劉文海 壽江輝 馬舜

【摘 要】雷電災害已被聯(lián)合國有關部門列為最嚴重的十種自然災害之一，被中國電工委員會稱為“電子時代的一大公害”，開展雷電防護的研究具有重要經(jīng)濟價值和社會意義。本文對近年來雷電防護領域的文獻進行分析，旨在梳理國內(nèi)雷電防護研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢與存在的問題，以此為相關的研究提供多維度的參考。

【關鍵詞】雷電防護;文獻計量;Citespace;可視化分析

眾所周知，雷電是一種自然現(xiàn)象，產(chǎn)生的高溫、猛烈的沖擊波以及強烈的電磁輻射等物理效應，使其能在瞬間產(chǎn)生巨大的破壞作用，它對人們的生產(chǎn)生活造成了極大的威脅。因此相關部門通過定期開展防雷宣傳活動，督促安裝雷電防護裝置等措施，以達到降低經(jīng)濟損失，保障人身安全的目的。但是，由于雷電的隨機性、分散性和邊遠地區(qū)的雷電防護裝置不完善等因素，使雷電災害事故頻繁發(fā)生?；诖?，近年來有許多專家學者在雷電防護領域開展了研究，取得了豐碩成果。其中，陳維江和陳家宏等[1]對電網(wǎng)雷電監(jiān)測與防護的關鍵技術進行了全面的分析，以期為相關單位提供防雷標準的制定提供參考。邊凱等人[2]通過雷電過電壓計算模型的分析，發(fā)現(xiàn)了高速鐵路接觸網(wǎng)雷擊跳閘的特性，這為牽引供電接觸網(wǎng)的鋪設提出了相應的解決對策。清華大學的陳水明等[3] 從雷電參數(shù)、分析方法和防雷措施等角度系統(tǒng)地對國內(nèi)輸電線路的雷電防護進行了研究，為我國輸電線路的建設提供了重要的理論指導。段澤民[4]主要從飛機的適航要求及相關的雷電防護試驗兩方面對我國飛機的雷電防護的現(xiàn)狀進行了詳細論述。

縱觀研究進程，鮮有學者對雷電防護領域的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進行梳理。為了厘清國內(nèi)雷電防護研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，本文基于前人的研究成果，利用文獻計量方法與可視化工具從載文量、高頻作者、研究機構、研究熱點和發(fā)展趨勢等角度對我國雷電防護的研究現(xiàn)狀與進展進行了歸納與分析，這將對下一步相關方面的深入研究具有參考作用。

一、數(shù)據(jù)獲取與研究方法

1.數(shù)據(jù)獲取

核心期刊的學術水平較高，可以反映某一領域的研究前沿與最新的科研成果。具有權威性和高價值性。本文以中國知網(wǎng)的核心期刊文獻為數(shù)據(jù)源，對2000-2018年期間的雷電防護相關的文獻進行了梳理，主題詞為“雷電防護”或者“防雷”或者“避雷”或者“雷擊防護”，時間段為2000-2018年，來源類別為核心期刊，共獲得初始文獻2071篇，為了保證分析結果的有效性，篩選掉會議、通知等與研究主題無關文獻541篇，最終獲得有效文獻1530篇。

2.研究方法

本文綜合運用文獻計量、統(tǒng)計學與數(shù)據(jù)可視化方法對雷電防護研究的現(xiàn)狀進行分析。文獻計量法是一種成熟的研究方法，通過分析所選取文獻的特征和規(guī)律等內(nèi)容，能夠揭示學術領域的研究重點及研究趨勢。其研究使用的工具有很多，其中Citespace因其強大的可視化功能受到了廣大學者的歡迎。它可以制作作者合作網(wǎng)絡、關鍵詞時區(qū)圖等知識圖譜，能直觀地反映研究領域的發(fā)展脈絡等信息[5]。而SATI作為文獻題錄信息統(tǒng)計分析工具，可以對第一作者的發(fā)文量、文獻來源等進行統(tǒng)計[6]。因此本文運用SATI對作者的發(fā)文數(shù)量進行了統(tǒng)計，并采用Citespace從文獻的載文年度、高頻關鍵詞、核心作者等方面進行了分析，以期深入剖析雷電防護的研究現(xiàn)狀，揭示其研究熱點和前沿，為后續(xù)研究提供幫助。

二、數(shù)據(jù)分析

1.文獻數(shù)量時間分布

雷電防護相關研究的文獻數(shù)量時間分布如圖1所示。發(fā)現(xiàn)2000-2005年期間文獻數(shù)量維持一相對穩(wěn)定的趨勢，每年相關發(fā)文量40～65篇;從2005年到2009年文獻數(shù)量呈現(xiàn)一增長趨勢，說明了該時期雷電防護安全越來越受到社會的關注。2010-2018年的文獻數(shù)量呈下降趨勢，但幅度不大。但總體來講，2010-2018年間雷電防護領域的文獻數(shù)量已到達了一定規(guī)模，說明我國的雷電防護研究已具有一定的成熟度。

