基于Citespace的农业物联网研究知识图谱分析

汪敏，江朝晖2*

(1 安徽农业大学 信息与计算机学院，安徽 合肥 230036；2 安徽省智慧农业技术与装备重点实验室，安徽 合肥 230036)

随着信息技术和计算机网络技术的发展，农业物联网已经走进了农业生产的各个领域，极大地推进了我国农业现代化进程[1]。物联网技术在应用需求上最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域是农业，它是整个物联网发展的重要部分[2]。因此，农业物联网成为热点，受到广泛关注。目前，国内关于农业物联网已有的研究主要包括发展现状、发展对策、关键技术和体系结构等，而对当前农业物联网研究热点、研究作者以及研究机构进行分析的文献数量则相对较少。本文尝试利用文献计量方法进行量化分析，借助知识图谱分析农业物联网的研究现状，对当前农业物联网研究机构、研究热点和研究主题进行系统的探索，以期为农业物联网今后深入的研究提供更全、更新的信息资料，为研究者准确把握该领域的研究进展提供理论参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

本文借助Citespace计量工具进行知识图谱分析。Citespace是美籍华裔学者陈超美博士与大连理工大学的WISE实验室联合开发的一款科学文献数据挖掘和可视化分析软件[3]。该软件主要是对关键词、主题、作者、机构、被引文献、被引作者、被引期刊等学科信息的抽取和分析，对特定领域文献进行计量，以探寻出学科领域演化的关键路径及知识转折点。Citespace在情报学、图书馆学、信息与知识传播、经济学、社会学等诸多领域的应用日益普及。本文采用了5.0.R6版本的CNKI数据分析板块对数据进行处理。此外，还运用了Origin函数绘图软件和知网计量可视化分析功能对作者、机构以及发文年代进行统计分析。

1.2 数据来源

本研究数据来源于中国学术期刊出版总库(CNKI总库)，选择其中的中文核心期刊和CSSCI来源期刊为数据样本，以更好地反映农业物联网领域的研究进展。在进行农业物联网研究分析时，采用高级检索方法，以“农业物联网”为主题词，选择时间为2000～2018进行检索，共得到1135篇文献。

2 结果分析

2.1 农业物联网研究关键词分析

2.1.1 关键词共现分析 通过使用Citespace对研究对象的关键词进行分析，将CNKI上经搜索筛选得到的文献以Refworks格式导出，并将其导入Citespace软件，节点设置类型为关键词(Keyword)，设置时间跨度为2000～2018年，单个时间分区长度为1，建立new project时，设置Link Retaining Factor的参数为2，e for TopN的参数为2.0，Percentage of Nodes to Lavel的参数为5.0。将阈值(Thresholds)参数c，cc，ccv分别设置为(2，2，20)(4，3，20)(4，3，20)，网络裁剪(Pruning)选择“Pruning sliced networks”+“Minimum Spanning Tree”，得到如图1所示的农业物联网研究关键词共现图谱，并将高频关键词进行统计，按照关键词的频次进行排名(如表1所示)，关键词字体越大则在文献中出现频次越高；不同关键词之间线条的粗细与共现程度成正比，共现程度越高，连接线条越粗。结合图1和表1分析可知，除了农业物联网、物联网、农业物联网技术和物联网技术等自身关键词外，排名靠前的三个关键词分别是农业信息化、现代农业和智慧农业，说明农业物联网是实现上述目标的核心手段。

同时还将关键词进行中心度排名(如表2所示)。通过对表1和表2的综合分析，可以发现两个表格中的关键词存在一定差异的同时也显现了较高的雷同性，关键词“劳动力”的出现说明了农业物联网的发展使得劳动力在一定程度上得到解放，从2014～2017年的农业大数据分析说明，早期掌握大量农业数据后需要做的是将数据进行分析，最大化的开发数据资料的功能，为农业的发展提供合理的解决方案和计划。由表1可知频次越高的关键词出现的年份越早，其发展也越成熟，但其技术或理念就相对陈旧，所以进行最新研究要关注频次较少的关键词，因为其中往往会出现该领域的最新动态、未来发展方向以及前沿热点。

图1 2000～2018年农业物联网研究关键词共现图谱

表1 2000～2018年农业物联网研究中频次排名前20位的关键词

表2 2000～2018年农业物联网研究中介中心度排名前20位的关键词

2.1.2 关键词聚类分析 关键词聚类分析结果显示，共有10个聚类，选取其中前9个得到图2。由图2知，#0聚类：农产品质量安全，食品安全关系到每个人的身体健康和生命安全，是重大的、基本的民生问题，农业物联网为解决这个问题发挥了巨大作用。根据物联网体系架构中感知层的功能定位，利用物联网技术，可以实现对物体的唯一标识和数据记录，有效地标识和记录整个食品供应链中食品名称及其属性信息、参与方信息等。#1聚类：传感器节点，物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，通过电脑或手机平台对监测参数进行分析，实现精细管理和节能减排，传感器节点是农业物联网的技术关键。#4聚类：设施农业，我国提出“感知中国”的物联网发展战略，“设施农业物联网”是其中至关重要的应用[4]。由关键词和关键词聚类分析可知，不同阶段农业物联网研究领域研究重点不同，到目前为止还未形成一个普遍持续的研究热点。

图2 2000～2018年农业物联网研究关键词分析timeline视图

2.2 作者分析

2.2.1 作者基本情况 利用知网计量可视化分析统计得出排名前10的高产作者、发文量及其所在单位(见表3)，排名前两位的作者均来自于浙江大学，排名前10位作者中有4位来自湖南农业大学，由普莱斯定律[5]可知，发文量要在3篇以上才能成为核心作者，排名前十位作者均属于核心作者。核心作者是对某一研究领域的发展具有较大贡献的主要研究者，通过参考分析他们的论文，可以快速把握该领域的研究热点和未来的发展趋势。

