基于COOC 的丘陵山地农机研究知识图谱分析*

严书芹 ，卢博礼 ，白保良

（贵州省科学技术情报研究所，贵州 贵阳 550000）

丘陵山区作为我国粮食和特色农产品的重要生产基地，占国土总面积的43%[1]，主要分布在19 个省区市，1 400 余个县市区[2]，其中，有11 个省区市丘陵山地面积与耕地面积之比大于60%，云贵川三省高于90%[3]。要提高我国农业发展的整体水平，促进农业现代化，丘陵山区的农业生产水平必须提高，这离不开丘陵山地农机的支撑。本文将利用Co-Occurrence 13.4（COOC 13.4）[4]对国内丘陵山地农机相关文献的研究人员、机构、关键词等进行可视化知识图谱分析，以探索国内丘陵山地农机研究的起源、发展、研究趋势、热点等。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

为全面分析我国丘陵山地农机的研究现状与演化趋势，文章以中国知网、维普、万方国内三大数据库为数据来源，编制“丘陵OR 山地”AND“农机”“丘陵OR山地” AND “拖拉机”“丘陵OR山地”AND“耕地机”“丘陵OR 山地”AND“播种机”“丘陵OR 山地”AND“收获机”“丘陵OR 山地”AND“无人机”等检索式进行检索，时间不限，检索时间为2023 年4月6 日，以保证数据的完整性。运用COOC 13.4 软件对文献进行合并、去重、检验等，删除丘陵山地农机会议摘要、资讯报道、杂志征稿等，最终共筛选出1982年至2023 年4月的1 025 篇文献作为文章的数据来源。

1.2 研究思路与方法

首先，利用COOC 13.4 软件对数据进行处理，提取每年发文量、累计发文量、作者、机构、期刊、关键词等主要指标进行同义词合并、频次统计、合作网络聚类分析、研究热点分析等；其次，运用文献计量学普赖斯定律、布拉德福核心期刊理论对相关指标进行分析；以探索我国丘陵山地农机研究的整体概况以及未来发展趋势。

2 丘陵山地农机研究基本情况

2.1 发文量统计分析

发文数量是一个领域在某个时间段内研究进展和发展水平的最直接反映。通过对从三大数据库检索清理后的数据进行分析，得出丘陵山地农机的发文时间折线图（见图1）与累计发文量折线图（见图2）。从检索收集到的论文来看，丘陵山地农机相关研究可追溯到1982 年石开金《关于我国山地农业机械化问题的探讨》的这篇文献。根据发文量的分布情况，将1982—2022 年我国丘陵山地农机研究划分为1982—2008 年、2009—2017 年、2018—2022 年3 个阶段。第一阶段，1982 年到2008 年，相关文献年度发表量几乎全部为个位数，27 年的累计发文量仅为52篇，丘陵山地农机的研究经历了一个很长的缓慢发展阶段；第二阶段，2009 年到2017 年，发文量开始不断攀升，2017 年年度发文量首次突破三位数，丘陵山地农机研究处于快速发展阶段，累计发文484 篇；第三阶段，2018 年到2022 年，发文量保持稳定，年均发文量约95 篇，丘陵山地农机研究进入成熟稳定阶段，累计发文472篇。

图1 丘陵山地农机发文量分布

图2 丘陵山地农机年度累计发文量

2.2 作者统计分析

丘陵山地农机研究的1 025 篇文献中共有作者1 881 人。普赖斯定律研究的是科学家人数与科学文献数量的关系，根据普赖斯公式[5]：核心作者最低发文量，其中，Npmax为最大发文量。丘陵山地农机研究发文量最大的作者是杨福增，11 篇，故丘陵山地农机研究核心作者最低发文量Mp=0.749* 11=2.484，取整数3，即发文量大于等于3 的作者为丘陵山地农机研究的核心作者，共145 位（见表1），达到普赖斯定律的数值26，共发表文献591篇，占文献总量的53.68%，说明丘陵山地农机研究核心作者群已经形成。

表1 丘陵山地农机研究论文核心作者

作者合作发文方面，作者累计频次2 545，平均每篇2.48 人次，合作度=作者总数/论文总数=1.83，合作率=合作论文数/论文总数=0.45。作者合作规模如图3 所示，表明丘陵山地农机研究领域作者间多有合作，且多人（4 人及以上）合作的情况不少，合作度较高但合作产出占比相对较低。

