图层叠加，得到低潮期(2000—2007年)、发展期(2008—2011年)和爆发期(2012—2018年)的期刊共被引知识图谱如图5所示。整体来看，相关研究的科技论文主要集中在自然科学类期刊上发表，其中Lecture Notes in Engineering and Computer Science，IEEE Communications Magazine，Fire Safety Journal，COMPUTER，PLoS One等被引用量均超过20，上述期刊都是各自领域的顶级期刊，刊发的学术成果受到学术界的关注。除此之外，像Safety Science等安全科学领域的专业期刊也受到大量关注，其学术研究更为聚焦，更容易受到研究领域同行的关注。从文献共被引的发展时期来看，在研究初期(低潮期和发展期)，文献更多地集中在综合类、跨学科期刊上(如PLoS One，Nature)，随着ICT技术逐渐成熟，刊发相关研究的文献逐年递增，并向专业期刊拓展，研究成果越来越多地发表在计算机科学与技术等专业期刊上，表明ICT技术对人群疏散的研究从理论到实践，再从实践到理论的融合发展。

图4 作者共被引网络Fig.4 Co-cited network of authors

图5 期刊共被引网络Fig.5 Co-cited network of journals

3.3 学科领域分析

图6 学科聚类分析Fig.6 Cluster analysis of discipline

学科的发展离不开交叉，或是理论方法的交叉，或是实践应用上的结合。ICT技术的广泛使用，得益于工程科学、计算机科学、交通科学等学科领域的快速发展[20]。通过对科学文献学科领域进行分类，得到学科领域聚类知识图谱如图6所示。由图6可以直观看出，ICT技术应用在人群疏散研究中各个学科的分布情况。首先，ICT技术作为第三次工业革命的产物，是工程技术领域的重要创新，促进了人类信息通信的巨大飞跃，尤其是无线传感网络技术、物联网的应用，为应急疏散中持续的环境监测和可靠的数据传输提供了重要保障[21]。其次，ICT技术的核心是信息和通信技术[22]，离不开计算机和互联网技术的创新，近年来人工智能、大数据、物联网、虚拟现实和仿真技术的异军突起，为ICT技术的应用提供了新动力。当然，ICT技术在人群疏散的应用，也离不开相关火灾科学、交通科学和心理科学等众多学科的交叉。在建筑火灾中，无论是居民还是消防员都面临着如何从火场中安全撤离的问题，通过整合物联网、建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)和火灾动态模拟(Fire Dynamics Simulator,FDS)等ICT技术，能够实现实时监测火情，并智能模拟和制定安全疏散路线[23]。在交通疏散领域，车载物联网、无线射频技术[24]、地理信息系统[25]等ICT技术，大大促进了智能交通疏散发展。大数据[26]、虚拟现实[27]、众包技术等ICT技术的出现，使得人们开始能够大规模和准确地对疏散情境下人类心理与社会行为进行量化和分析。近年来，借助手机数据(短信、邮件等)、社交媒体(推特、微博等)、网络社区(贴吧、论坛等)[28]等对人类疏散行为模型的分析开始涌现，对于完善应急疏散与协调、智能决策方法，提升安全疏散前后心理与行为干预等核心疏散能力具有重要的现实意义。

4 研究热点与前沿态势

4.1 关键词突现探测分析

突现词探测可以识别在某一时间段出现频次突然增加的关键词，通过对不同时期突现词进行梳理，有助于掌握该领域不同时间研究热点和演化趋势[29]。通过对以Key Word为节点，在可视化视图中选择关键词突现，选择排名前12的突现词(见表1)。结合年份切片，对不同时期研究热点进行排列分析，发现在2005年之前，突现词较多是基于互联网、信息系统、交通信息、交通疏散和安全信息，表明在研究初期，ICT技术更多是基于互联网和信息系统聚焦交通疏散，在这一时期，基于互联网和交通疏散的突现强度较高，体现了这一时期国际学者的关注热点。到了研究发展期，导航系统和建筑疏散开始突现，导航系统的突现强度在2011年达到8.28，学术界开始借助导航系统来进行人群疏散的指导。到研究爆发期，无线传感器网络和移动设备开始凸显，突现强度分别达到9.59和7.18，其中无线传感网络成为新时期突现热词代表，表明这一时期借助无线传感网络和移动设备，对高层建筑[29]、建筑火灾疏散[30]等较为关注，这也是当今研究的热点和前沿。

