基于CiteSpace 的轨道交通安全研究进展与趋势分析

梅书宇，周 亮，姜慜喆，龚 林

（1.武汉理工大学 安全科学与应急管理学院，武汉 430070；2.中国水利水电第八工程局有限公司，长沙 410004）

0 引言

随着我国城镇化进程加快，城市交通运输业的发展也相应加速，由于轨道交通拥有便捷性、速达性和准时性等特点，其逐渐成为居民出行的首选方式［1］。因此，我国对轨道交通的施工能力、轨道运营保障能力和仪器设备的维修保养等均提出了更高的要求。此外，大规模的轨道交通建设和运营使得轨道交通安全研究成为一个刻不容缓的议题，吸引了众多研究者的关注。

为有效解决在轨道交通建设和运营中可能出现的各类问题，笔者利用文献计量学的方法，应用CiteSpace 软件对我国2000—2020 年轨道交通安全领域的相关文献进行量化分析，从宏观上揭示其网络分布特征，展示该领域的研究现状，形成一套完整的轨道交通安全研究的发展脉络，为今后学者研究轨道交通安全领域现状与开拓新研究理论提供支撑。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

中国知网（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）是连续动态更新的中国期刊全文数据库，本文选用CNKI《中国学术期刊（网络版）》数据库作为数据来源。在设定文献检索条件时，为尽可能保证文献来源的代表性和全面性，笔者以“轨道交通安全”为主题，检索来源类别为核心期刊，时间限定为2000—2020 年，数据收集截止时间为2020 年12 月，共获得文献数量443 条。为提高样本数据的准确性，人工剔除检索结果中的无关文献如访谈、书评、会议讲话等，由此获得了393 篇有效样本，作为本研究的数据来源。

1.2 研究方法

笔者从文献计量学的理论出发，以科学知识图谱为分析工具，对393 篇有效文献进行计量分析。首先运用传统统计学，借助Excel 电子表格、统计软件SPSS 对上述筛选的轨道交通安全相关文献从年度发文量、关键机构及来源出版物等方面进行计量分析。然后采用可视化软件CiteSpace 5.8.R3 对获取的393 篇文献进行研究热点深入分析，设置时间切片为1 年，关键词频次设置为top 50，同时保持其他参数不变，运用Pathfinder 运算方法修剪合并后得到2000—2020 年的关键词数据，以及关键词共现知识图谱。

2 文献统计分析

2.1 文献年度分布统计

文献数量是反映学科演化进程的重要指标之一，文献数量能够直观地反映学科知识量的变化。通过对比分析近年轨道交通安全研究发文量的变化情况，可直接体现轨道交通安全领域研究热度的变化趋势，为优化轨道交通体系提供科学依据，促进轨道交通安全的研究进展，有利于提高轨道交通系统的安全保障能力。在文章的检索限定内，关于轨道交通安全的文献最早出现在2000 年，李岱峰［2］指出了城市轨道交通信号安全系统的配置原则及构成，重点分析了列车运行自动控制系统。2000—2020 年，轨道交通安全领域共计发表学术期刊1 875 篇，经过筛选得到393篇有效核心期刊论文。按照时间序列对轨道交通安全研究的文献数量进行统计，在此基础上运用SPSS 进行回归分析，得到拟合方程：y=2.422x-4 849.7。其中，决定系数R2=0.750 ＞0.7，说明模型拟合度良好；F 的显著性检验P=0.000 ＜0.05，即认为方程显著性较强，具有统计学意义。从拟合方程来看，发文数量大致符合线性增长趋势。从时间角度观察轨道交通安全的年发文量，结果如图1 所示。

图1 轨道交通安全研究年发文数量分布情况

从发文量的变化趋势曲线可以看出，轨道交通安全研究方向的文献数量整体呈现稳定增长的趋势；年度发文量折线图显示发文量在2012 年和2020 年达到两次高峰，年度发文量分别为53 篇和54 篇。

为进一步了解不同时期轨道交通安全的研究方向，运用CiteSpace 的突现词分析功能对该领域进行检索，得到具有高突现强度的15 个节点突现词，如图2所示。根据图1 的年发文量分布规律和图2 的关键词突现的强度、起止时间、结束时间以及彼此间的前后关系，笔者将轨道交通安全研究分为3 个阶段。

图2 轨道交通安全研究关键词突现

第一阶段（2000—2006 年）为轨道交通安全研究的萌芽阶段，研究成果主要集中在轨道交通安全体系上，研究主题较为单一。随着交通运输需求的快速增长，轨道交通愈发成为国家综合交通运输体系中不可或缺的一部分，政府和众多学者都高度重视轨道交通安全的发展。在此阶段，“中国国际铁路和轨道交通安全研讨会”于北京隆重举行，重点讨论了铁路和轨道安全建设、运营、维护阶段可能会面临的规划、技术、管理等方面的问题。此外，《国家中长期科技发展规划纲要》将“高速轨道交通系统”和“高速运输安全与应急保障”作为优先发展主题，为后期轨道交通安全研究的顺利发展提供政策支撑。

