我国北极航运研究的现状与热点分析*

付姗姗 胡子正 张 笛 席永涛

（1.上海海事大学 交通运输学院 上海201306；2.武汉理工大学智能交通系统研究中心 武汉430063；3.武汉理工大学国家水运安全国家工程技术研究中心 武汉430063；4.上海海事大学商船学院 上海201306）

0 引 言

随着全球气候变化、北极海冰大量融化，使得北极航道的开发受到了越来越多的关注。我国作为近北极国家，积极参与北极航运有关研究。我国积极推动共建“一带一路”倡议涉北极合作，2017 年提出建设“冰上丝绸之路”，为北极地区和平稳定和可持续发展做出贡献[1]。我国商船也在北极航道的开发与利用中发挥了重要作用。2013—2018 年期间，中远海运集团积极探索和开展极地航海实践活动，先后共组织了22 艘次船舶开展北极东北航道的航行探索，取得了良好的经济和社会效益[2]。

目前，我国北极航运研究成果集中在极地船舶设计、北极航线开发与利用、北极船舶航行、北极政策与地缘政治研究等方面。2015年朱英富等[3]根据中国科学基金第118期“双清论坛”的研讨内容，分析了极地船舶相关技术的发展现状，归纳了极地船舶研究关键科学问题；薛彦卓等[4]围绕极地船舶中的基础力学问题进行了文献综述，提出了我国极地船舶有待探索的科学技术问题；谢强等[5]对极地船舶防冰和除冰技术研究进展进行了分析，并总结了现有技术在极地船舶上的适用性及优缺点。在北极航线开发与利用研究方面，李振福等[6-7]对北极航线相关文献进行分析，总结了北极航线研究趋势，针对北极航线开发和“冰上丝绸之路”建设以及二者关联性的研究现状进行了系统的总结和分析；马晓雪等[8]采用文献计量分析方法，从时空分析角度对国内外北极航线安全研究现状进行了分析。在北极船舶航行方面，张弛等[9]针对2017年第24届北极条件下港口和海洋工程国际会议（The 24thInternational Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions）有关文献，分析了冰区船舶航行安全保障的研究热点。在北极政策与地缘政治研究方面，叶滨鸿等[10]使用文献计量方法对北极地区地缘关系有关中外文献进行了系统分析。这些研究对北极航运中的若干具体问题进行了深入的分析，难以满足北极航运研究整体格局的宏观可视化分析。王利等[11]对北极科研领域的发展趋势、前沿和热点进行了研究，但没有聚焦于北极海冰环境下船舶航行分析。随着北极航行船舶的不断增加[12]，需要深入了解北极船舶航行研究状况，以便保障北极航行船舶安全运行。

鉴于此，笔者通过梳理最近20年北极航运相关中文期刊文献，从载文量、期刊分布、研究机构、学者、关键词等方面分析北极航运研究现状，并从极地船舶设计、北极航线开发与利用、北极船舶航行、北极政策与地缘政治方面总结国内北极航运的研究热点，为进一步开展北极航运研究提供参考。

1 数据与方法

1.1 数据来源

以中国知网（CNKI）的中文文献为数据源，对最近20 年北极航运相关中文核心期刊文献进行搜集和分析。文献检索基本信息如下。

1）检索式：主题=（“北极”或含“极地”）并且主题=（“航线”或含“船舶”）。

2）时间跨度：2000—2019年。

3）期刊来源：EI 来源期刊/核心期刊/CSSCI/CSCD。

为了尽可能全面的搜集北极航运有关文献，使用了组合检索方式：搜索最近20 年在题目、关键词和摘要中含有“北极/极地”和“航线/船舶”的期刊文献。通过这种检索方式，在CNKI 平台上总共检索到255 篇文献。随后对这些文献进行逐一分析，删除12 篇通知公告等非学术论文和13 篇南极研究等非北极航运研究论文，筛选出230 篇与北极航运研究紧密相关的期刊文献。

1.2 研究方法

知识图谱是用于显示科学知识发展进程和结构关系的图形，可对知识所构成的复杂网络进行聚类分析，实现数据可视化信息处理，以协助人们做出科学合理的决策[13]。VOSviewer[14]是一种文献计量分析软件，可以针对文献进行知识图谱分析，目前已经广泛应用于工程[15]、医学[16]和管理[17]等领域。

将文献检索获取到的230篇期刊文献结果导出为Excel 和Txt 格式，分别导入SPSS Statistics统计软件和VOSviewer 文献计量分析软件，并将期刊文献进一步划分为研究性论文和综述论文。基于2个软件平台，从载文量、期刊分布、研究机构、学者、关键词等方面，对北极航运研究现状、趋势和研究热点进行分析，见图1。具体研究步骤如下。