图3 作者合作规模

图4 为核心作者合作图谱，节点数145，边数282，网络密度为0.027，网络传递性为0.834，点度中心势为0.071，中介中心势为0.005，说明丘陵山地农机领域作者间的合作并不紧密。从图4 中可以看出，从事丘陵山地农机研究的学者主要形成了10 人以上的三大作者合作网络，分别是C0 杨福增、刘志杰、孙景彬、潘冠廷、李政平、齐文超、徐锦大、刘琪、雒鹏鑫、李彦明、刘成良、王涛，C1 李艳大、药林桃、舒时富、叶厚专、陈立才、尹国庆、古新序、万鹏、李星、曹晓林、廖禺、潘松、温庆锟、蒋达钜、王水发、江向荣、王康军、沈显华，C2 吴伟斌、陈中武、洪添胜、高锐、张伟、严积淼、岳丹丹、何林、李沐桐、李震、陈志强、廖一玲等学者间的合作网络；5 到10 人的合作网络有9 个，分别是C3 鲍向东、张韵、许敏、陈长林、梁苏宁、闵启超、刘伟、刘锡勇，C4 赵武云、史瑞杰、戴飞、赵一鸣、曲浩、王天福、刘小龙，C5徐峰、李广宇、孟长伊、张磊、李玲玲、张云硕，C6毛恩荣、朱忠祥、杜岳峰、翟志强、陈一明、宋正河，C7 冯雪、吕金庆、马文星、王忠山、李紫辉、赵恩鹏，C8 张佩、陈玲、林蜀云、周训谦、曾山、刘春波、李官平、肖洁，C9 宁旺云、沈鹏、郑美英、孔皓、孙鹏，C10 张涛、廖敏、李平、陶金京、潘群林、林忠、湛小梅，C11 罗俊、梅林森、郭佳、赵帮泰、王义鹏；其余合作网络中作者数均小于5。

图4 丘陵山地农机研究领域核心作者合作图谱

根据上文划分的1982—2008 年、2009—2017 年、2018—2022年3个阶段，绘制发文量排名前10的作者演变趋势图（见图5），图中1、2、3分别代表3个阶段。可以看出丘陵山地农机研究领域发文量前10的作者更新变化大，只有杨福增在保持发文量排名前10的同时横跨两个发展阶段。李艳大、张韵、杨福增等在丘陵山地农机研究领域的不同阶段起到了学术带头引导的作用，随着研究的深入，不断有新的研究力量加入其中。

2.3 作者单位统计分析

1 025 篇文献的作者来源于702 家单位，作者单位累计频次为1 227，平均每家单位发文量为1.46篇，平均每篇文献的单位频次为1.20，作者单位间合作较少。发文量最多的是西南大学，48 篇，运用普赖斯公式，确定核心发文单位：，取整数6，即发文量大于等于6 的单位为核心发文单位，共30 家（见表2），其中有19 家高校，10家科学院研究所，1家企业。

表2 丘陵山地农机研究论文核心机构

图6 为核心作者单位合作图谱，节点数30，边数13，网络密度为0.029，点度中心势为0.078，中介中心势为0.036，说明丘陵山地农机领域作者单位间的合作稀疏。从图6 中可以看出，丘陵山地农机研究领域作者单位间合作网络有：西南大学与重庆市农业机械鉴定站，华南农业大学与广东省现代农业装备研究所，贵州大学、贵州省山地农业机械研究所与农业部南京农业机械化研究所，四川省农业机械研究设计院、四川农业大学与四川省农业科学院，江西农业大学与江西省农业科学院，西北农林科技大学、中国农业大学、山东农业大学、山东五征集团有限公司与中国农业科学院。说明：第一，丘陵山地农机研究领域科研合作很大程度上受限于地理位置；第二，在丘陵山地农机研究领域的合作网络中，高校占主体，科研院所其次，农机管理部门及企业占少数。

图6 核心作者单位合作图谱

2.4 期刊统计分析

丘陵山地农机研究领域的1 025 篇文献中有833篇分别发表在208 种期刊上，192 篇是学位论文。利用情报学家埃格黑的布拉德福核心区期刊数量计算公式，即：r0=2ln(eE*Y)，其中E为欧拉系数，E=0.577 2；Y为期刊最大载文量。本研究中Y=4 8，故：r0=2ln(1.78*48)=8.895，取整数9，由于第8、9、10 三种期刊载文量相同，均为20 篇，所以第10 种期刊《现代农机》可以纳入核心区期刊，即丘陵山地农机研究主题的核心区期刊共有10 种，累计载文量为296 篇，占期刊文献总量的35.53%，而核心区期刊仅占期刊总量的4.81%。由此可知，《南方农机》《农机化研究》《农机科技推广》《中国农机化学报》等10 种期刊是丘陵山地农机主题文献相对较为集中的期刊（见表3）。