第二阶段（2007—2014 年）为轨道交通安全研究的快速发展阶段，研究内容逐渐丰富，主要聚焦于安全预警、安全风险和安全评价。在此阶段开始的前几年，研究以轨道交通安全评估方法和评价体系为主。在评估方法方面，蔡国强等人［3］以决策树为研究手段，提出一种定量的轨道交通安全评估方法，揭示了轨道交通风险源的规律；在评价体系方面，何理等人［4］提出一种改进的城市轨道交通工程安全评价体系。常用的轨道交通安全评价方法主要有故障树法、检查表法、贝叶斯网络、事件树法和马尔柯夫过程等。2011 年发生了两起重大事故——“7·23”甬温线铁路追尾事故和“9·27”上海轨道交通10 号线追尾事故，引起了学者对轨道交通安全研究的关注，因此2012 年我国文献发表量达到峰值，此后文献量虽有小幅度波动，但总体呈上升趋势，尤其是围绕运营安全和屏蔽门系统安全的文献数量增加。

第三阶段（2015—2020 年）为轨道交通安全研究的稳定发展阶段，研究内容及研究方法更趋多样化。截至2014 年，我国轨道交通在建城市共计40 个。另外，截至2015 年末，国内已有26 个城市开通城市轨道交通，运营里程超过3 286 km，庞大的建设规模导致施工方面临复杂且严峻的安全形势，上述现象也引起了大量学者的持续关注，发文量呈稳定上升趋势。第三阶段的研究内容除了之前已有的运营安全和安全评估，随着通信技术的发展，信息安全也成为此时期研究的热点问题。在研究方法方面，自2015 年8 月底国务院印发《促进大数据发展行动纲要》后，数字化技术得到大力发展和应用，更多学者将大数据技术应用于轨道交通安全领域，有效提高了轨道交通的安全管控能力，提升了预警和应急决策水平。

2.2 关键机构分布特征

对2000—2020 年在轨道交通安全研究领域有较大贡献的机构进行分析，并按照轨道交通安全相关的期刊论文数量进行排序，统计结果如表1 所示。在关键研究机构中，北京交通大学的发文量最多，占比11.45%；其次为同济大学，占比8.39%；西南交通大学的篇均被引次数为19 次，均发表于2012 年以后，西南交通大学是相关轨道交通安全研究中篇均被引次数最多的机构。这3 所机构是我国双一流大学，在交通运输方面有各自的特色，其中北京交通大学在2015 年初成功建立了“轨道交通控制与安全”国家重点实验室，为我国科技进步、人才培养以及轨道交通系统的建设与发展贡献了重要力量。

表1 轨道交通安全研究排名前10 的机构

从分布地区来看，轨道交通安全研究排名前10 的机构主要集中在北京和上海，这与北京和上海是我国轨道交通发展较早和较快的城市有关。1969 年10 月1 日，北京第一条地铁线路顺利建成通车，使北京成为我国第一个拥有地铁的城市，目前北京也是我国地铁规划运营线路最长的城市。而上海的吴淞铁路是中国第一条营业性的铁路，上海磁悬浮列车是世界上第一条投入商业运营的磁悬浮列车。这两个地区的轨道交通发展速度和规模在全国都名列前茅，为开展该领域相关研究提供了便利条件。

2.3 来源出版物分布特征

对轨道交通安全领域研究文献的来源出版物进行分析，轨道交通安全相关研究文献发表数量排名前10 的出版物分别是《城市轨道交通研究》《都市快轨交通》《中国安全生产科学技术》《中国安全科学学报》《铁道标准设计》《铁道运输与经济》《测绘通报》《铁道学报》《安全与环境学报》《中国铁道科学》。由此可知，轨道交通安全相关期刊主要集中在交通运输、经济管理、安全科学等研究领域，其中交通运输和安全科学领域期刊的载文量相对较多，在排名前10 的期刊中占一半以上，不仅表明了关注轨道交通安全领域出版物的集中性，同时也显示出这两类期刊在轨道交通安全领域的重要性。这两个特性有利于形成相对集中的轨道交通安全研究刊物集群。

值得注意的是，《城市轨道交通研究》在众多出版物中的载文量最多，其次为《都市快轨交通》，然后是安全领域的《中国安全生产科学技术》和《中国安全科学学报》。另外，《测绘通报》等地理信息技术领域的期刊也是部分研究者的选择，2020 年《测绘通报》的影响因子为2.025，是出版物排名前8 的期刊中影响因子最高的刊物。出版物的影响因子反映了期刊平均每篇论文的被引用数量，在一定程度上显示了其学术影响地位，轨道交通安全文献排名前8 的期刊影响因子几乎均大于1.0，拥有较大的学术影响力，可以反映该领域的研究成果。

3 研究热点分析

每篇文章都会出现关键词，用于高度概括文章观点和研究内容［5-6］。文章通过Citespace 软件，对从中国知网获得的393 篇文献进行关键词共现分析，将关键词频次设置为top 50，时间切片为1 年，同时保持其他参数不变，运用Pathfinder 运算方法修剪合并后的2000—2020 年的关键词数据，得到如图3 所示的关键词共现知识图谱。由图3 可知，共产生节点326 个、连线416 条，即在轨道交通安全可视化知识图谱中，393篇文献共产生了326 个关键词及416 条关联关系连接，图中关键词节点越大，说明关键词出现的频次越高；关键词之间的线段粗细表明连接强度大小，线段越粗，表示二者的关键词强度越大。