1）载文量分析。在SPSS Statistics 软件平台上，分析北极航运研究性论文和综述论文发表的时间趋势。

2）期刊分析。对北极航运研究文献的期刊来源进行统计，分析代表性期刊的载文量情况。

3）研究机构和学者分析。根据北极航运相关文献，分析我国开展北极航运研究的主要机构和代表性学者。

4）关键词分析。在VOSviewer软件平台上，对北极航运文献的关键词进行聚类分析，构建北极航运研究的知识图谱。

5）研究趋势与热点分析。在关键词分析基础上，从极地船舶设计、北极航线开发与利用、北极船舶航行和北极政策与地缘政治4 个方面，分析北极航运研究趋势和热点问题。

图1 研究框架Fig.1 Research framework

2 研究现状分析

2.1 载文量分析

图2 2009—2019年北极航运研究载文量分布图Fig.2 Distribution of publications(articles and reviews)by year of publication from 2000 to 2019

为了弄清北极航运研究状况，将230 篇期刊文献进一步划分为223 篇研究性论文和7 篇综述。对2000—2019年北极航运研究论文发表时间进行分析发现（见图2）：2000—2008 年期间没有找到相关学术论文，仅有少量新闻报道，我国学者在北极航运相关研究成果于2009 年之后发表；北极航运研究自2009年兴起之后，每年载文量总体呈上升趋势；2013年我国商船“永盛轮”首航北极东北航道推动了北极航运研究，以后每年载文量都保持在20篇以上的水平，于2017 年左右达到高峰；从2015 年起北极航运研究陆续有一些综述文章发表。

2.2 期刊分析

对北极航运研究230篇文献的期刊来源进行分析发现：这些文献来源于96种期刊，其中载文量4篇及以上的期刊有18 种，共载文129 篇，占比56.1%，见表1。《极地研究》是载文量最多的期刊（18 篇），《航海技术》是载文量第2 位的期刊（14 篇），载文量第3～5 位分别为《世界地理研究》（11 篇）、《中国航海》（10篇）和《大连海事大学学报》（9篇）。

表1 北极航运期刊载文量分布Tab.1 Distribution of the amount of publications in the important journals of Arctic shipping

从这些期刊论文发表年份来看，2010 年以前发表了13 篇，2011—2015 年发表量上升到51 篇，2016—2019 年论文发表量进一步上升到65 篇。重要期刊载文量增长趋势与北极航运研究文献总体增长趋势保持一致。

2.3 研究机构和学者分析

北极航运研究来自于很多研究机构，发文量6篇以上的研究机构有8 家，发表量3～5 篇的研究机构有14家，发表量2篇的研究机构有16家。发文量6 篇及以上的期刊可以认为是北极航运主要研究机构，这8家研究机构发文量159篇（占比69.1%）。

如表2 所示，大连海事大学（83 篇）是发文量最多的研究机构，代表性学者有李振福和范厚明；上海海事大学（22 篇）是载文量第2 位的研究机构，代表性学者是寿建敏；中国海洋大学（17 篇）是载文量第3位的研究机构，代表性学者有白佳玉；中国极地研究中心和哈尔滨工程大学的发文量均为8 篇，代表性学者分别是张侠和高良田；武汉理工大学、华东政法大学和中国船舶科学研究中心发文量均为7 篇，代表性学者分别是张笛、郑雷、季少鹏。北极航运研究成果大多来源于大连海事大学和上海海事大学2所海事院校，发文量105篇（占比45.7%）。

表2 北极航运主要研究机构和代表性学者Tab.2 Major Research institutions and representative authors of Arctic shipping

2.4 关键词分析

对北极航运研究的关键词进行统计和聚类分析，借助VOSviewer软件平台，构建北极航运关键词的知识图谱。北极航运研究230 篇文献共有669 个关键词，排序前20 位的高频关键词见表4。根据这些高频关键词，构建北极航运研究关键词的知识图谱，见图3～4。

