基于知识图谱的电子信息产业技术热点与预见★

张延，吴玉波，王韬

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 511370）

0 引言

近年来，以新一代信息技术为代表的电子信息产业迅速发展，已成为现代产业体系中成果最丰富、创新最活跃和价值链中高端环节最重要的组成部分，也是国家和地方重大的战略和政策需求领域[1]。厘清近十年来我国电子信息产业研究进展，能够把握研究主题趋势、预见技术突破方向，有助于深化“十四五”时期电子信息产业研究。本文选取2010-2020年CNKI文献数据库中信息技术领域SCI和EI来源论文为研究对象，建构近年我国电子信息产业研究的知识图谱，结合关键词共现、聚类和突现等分析方法，探究产业前沿热点与研究趋势。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

以CNKI文献数据库为论文来源，检索条件为：主题=信息技术+通信技术+显示技术+集成电路+芯片+通信网络+物联网+工业互联网+软件技术+网络安全；时间区间为2010-2020年；期刊选取SCI来源、EI来源，共获得相关文献3 719篇（检索时间为2020年9月6日）。为了提升文献数据的质量与准确性，对非研究型文献、主题不符文献进行数据清洗，人工剔除无作者、重复论文，最终遴选出3 503篇有效文献作为分析样本。

1.2 研究方法

对比BibExcel、Ucinet等文献计量分析常用工具，CiteSpace软件在绘制知识图谱时能够将输入的文献数据生成效果良好的关键词、作者和共被引等可视化分析矩阵，从而更清晰地探索产业发展脉络及热点趋势，目前已被广大国内外专家学者选用为文献计量分析工具[2]。本文运用CiteSpace软件集成的关键词共现与聚类、热点词突现检测等功能，将CNKI文献数据库中信息技术的热点内容与前沿趋势进行可视化探索与呈现。

2 研究主题

基于CiteSpaceV软件，设置时间切片为1，阈值为top50（TopN表示以每个时间切片前N个高频出现的关键词生成最终网络），选择最短路径算法，生成关键词共现和突现词列表等知识图谱。为了让图谱更为清晰、简洁地呈现主要信息，选择“关键词聚类（cluster）”，使用对数极大似然率（LLR：Log-Likelihood Rate）算法进行主题和研究热点关键词提取，生成的知识图谱包括668个网络节点，共有777条关系连接线，网络密度为0.003 5。共词网络Modularity Q值为0.883 6，远大于临界值，说明网络的聚类结构十分显著；Mean Silhouette值为0.407 1，说明聚类结构属于较为合理的区间。图谱共导出23个聚类，充分地反映了6大方向的研究热点内容。如图1所示。

图1 2010-2020年电子信息产业研究领域网络（关键词聚类）图谱

2.1 类别1：信息通信技术研究

主要包括#3“ad hoc网络”、#6“通信”、#11“新一代信息技术”、#16“通信技术”和#17“焦平面”。研究热点包括路由协议、雾计算、双线性对、传感器网络、并行冗余协议、超宽带、分布式控制和变换域通信系统，以及量子通信等。

2.2 类别2： （工业）物联网研究

主要包括#5“物联网”、#10“智能电网”、#12“智能配电”和#22“机组组合”。物联网研究人、物和服务之间的交叉互联，工业互联网本质上是物联网在特定领域的率先突破应用，该领域的研究热点包括传感网、生物传感器、物理层安全、ipv6、loRa技术、泛在信息物理系统（CPS）、能源互联网和分散控制，以及负荷频率控制等。

2.3 类别3：新型显示研究

主要包括#8“发光二极管”、#15“翘曲”和#20“LED”。研究热点包括荧光粉、光学器件、自由曲面、单频激光、磷酸盐玻璃光纤和铝硅合金，以及一体化封装和增透膜等。新型显示领域研究侧重实现低能耗、高效率，向节能环保方向迈进。

2.4 类别4：集成电路研究

主要包括#1“微机电系统”、#2“倒装芯片”、#7“结温”、#9“现场可编程门阵列”、#14“砷化镓”、#18“微流控芯片”和#19“生物芯片”。热点包括射频识别、微焊点、热仿真、微电子学、互补金属氧化物半导体、集成芯片、微加工、微流控和微电极，以及微阵列等，主要开展高能效、低功耗电子技术的研究。

2.5 类别5：网络空间安全研究

主要包括#4“隐私保护”、#13“网络安全”和#21“网络防御”。研究热点包括位置隐私、区块链、P2P网络、分布式拒绝服务攻击、主动防御和IP追踪等，体现出近年来网络安全领域将安全性与数据科学相结合研究的趋势方向。