2.2.2 作者合作网络 科学合作就是研究学者为研究新的科学知识而在一起工作，本研究中作者合作是指如果在一篇论文中同时出现不同的作者，就认为作者之间存在合作关系。通过作者网络共现分析，能够了解该研究领域中作者之间的合作强度和互引关系[6]。把节点类型设置成作者(Author)，通过Citespace得到了农业物联网研究分析的作者共现图谱。图中作者名字的字号越大，作者的发文量越多[7]。图3显示了作者合作网络子图，从图3(a)可以看出，由黄友土为首，赵华、高蕊、管帮富、熊倩华、时黛等10人组成了最大的研究团队，该团队来自江西省农业信息中心，其次是由刘振华、杨倩倩以及侯金波三人组成的研究团队。值得一提的是图3(d)聂鹏程、何勇研究团队，结合表3可知，两人均来自浙江大学，且两人的发文量较大，可以看出该团队在农业物联网研究领域中具有一定的权威性和影响力，也说明团队合作的重要性。

表3 2000～2018年农业物联网研究作者及其机构分布

图3 2000～2018年农业物联网研究作者合作网络之典型子网络

2.3 机构分析

探究农业物联网分析机构的合作，其目的是为了解该领域核心机构、机构合作情况。将2000～2018年所有文献的署名研究机构进行分析，利用Citespace设置节点类型为机构(Institution)，其他设置同上，机构字体的大小与发文量成正比，节点间的连线及粗细代表机构间的合作关系及合作次数[8]。

图4 2000～2018年农业物联网研究机构共现图谱

综合图4和图5分析可知，湖南农业大学的发文量最多，说明该校在此研究领域的研究力度大，研究成果多，同时湖南农业大学，浙江大学以及中国农业大学的发文量累计加起来占总数的50%以上，表明高校在该领域中做出了较大贡献，通过图4零星的几个合作网络反映出各机构合作较少，大多数机构还处于相对独立的状态，这就会使得该研究领域内作者与作者、团队与团队之间的联系并不紧密，合作也不够强，最后极有可能造成研究内容的重复。其中有两个较大的研究团队，分别是以湖南农业大学信息科学技术学院为主的研究团队和以中国农业大学信息与电气工程学院和国家农业信息化工程技术研究中心为核心形成的团队。由图5可以看出，排名在第三名的研究机构发文量与后面的研究机构的发文量差距较大，侧面反映出各机构研究水平具有一定差异，发文数量低下也说明我国目前在该领域的研究还不够，还需要继续深入探索。

图5 2000～2018年农业物联网研究机构分布

2.4 文献来源分析

分析农业物联网研究领域发文期刊的分布情况，有助于了解该领域的核心期刊群，为学者搜集资料或选择成果发表平台提供参考[9]。分别统计各期刊的载文数量，表4给出了2000～2018年农业物联网研究载文量排名前20的期刊，其中期刊《农业工程技术》的载文量远超过其他期刊，排名第一，载文量高达70篇，农业物联网研究相关文献主要发表在该期刊的“温室园艺”专辑中。其次是《农业网络信息》，载文量28篇，《江苏农业经济》，载文量19篇。其中《江苏农业科学》和《中国农业科技导报》是核心期刊，所发期刊的文献在一定程度上代表了农业物联网研究中的重点问题。

表4 2000～2018年农业物联网研究文献来源分布

2.5 发文量与年代分析

图62000～2018年农业物联网研究文献年代分布

某领域期刊论文的数量在一定意义上说明了该领域学术研究的理论水平和发展速度[10]。研究文献的时间分布规律可以在一定程度上了解该研究领域内的研究现状以及研究热点，例如某学科或某研究主题在一个阶段内的文献数量迅速增加，则可能说明在这一时期该学科或主体的理论发展较快，或成为当时的研究热点[11]。因此，关注某领域学术论文的数量，有助于了解该领域研究的理论水平和发展速度。利用知网计量可视化分析得到农业物联网研究的文献年代分布，通过Origin绘制得到图6，发文量与年代分析从2010年开始。2010年到2012年，发文量呈现一个逐年递增的趋势，从2012年到2014年，发文量呈现一个喷发式增长的趋势，达到178篇。2016年发文量有所下降，次年发文量达到顶峰，在此之后，发文量有缓慢下降，但总体较以前发文量是一个大幅度上涨的趋势。

3 结论

通过CNKI数据库对农业物联网进行检索，基于文献计量学观点及Citespace分析，梳理了我国关于农业物联网研究的现状与发展历程，归纳了农业物联网研究的核心、热点前沿方向、著者信息以及年代分布等，并对此做了全面的计量比较分析，从整体上描绘了我国农业物联网研究的总体样貌。结果发现：根据对关键词共现分析和聚类分析可知，农业物联网研究现阶段主要关注的技术是传感器技术和无线传感网络，在应用领域主要关注现代农业和智慧农业。其次对作者和机构进行分析可知，聂鹏程，刘勇等人发文数量较多，其研究内容对农业物联网的发展趋势具有一定的导向作用，湖南农业大学、浙江大学以及中国农业大学的发文量居绝对主导地位，表明其在农业物联网的研究中取得了丰厚的学术成果；最后，对发文量和年代的分析表明发文量较以前呈现一个大幅度上涨的趋势。