表3 北极航运研究高频关键词Tab.3 High-frequency keywords in Arctic shipping research

从图3所示的关键词聚类图可以将北极航运研究可以划分为以下4个研究方向。

1）北极航线开发与利用（红色）：包括东北航道、中国、冰上丝绸之路、北冰洋、北极、海冰和经济性7个关键词。

2）北极船舶航行（绿色）：北方海航道、北极战略、北极航道、自由航行、船舶航行和西北航道6个关键词。

3）北极政策与地缘政治（蓝色）：北极航线、北极航线问题、地缘政治、极地规则和水路运输5个关键词。

4）极地船舶设计（黄色）：极地船舶和冰载荷2个关键词。

北极航线开发与利用、北极船舶航行和北极政策与地缘政治研究存在一定的联系，而极地船舶设计研究相对比较独立。

从图4 所示的关键词演化趋势图可以看出：北极航运研究逐步从偏宏观的北极地缘政治研究过渡到北极航线经济性分析，再逐步转向极地船舶设计和极地规则等技术问题的研究。

3 研究趋势和热点分析

3.1 研究趋势分析

图3 北极航运研究关键词聚类图Fig.3 Cluster map of keywords in Arctic shipping research

图4 北极航运研究关键词演化趋势图Fig.4 Tendency chart s in the evolution of topics in Arctic shipping research literature

根据关键词分析得出的北极航运主要研究方向，进一步将230 篇文献划分为极地船舶设计、北极航线开发与利用、北极船舶航行和北极政策与地缘政治研究4 个研究方向。同时，以2013 年中国商船北极首航[2]和2017 年“冰上丝绸之路”倡议发布[7]作为北极航运研究的2 个关键时间点，将北极航运研究划分为早期研究阶段（2000—2012 年）、中期研究阶段（2013—2016 年）和近期研究阶段（2017—2019年），逐一分析各研究方向的发展趋势。

1）极地船舶设计。极地船舶设计研究方向主要包括：船舶冰载荷计算、船舶航行冰阻力模型、船舶航行操纵性和快速性设计、船舶防冻设计以及冰区航行等其他特殊性研究等内容。

从图5 可以看出：极地船舶设计方向有38 篇文章，在早期研究阶段中没有文章发表，该方向研究成果发表时间滞后于其他3 个研究方向；首篇论文发表于2014 年，在近期研究阶段发文量27 篇（占比71.1%），发文量呈显著增长趋势。

在中期研究阶段，极地船舶设计方向的研究主要集中在极地船舶设计准则/方法、概念设计和需求分析等方面；在近期研究阶段，研究进一步深入到针对具体船型和航行场景下的船舶结构强度分析和计算。

2）北极航线开发与利用。北极航线开发与利用研究方向主要包括：航线通航环境分析、船舶运输经济性分析、航线安全性分析、航线开通对港口、货运/贸易和海运网络的影响分析等内容。

图5 2009—2019年北极航运研究文献时间序列图Fig.5 Time Series plot of publications in Arctic shipping from 2009 to 2019

从图5 可以看出：北极航线开发与利用方向有84篇文章，是整个研究阶段发文量最多的研究方向，也是中期和近期研究阶段成果最多的研究方向，分别发表43 篇（占比51.2%）和32 篇（占比38.1%）文章，近期发文量有所回落。

在早期研究阶段，研究主要侧重于北极航线开发面临的问题和潜在经济效益分析；在中期研究阶段，研究集中在航线通航环境分析、中欧北极航线船舶运输经济性分析以及北极航线开通对港口、贸易和海运网络的影响分析，但鲜有研究涉及西北航道；在近期研究阶段，船舶运输经济性分析依然是北极航线研究的重要话题，进一步关注不同海冰环境对具体船型的经济效益影响，研究还侧重于东北航道通航窗口期分析和航线安全性分析，此外出现2篇有关西北航道的文章，分别研究西北航道经济影响[18]和通航环境危险性[19]。

3）北极船舶航行。北极船舶航行研究主要包括：北极东北航道船舶航行实践探讨、冰区航行风险识别与评价研究、船舶冰区操纵等内容。

从图5 可以看出：北极航线开发与利用方向有31 篇文章，发文量在各阶段和整体上都是最少的研究方向，每个研究阶段发文量均在10篇左右。

在早期研究阶段，研究主要侧重于冰区航行的船舶操纵方法；在中期研究阶段，研究集中在中国商船东北航道航行实践探讨；在近期研究阶段，已鲜有航行纪实类文章出现，研究逐步延伸到船舶航行风险识别与评价和极地船舶能力建设与发展对策研究，此外出现了1 篇研究北极航行船舶排放清单的文章[20]，研究内容逐步从船舶航行数据的解读延伸到船舶动态数据的分析和建模。

4）北极政策与地缘政治研究。北极政策与地缘政治研究主要包含：北极航行有关法律与政策分析、北极航运治理、北极航线地缘政治格局演变趋势分析、北极航道战略管理等内容。

从图5 可以看出：北极航线开发与利用方向有77篇文章，早期研究阶段发文量18篇（占比23.4%），早期发文量明显多于其他研究方向，发文量在中期/后期研究阶段和整体上都略少于北极航线开发与利用方向，分别发表34 篇（占比44.2%）和25 篇（占比32.5%）文章，近期发文量有所回落。