表3 丘陵山地农机研究核心区期刊分布

3 丘陵山地农机研究热点分析

关键词是从文献的题目、正文或摘要中抽出的能表达文献主题内容而又具有实质意义的词语[6]。高频关键词即一段时期内一个学术领域的研究热点的反映，而关键词的变化也能在一定程度上反映该学术领域发展趋势。本文首先利用词云图分析展示丘陵山地农机领域整体的研究情况。然后，去掉高频但不能体现具体研究热点的关键词“丘陵山地”，利用VOSviewer 软件绘制丘陵山地农机研究的关键词共现图谱，并进行聚类处理，以分析丘陵山地农机研究的具体热点。最后，根据上文中划分的3 个阶段，绘制频次排名前10 的关键词演化趋势图，直观体现出丘陵山地农机研究热点发展趋势。

3.1 丘陵山地农机研究的关键词分析

对1 025 篇文献中提取到的关键词进行同义词合并去重、无意义词的删除后得到1 688 个关键词。利用COOC 软件对1 688 个关键词进行词云图绘制（见图7），可以看出：丘陵山地农机领域研究的高频关键词有“丘陵山地”“农业机械化”“山地农机”“收获机”“拖拉机”“耕地机”“运输机”“农机推广”等；丘陵山地农机领域的研究热点主要是丘陵山区农业机械化发展和围绕这一中心目标开展的一系列适用于丘陵山区耕地地形及农业生产的农机，如收获机、拖拉机、耕地机、施肥机等的研究设计、生产制造；农机推广采取的措施策略，如农机购置补贴、农机人才培养、农机社会化服务等。此外，在词云图中还可以看到马铃薯、玉米、水稻三种农作物名称，这表明了丘陵山区农业机械化发展过程中马铃薯、玉米、水稻的生产是被重点关注的。

图7 丘陵山地农机研究领域关键词词云图

3.2 丘陵山地农机研究热点分析

去掉关键词“丘陵山地”后，利用VOSviewer 软件绘制丘陵山地农机研究的关键词共现网络图谱，并进行聚类处理，得到图8。从图8 中可以得出：丘陵山地农机领域具体的研究热点可聚类归纳为农业机械化、山地农机、收获机、拖拉机、运输机、耕地机、播种机、喷雾喷灌机8个方面。

图8 丘陵山地农机研究领域关键词共现网络图谱

其中，农业机械化方面出现的高频关键词有耕地宜机化改造、贵州省、农机科研、发展战略、增加农民收入、中华人民共和国农业机械化促进法等。由此可以看出，学术界对丘陵山地农业机械化的研究主要聚焦于探索推进丘陵山地农业生产机械化发展的方法途径，如耕地宜机化改造、研发小型农机、颁布实施法规政策等。如杨思权等[7]在梳理贵州省农机化发展现状的基础上，提出完善校地合作机制、加大农机部门人才培养力度、提升农机化服务质量等发展策略。

山地农机方面，“山地农机”这一关键词是指文献中未明确是某种具体机械的农机，是小型农机具、山地农机具、微型农机、小型农业机械、小型农业作业机、丘陵农机等关键词的同义替换词。与“山地农机”一同出现的高频关键词有农机推广、农机化技术推广、农机应用、水果生产、经济作物、精细农业等。可见，这一热点研究的主要是山地农机在丘陵山区粮食、水果等经济作物种植方面的推广应用。如陈存华[8]指出小型农业机械是保障粮食单产的重要策略，是发展山区特色农产品的重要策略，要增加农机购置补贴种类，加强示范基地建设，加大科研投入力度，以加快丘陵山地小型农业机械的发展。

收获机方面，“收获机”是联合收割机、小型收割机、便携式多功能收割机、玉米收获机、马铃薯收获机、水稻联合收割机、甘蔗收割机、辣椒收获机、林果收集装置、甘蔗机械化收获、甘薯收获机、花生收获机、自走式白萝卜收获机、牧草收割机械、烟秆收割机、嫩桑收割机、荞麦捡拾收获机、折耳根收获机等关键词的同义替换词。与“收获机”一同出现的高频关键词有结构设计、田间试验、动力学仿真、可调轮距、履带底盘、升降机构、车身调平系统、分离筛、振动筛等。可见，这一热点主要是结合丘陵山地地形地貌特点和不同作物农技特性研究开发适用的收获机械。如史瑞杰等[9]针对丘陵山地胡麻联合收获空间布局有限且胡麻脱出物形状差异小、混杂程度大、清洗难度大等问题，运用CFD-DEM 联合仿真技术，研究设计的丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统。