2.6 类别6：软件与网络技术研究

主要包括#0“软件定义网络”。研究热点包括Zigbee、智能终端、Openflow、以太网、无线传感网和软件定义，以及网络空间安全等。

3 研究趋势

CiteSpace软件提供了一种突变检测的方法来发现研究前沿，主要测度含关键词文献被引频次的变化率，为追踪研究热点的演变提供了有效的途径[3]。单项技术或研究原理突变的原因包括：1）该技术在这一时期实现了技术突破或者是即将实现技术突破；2）旧的研究理论有新的发现，有可能使得该项技术被广泛地应用，学术界重新开展钻研；3）学术研究环境或宏观政策导向在某一时期产生变化，使技术的资本支持和关注热度发生转变。无论何种原因造成的突变，该技术往往反映了最新的科学发现和前沿动向，有可能在未来5～10年内成为引领产业发展的重要技术，这正是技术预见需要发现的内容。近年来电子信息产业研究的关键词突变检测结果如图2所示。

图2 近年来电子信息产业研究的关键词突变检测结果

通过CiteSpace提供的突变检测 （Citation Burst）工具对样本进行关键词共现图谱的突变检测，展现产业的发展脉络和演化路径，结果表明，电子信息产业研究日益向以下主题转移：监测、能源互联网、大数据、微流控、软件定义网络、CPS和物理不可克隆函数。主题的变迁反映出我国电子信息产业研究与新一代科技革命与产业变革紧密相连，也体现了产业数字化、网络化和智能化的趋势与联系。

3.1 数字化

数字化的主要趋势是新一轮科技革命与经济社会发展深度融合地推动全面数据化，要求实现对数据的采集、整合、处理和综合分析应用。我国于“十三五”时期部署实施国家大数据战略，2019年明确部署发展数字经济，数字化快速发展的格局已初步形成，大数据日益成为推动全球信息化浪潮的主要力量，成为加速企业技术创新、推动政府职能转变和引领社会管理变革的利器[4]，为新一代信息技术在工业领域落地提供了大量的场景和基础支撑。

3.2 网络化

网络化为信息传播提供物理载体，当前热点是物联网的应用，未来趋势是CPS的广泛采用。物联网主要解决人对物理世界的感知问题，当前已在智能网联汽车、工业自动化和智慧家居等领域率先应用。CPS解决对物理对象的操控问题，主要研发深度融合感知、计算、通信和控制能力的网络化物理设备系统，推动功能扩展的物理设备泛在互联，能够促进制造业技术和产品的迭代升级，重塑主要工业布局，显著地提高空天、汽车、国防科工和高端医疗装备等重点领域的产业竞争力[5]。

3.3 智能化

智能化的主要趋势是使对象通过基于环境自适应、自学习、自博弈和自进化的研究，具备灵敏的感知功能、准确的判断能力、正确的分析思维、自适应的学习能力和高效的执行行动，典型代表就是新一代人工智能。近几年，深度学习在人脸识别、智能翻译和智力竞赛等领域有超越人类的表现，成为人工智能广为人知的领域，未来，新一代人工智能技术的突破主要依托大数据、模型与算法、计算能力等各类信息技术的综合发展[6]。

4 结束语

以2010-2020年CNKI文献数据库中信息技术相关论文为基础，以国际主流的文献计量软件CiteSpace为工具，分析近年来信息技术研究热点与态势趋势，得到了以下结论。

首先，综观整体现状，电子信息产业尤其是新一代信息技术，是新一轮科技革命与产业变革协同产生的技术组群，包括信息通信、物联网、新型显示、集成电路、网络安全和软件技术等。就产业研究的主题分布而言，研究领域与经济社会发展，以及国家宏观政策紧密关联，高度契合当前新一代人工智能、数字经济和新型基础设施等发展导向。

其次，预见前沿趋势，我国电子信息产业研究逐步向监测、能源互联网、大数据、微流控、软件定义网络、CPS和物理不可克隆函数等方面转变，这充分说明数字化、网络化和智能化是新一轮科技革命的典型特征。随着超级计算等新技术的不断发展迭代，信息技术领域深度学习、自主操作、跨界融合、人机协同和群智开放的特征趋势日益呈现， “十四五”期间，新一代通信网络、新型集成电路、物联网感知和大数据智能分析等领域较有可能实现技术突破。

未来，电子信息产业必须紧扣高质量发展要求、树立先进质量观，提升我国制造业的战略地位和国际竞争力[7]。为了进一步地发展信息技术、提高产品质量，建议信息产业领域的研究应朝着以下几个方向突破。

a）开展数字技术和测试性研究

加快开展区块链、海量数据存储与管理、基础与核心算法、机器学习、智能分析、可视化与人机交互分析等技术研发攻关。积极开展与数字技术相适应的容错与避错技术、编码检错技术、故障自检测和自诊断技术等研究。

b）开展网络技术和安全性研究

大力开展传感器、无线传输、海量数据分析处理和安全技术等技术研发攻关。积极开展与网络技术相适应的威胁监测、风险识别、安全检测、网络防御和安全恢复等研究。

c）开展智能技术和可靠性研究

着力开展大数据智能、人机混合增强智能和类脑结构的人工智能等研发攻关，加快推动语音图像识别、生物特征识别和自然语言理解等关键技术研究，推动智能感知、分析控制等人工智能技术的综合运用。积极开展与智能技术相适应的可靠性工程、制造工艺优化等研究。