在早期研究阶段，研究主要侧重于北极航线地缘政治格局演变趋势分析和北极航道通行的法律问题；在中期研究阶段，研究集中在北极水域船舶航行自由有关的法律问题和中国、俄罗斯、日本等国家视角下的北极战略管理；在近期研究阶段，极地水域船舶航行规则有关法律问题仍是北极政策研究的重要话题，研究逐步从战略管理延伸到北极海运黑碳、航运安全等具体问题的国际治理。

3.2 研究热点分析

根据4 个研究方向各阶段的研究重点，结合北极航运研究国内外相关文献，进一步归纳北极航运研究热点问题，见表4。

表4 北极航运研究热点分析Tab.5 Hotspot Analysis of Arctic shipping research

极地船舶设计研究热点聚焦于船舶冰载荷计算，主要采用非线性有限元[21]、影响系数矩阵法[22]和变速系统激励转化[23]、高斯模型[24]等方法，开展不同海冰失效模式下的船舶冰载荷计算、冰载荷作用下船舶极限载荷准则研究、冰载荷激励下的船舶结构强度分析和评估。

北极航线开发与利用方向研究热点聚焦于船舶运输经济性分析、通航环境分析和北极航线开通的影响分析。在船舶运输经济性分析方面，主要采用航运成本估算[25]、对比分析[26]和熵权法[27]等方法，针对集装箱船、散货船、油船和LNG运输船等船型，开展中欧北极航线运输与苏伊士运河航线运输经济性对比分析和不同海冰环境、船型和航线情况下的经济效益分析；在通航环境分析方面，主要采用解释结构模型[28]、TOPISIS[19]、模糊综合评价[29]和Mann-Kendall检验法[30]等方法，开展通航环境影响分析和海冰环境下航线通航窗口期分析；在航线开通影响分析方面，主要采用引力模型[31]和负指数网络配流理论[32]等方法研究北极航线开通对沿线商业贸易和货运配流的影响。

北极船舶航行研究热点聚焦于冰区航行风险识别、船舶航行事故风险评价和冰区航行路径规划研究。在冰区航行风险识别方面，主要采用模糊层次分析法[33-34]和离散选择模型[35]，开展北极水域船舶航行环境风险因素识别和北极海冰环境下船舶事故严重性的影响因素分析；在航行事故风险评价方面，采用贝叶斯网络[36-37]、故障树模型[38]、事件树模型[47]、马尔科夫链[40]等方法，开展船舶事故风险评价和船舶航行过程风险动态仿真研究；在航行路径规划方面，主要采用蚁群算法[41]、A*算法[42]等优化方法，开展极地冰区船舶航行路径规划研究。

北极政策与地缘政治研究热点聚焦于北极水域船舶航行自由有关法律与政策分析和北极航运国际治理对策研究。前者主要采用对比分析[43]和层次分析法[44]等方法开展《极地水域船舶作业国际规则》和《联合国海洋法公约》政策解读与应对策略探讨；后者主要采用归纳分析法[45-46]等方法，侧重于北极海运黑碳、航运安全等具体问题的国际治理。

4 结束语

以CNKI收录的2009—2019年北极航运研究的核心期刊论文为数据源，借助SPSS和VOSviewer软件平台对载文量、期刊分布、研究机构、学者、关键词等进行了分析。主要研究结论如下。

1）从整体上看，北极航运研究逐步从偏宏观的北极地缘政治研究过渡到北极航线经济性分析，再逐步转向极地船舶设计和极地航行规则等技术问题的研究。

2）从研究方向上看，极地船舶设计研究逐步由船舶设计准则方法和需求分析，深入到针对具体船型和航行场景下的船舶结构强度分析和计算；北极航道开发与利用研究一直聚焦在航线经济性、通航环境分析、航线开通的影响分析，近年来逐步由东北航道分析延伸到西北航道的分析和探讨；北极船舶航行研究逐步从船舶航行实践探索延伸到基于航行动态数据的风险评价和排放分析；北极政策与地缘政治研究逐步从船舶航行规则有关法律与政策探讨延伸到北极航运的国际治理。

3）从研究热点上看，北极航运研究的热点聚焦在极地船舶冰载荷计算、船舶运输经济性分析、通航环境分析、航线开通影响分析、冰区航行风险识别、航行事故风险评价、冰区航行路径规划、北极航行有关法律与政策分析和北极航运治理等方面的研究。