拖拉机方面，“拖拉机”是丘陵拖拉机、调平山地拖拉机、园艺拖拉机、轮式拖拉机机组、四驱拖拉机、丘陵山地拖拉机、山地拖拉机、履带拖拉机、山地履带拖拉机、轮式拖拉机、手扶拖拉机、小四轮拖拉机、小型拖拉机等关键词的同义替换词。与“拖拉机”一同出现的高频关键词有控制系统、仿真分析、稳定性、姿态调平、传动系统、Amesim 仿真、越障性能、动力学、虚拟样机技术、性能试验、液压系统等。可见，这一热点主要是研究开发适用于丘陵山地的拖拉机，其中，稳定性和越障性能是山地拖拉机的重要性能指标。如张静等[10]、齐文超等[11]对拖拉机在丘陵山地作业时面临的安全性、作业效率、乘坐舒适性等问题，通过不同的方法提出了解决办法，即拖拉机机身自动调平。

运输机方面，“运输机”是轨道运输机、轮式运输机、山地果园运输机、农用运输机、遥控运输机、单履带运输车、自走式运输机、电动双轨运输机、牵引式运输机、去梢切断运输一体机、甘蔗田间运输车等关键词的同义替换词。与“运输机”一同出现的高频关键词有山地果园、机械设计、遥控、转向系统、CDC 阻尼器、半主动悬架、动力学分析、蜗轮蜗杆传动、皮带张紧轮、最小转弯半径、气控换挡等。可见，这一热点主要是研究开发运输机，且多是适用于山地果园的运输机，其中驱动系统和控制系统是重点研究方向。如严积淼等[12]设计了由牵引头、运输载货拖台、连杆装置和轨道组成的轨道运输机，解决了大部分竹林山高陡峭、路远弯多、作业难、成本高的问题。未来农用运输机将朝着运输全过程机械化[13]的方向发展。

耕地机方面，“耕地机”是微耕机、电动微耕机、中耕施肥机、旋耕机、深耕机、微型耕整机、耕整地机械、立式旋耕刀、小型深耕机、山地微耕机、旋耕施肥机、履带式耕播机、自走式螺旋深耕机、菱形四轮中耕机、农机深松整地、螺旋深耕、链式深耕机等关键词的同义替换词。与“耕地机”一同出现的高频关键词有模态分析、结构优化、数值模拟、功率消耗、力学特性、有限元模型、力学性能、振动分析、土壤切削、高硅铝合金、车身调平控制系统等。可见，这一热点主要是研究开发耕地机，从耕地深度分为微耕、中耕、深耕，如张富贵等[14]针对丘陵山区长期使用微耕机等造成的耕层下土壤板结问题，设计了一款小型自走式螺旋深耕机，耕深达25 cm，耕宽30 cm。从耕地方式看，如段凯等[15]的综述，旋耕刀是常见的微耕机旋耕部件最重要的组成部分，对它的研究设计已经从最初的依赖经验与理论设计到涉及材料、热处理以及有限元仿真分析的现代化研究方法，以最大限度地降低功率损耗、提高切削效率、延长刀具使用寿命。从功能整合上看，常见将施肥与耕地整合为一体。如祁禹衡等[16]结合云南丘陵山地地形复杂、红土壤黏阻大以及甘蔗种植农艺特点，设计了甘蔗旋耕施肥复合机，该复合机由旋耕刀盘、旋耕弯刀、主轴、传动装置、单圆盘匀肥器、挡板机施肥管等工作部件组成，由拖拉机提供动力，采用三点悬挂方式，可一次性完成旋耕、施肥两项作业，减少机具进地次数。

播种机方面，“播种机”是玉米播种机、油菜播种机、蔬菜播种机、免耕施肥播种机、播种器、微型播种机、精密播种机、排种器、沟播机、后插旋转式分插机构、履带式耕播机、气吸式播种机等关键词的同义替换词。与“播种机”一同出现的高频关键词有行距、水稻、精少量、春油菜、夏玉米、垄膜沟植、沟播技术、节本增效、群体生长率、工作原理等。可见，这一热点主要是研究开发用于水稻、玉米、油菜等农作物种植的播种机，行距是播种机设计开发中重要的考虑因素。如王凤花等[17]为满足丘陵山地小地块播种需求，解决机播伤种、充种效果不佳等问题，设计了可一次性完成开沟、播种、覆土作业的单行气吸式微型精密播种机。而陈宇熠等[18]则根据山地田间种植蔬菜的特点设计了主要由排肥器、挂接板、肥箱、种箱、地轮梁架、地轮等部分组成的蔬菜播种机。