图3 关键词共现知识图谱

由关键词的频次、关键词聚类知识图谱以及关键词共现知识图谱可归纳得出，轨道交通安全的研究热点主要包括轨道交通安全管理、轨道交通安全评估和评价以及地铁行车安全3 个方面。

轨道交通安全管理研究包含轨道交通安全管理体系、轨道交通安全管理方法和轨道交通安全管理模式等方面。吕培印等人［7］通过总结政府目前的轨道交通安全管理模式及风险管控实施细节，分析了信息化平台建设、安全隐患排查与治理能力、灾变机理、风险监控与预警等方面存在的问题。为进一步分析轨道交通安全管理，有学者基于“人、机、管、环”理论的安全管理内容，从安全系统工程分析技术、运营安全管理、建设安全管理、应急管理、公共安全管理和运营安全评估等6 个子系统出发，建立了更加完善的城市轨道交通安全管理体系，并提出了该体系的未来发展概况。另外，随着科学技术的进步，杨晓飞等人［8］运用大数据技术，在现有的安全管理中加入物联网、三维激光扫描等先进手段，实现数据的快速采集、处理、分析及预警，确保能够及时发现问题，消除可见隐患。从目前的研究成果来看，学者的研究方向大多围绕安全管理理论基础的巩固、安全管理体系的建设以及安全管理技术方法的改进等方面，为确保轨道交通安全运行作出了卓越贡献。

轨道交通安全评估与评价是轨道交通安全研究的重要组成部分，该部分研究内容涵盖轨道交通施工风险及施工现场安全评价、轨道交通运营前的设备寿命及状态安全评价、轨道交通运营中监控信号系统安全状态评价、风险评估等。其中，学者研究的重点主要集中在轨道交通运营安全评价方面。在评价方法上，除了运用常用的层次分析法、模糊评价法、熵权法和解释结构模型这些评价方法，根据评价的具体事物和目的，学者们还运用了其他方法。例如，黎新华［9］从员工素质、客流特征、设备设施、安全管理和外部环境5 个方面对运营事故进行统计分析，在此基础上，利用评价实验室法和解释结构模型融合改进后，构建了轨道交通站点运营安全评价的方法。王康等人［1］提出一种基于系统动力学和云模型的评价方法，由此构建轨道交通车辆系统安全评价云模型，明晰轨道交通车辆各子系统间的相互作用关系，评价系统整体及其子系统的安全现状。刘福泽等人［10］以北京市轨道交通系统安全运营状态为研究对象，基于TEI@ I 方法论建立轨道交通延误时长预测和风险评估的贝叶斯网络模型，提高了相关部门在面对轨道交通突发事件时的应急处置能力。

在轨道交通系统中，地铁是使用范围最广、承载行人最多的轨道交通工具，因此，地铁行车安全研究具有重要意义。地铁行车安全研究内容主要包括地铁车辆、安全监测与预警、信号系统、列车控制系统和综合监控系统等方面。随着互联网的发展，信息化建设已成为提高地铁行车安全水平的重要手段。另外，自2008 年“大数据”概念被提出以来，各国大力发展大数据技术，大数据系统也受到了重视。因此，现有的文献侧重于相关系统的研究。比如，朱文杰等人［11］基于移动互联网，从轨道交通运营安全隐患排查的实际需求出发，改进了轨道交通运营安全隐患排查系统，提高了广西壮族自治区南宁市轨道交通运营的安全水平。于鑫等人［12］根据国家城市轨道交通建设安全监控预警的要求，构建了针对国家城市地铁建设期的安全监控预警系统，并以科学计算可视化控制、预警决策、评价分析为主要落脚点，实现了相应的技术应用，为有效监控城市地铁建设工程质量和突发事件提供了科技保障。信号系统和监控系统等的开发和应用大大降低了地铁行车事故的发生概率。

4 未来研究趋势与展望

本文利用科学知识图谱分析工具CiteSpace 进行突现词分析、关键词共现分析以及聚类分析，展示了相关研究的现状、热点与发展方向等方面的特点。通过分析，未来相关研究可能存在以下发展趋势：①研究内容更趋于多样化，研究角度更趋于智能化。从关键词共现知识图谱可以看出，当前研究内容包含施工技术、信号系统、安全管理、安全防范和运营安全等多个方面，研究内容的丰富度和受关注度不断上升，未来不仅需要对以往遗留问题进行探索，还会趋于多样化发展。此外，随着电子信息、终端传感、信号处理等大数据技术和互联网技术的不断发展，运用这些技术解决轨道交通安全问题将是大势所趋。②研究机构和学科间跨越性合作趋于强化。轨道交通安全研究需要多机构共同参与，加强轨道交通管理部门和各研究部门之间的联系，形成系统的研究团队有利于更快、更好地解决问题。而在解决问题的过程中，多学科人才的交流促使研究向多元化发展，实现学科交叉的创新价值。