表1 关键词突现探测Table 1 Detection of key words emergence

4.2 施引文献关键词突现聚类分析

基础知识是共被引文献，研究前沿是共被引文献的施引文献，CiteSpace中知识基础的聚类命名是通过从施引文献中提取的名词性术语来确定，这个命名可以认为是研究的前沿领域。一个学科的研究前沿表现为涌现的施引文献群组，具体来说，研究前沿是由形成文献共被引矩阵中的文献和施引文献中使用的突现词的聚类体现的。因此，还可以通过对ICT技术在人群疏散应用研究关键词的突现聚类来确定该领域的研究前沿。

在CiteSpace中，节点类型选择Key Word，并选主题突现，阈值调谐将g-index设定为5，其他属性选择默认值，以时间线和关键词方式显示，得到研究前沿知识图谱如图7所示。从时间表征的研究前沿知识图谱可以确定，ICT技术对于人群疏散的应用研究前沿主要集中在9个领域：Cyber-physical system(#0)，Navigation(#1)，Evacuation drill(#2)，Subway station(#3)，Disaster resilience(#4)，Cloud computing(#5)，Emergency situation(#6)，Building evacuation(#7)和Park(#8)。无论是从突现词探测还是施引文献突现词聚类，发现导航系统[31]、建筑疏散均成为了热点，这得益于近些年导航设备、传感器器件、计算机等硬件设施制造技术的成熟，同时得益于路径优化、仿真建模、云计算等算法和相关软件的开发运用，ICT技术同人群疏散结合更为紧密、更加集成，应用更为广泛、更加系统。ICT技术的软硬件开发设计仍然是今后研究的重点。除此之外，对人群疏散的研究，还要依赖于外部环境等客观因素，因此对疏散演习[32]、灾害救援[33]、紧急情况等外部环境因素的研究也应成为今后研究的前沿，且地铁站、公园等公共场所成为研究人群疏散的热点对象。

图7 施引文献关键词突现聚类分析Fig.7 Cluster analysis of key words emergence in citing articles

5 结论

1)通过对科学文献的时空分布分析，发现ICT技术在人群疏散中的应用研究受到全世界学者关注，尤其以美国、日本、英国和德国等发达国家和中国为引领，根据发文数量，将研究划分为低潮期(2000—2007年)、发展期(2008—2011年)和爆发期(2012—2018年)3个阶段。通过对关键词进行共现分析，发现“无线传感网络”、“模型”、“仿真”和“导航”为热点主题，表明人群疏散研究的主要研究方法和应用技术较为集中。

2)通过对科研演进和科研网络的梳理和分析，总结出ICT技术在人群疏散应用研究领域的知名学者以及重要期刊共被引情况，同时梳理了该领域学科交叉情况，发现了该领域存在3大科研版块。梳理和总结了核心性期刊，明晰了ICT技术在人群疏散应用研究的演进路径，发现其与工程科学、计算机科学、信息工程等学科进行交叉融合，并影响了ICT技术在人群疏散应用研究中的各个环节和层面。

3)通过以关键词突现探测和聚类分析为主的研究热点和研究前沿分析，发现ICT技术在人群疏散中的应用研究在各个发展时期具有不同主题突现，当前研究热点聚类集中在无线传感网络、建筑疏散、导航系统等前沿问题，通过对前沿关键文献的详细研究，能够掌握ICT技术在人群疏散应用研究的未来趋势。