喷雾喷灌机方面，“喷雾喷灌机”是喷雾机、恒压喷灌、果园喷药机、风送喷雾机、双向自动喷药、在线混药喷雾、喷药机、灌水器等关键词的统一替换词。与“喷雾喷灌机”一同出现的高频关键词有无人机、路径规划、图像识别、山地作业、自动对靶、自动驾驶、雾滴密度、布置方式、沉积量、覆盖率、涌泉根灌、调亏灌溉等。可见，这一热点主要是研究开发用于植保的喷雾喷灌机，在实现恒压喷、自动喷等功能基础上，搭载到无人机上，克服丘陵山地的地形劣势。如胡维月等[19]的综述，植保无人机机型多、作业效率高、适应性广、不受地形限制，2010 年以来在中国得以迅速发展。

3.3 丘陵山地农机研究热点发展趋势分析

根据上文划分的1982—2008 年、2009—2017 年、2018—2022 年3 个阶段，绘制频次排名前10 的关键词演化趋势图（见图9），图中1、2、3 分别代表3 个阶段。第一阶段，萌芽缓慢发展阶段，多是对丘陵山区农业生产机械化推广的探索与研究，对具体农机的研究开发较少。第二阶段，快速发展阶段，收获机、耕地机、播种机、运输机、拖拉机等关键词涌进前10，研究热点从战略层面转移至战术层面，整个学术领域更加注重对适用于丘陵山地农业生产的各种机型的研究。第三阶段，成熟稳定阶段，拖拉机与运输机两个关键词出现的频次相对第二阶段有了大幅增加，收获机、耕地机的研究热度相对稳定，同时出现新关键词控制系统。此外，可以看出，“农机推广”这一研究热点贯穿着丘陵山地农机研究的整个过程。未来，丘陵山地农机研究领域仍会以收获机、耕地机、播种机、运输机、拖拉机等各种机型为热点，不断突破各项技术难关，向着更加安全、更加高效、更加智能无人化的方向发展。同时，对农机推广应用的研究也仍具备着一定的现实必要性。

图9 频次排名前10的关键词演化趋势

4 结论与启示

本研究运用文献计量软件COOC 对中国知网、维普、万方数据库中丘陵山地农机研究领域相关文献进行可视化分析，从发文量、作者、作者单位、关键词等方面绘制图谱，结合文献计量学相关理论，分析展示该领域的研究现状及发展趋势。得到以下结论与启示：

1）当前，对丘陵山地农机的研究处于成熟稳定阶段。丘陵山区地形地貌的复杂性、农产品的多样性及其生长特性的差异性导致的农技农艺的复杂性以及更加丰富成熟的研究理论与方法，使得丘陵山地农机的研究还大有空间。

2）无论是作者间的合作，还是科研院所、高校、企业、农机管理部门等机构间的合作，均不够密切，并具有明显的地缘性。此外，处于学术领域带头核心带的作者变化大。未来，需要更多学者、专家、研发人员投入更多的时间精力钻研丘陵山地农机，需要科研院所、高校、企业、农机管理部门间加强丘陵山地农机研究领域合作的深度与广度，做到产学研用深度融合，积极推动丘陵山地农业机械科技成果的研发、转化及应用。

3）丘陵山地农机研究主要是围绕收获机、耕地机、播种机、运输机、拖拉机、喷雾喷灌机等各种机型做文章，其根本宗旨是提高丘陵山区农业生产效率、助力农业现代化。围绕这一宗旨对丘陵山地农机研发提出一系列指标：实用、安全、易操作、舒适，甚至是环保、智能。因此，未来应加强丘陵山地农机创新链的部署，一方面，高校、科研院所及生产企业要加强对丘陵山地农业机械的研发，针对丘陵山地地形地貌，结合丘陵山区特色农业农艺要求，结合新能源新技术新工艺，开发小型、省力、多功能实用的农业机械。另一方面，要大力培育丘陵山地农机实用人才，如农机手、农机维修技术人员，以大力推广丘陵山地农机的应用，从而实现最终的科技成果转化应用。为此，面向青少年群体，可将丘陵山地农机人才培育纳入中高职教育，面向青年成人群体，可建立社会培训体系，并将农机手、农机维修技术人员纳入职称评定范围，建立完善的职业发展道路。