2.文獻發(fā)表學科和期刊分布

載文量排名前10的期刊分別是《電瓷避雷器》《高電壓技術》《電氣應用》《高壓電器》《電網(wǎng)技術》《氣象科技》《低壓電器》《中國電力》《農(nóng)村電氣化》《鐵道通信信號》，占統(tǒng)計文獻的58.5%，說明雷電防護領域的核心期刊發(fā)布群較為穩(wěn)定。其中，《電瓷避雷器》和《高電壓技術》分刊載251篇和234篇，各占總載文量的16.4%和15.3%。期刊的影響因子對于研究人員論文的投稿和預測學科的發(fā)展變化趨勢有著指導作用，影響因子越大，則其在科技進步和文獻交流過程中的作用和影響相對越大[7]，影響因子大于1的有《氣象科技》《高電壓技術》《中國電力》《高壓電器》《氣象科技》5種期刊，表明這些刊物的學術質量較高，其中《高電壓技術》和《電網(wǎng)技術》的影響因子最高，分別為3.295和4.470，說明它們?yōu)槔纂姺雷o領域的學者們提供了便捷的學術交流的平臺，從而有利于雷電防護技術研究的深入。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)雷電防護領域絕大部分文獻發(fā)表在工學或理學領域的期刊，并且工學領域涉及到的期刊更多，反映出國內(nèi)對于雷電防護技術的側重應用，而對基礎性的研究有待進一步加強。

3.研究者分布

（1）作者頻次統(tǒng)計分析

第一作者一般在科研活動中發(fā)揮重要作用，所以利用SATI對第一作者頻次進行了統(tǒng)計分析，得出排名前五的作者為廣西大學的王巨豐（26篇）、南京南瑞集團公司的趙淳（10篇）、重慶大學的司馬文霞（8篇）、南京南瑞集團公司的陳家宏（7篇）、西南交通大學的李瑞芳（7篇）。通常來講，作者發(fā)文的數(shù)量越多，則其在某領域的學術影響力和研究能力就越強，因此本文統(tǒng)計了發(fā)文量15篇及以上的作者人數(shù)，共有13位。他們分別是：王巨豐（廣西大學40篇）、谷山強（南京南瑞集團公司34篇）、趙淳（南京南瑞集團公司28篇）、陳家宏（南京南瑞集團公司26篇）、陳維江（國家電網(wǎng)公司25篇）、曹曉斌（西南交通大學23篇）、何金良（清華大學23篇）、司馬文霞（重慶大學23篇）、李景祿（長沙理工大學21篇）、文習山（武漢大學20篇）、李瑞芳（西南交通大學17篇）、劉剛（南方電網(wǎng)科學研究院16篇）、蘇杰（南京南瑞集團公司15篇）。廣西大學的王巨豐、清華大學的何金良、南京南瑞集團公司的谷山強、趙淳、陳家宏等人發(fā)文量較多，他們是我國雷電防護領域的旗幟和標桿，為我國雷電防護研究做出了卓越貢獻。

根據(jù)普萊斯定律[8] 對核心作者的定義，即依據(jù)核心作者的最低發(fā)文量來統(tǒng)計，其公式為：m=0.749*（Nmax）0.5，m為核心作者發(fā)表的最低論文數(shù)，Nmax為所有作者中最高發(fā)文數(shù)，可得雷電防護的核心作者最低發(fā)文數(shù)m≈5。經(jīng)統(tǒng)計，發(fā)文5篇以上的作者有為108位，占作者總量的4.1%，遠低于普賴斯定律規(guī)定的理論值50%，說明雷電防護領域的核心作者群體沒有形成。

（2）作者合著網(wǎng)絡分析

本文運用Citespace以作者為節(jié)點得到作者合作圖譜如圖3所示。結果顯示網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量為210，連線數(shù)量為236，網(wǎng)絡密度為0.0108。圖譜中節(jié)點的大小反映作者的中心性，節(jié)點的連線的粗細反映作者合作關系的緊密性，網(wǎng)絡密度則代表合作程度的高低。由表2可知，發(fā)文量較多的作者其所處的機構也大都相同，通過圖3，我們也清晰地觀察到谷山強和趙淳等、曹曉斌和李瑞芳等都為同一單位，以他們?yōu)橹行男纬傻目蒲袌F隊連線較粗，合作緊密，說明了其交流頻繁，形成了具有特色的研究團隊。其他較大的科研團隊還有以廣西大學的王巨豐為中心、以國家電網(wǎng)公司的陳維江和清華大學何金良為中心、以長沙理工大學的李景祿為中心和以重慶大學的司馬文霞為中心組成的群落。可以發(fā)現(xiàn)，研究者多是在本單位或者公司系統(tǒng)內(nèi)進行合作，不同單位的學者之間的連線較少，所以從總體來看，雷電防護方面的研究者與其他單位或區(qū)域的學者合作較少，從而導致該領域突破性的研究成果較少，對前沿領域的研究進展緩慢。

4.機構分布分析

研究機構的發(fā)文量排名前五的是中國電力科學研究院、南京信息工程大學、武漢大學、長沙理工大學和廣西大學，它們都是由隸屬于國家電網(wǎng)公司的單位和高校組成的，說明科研機構和高校是我國防雷技術的主要研發(fā)力量。其中，南京信息工程大學是我國首個開辦雷電防護科學與技術專業(yè)的高校，為我國雷電防護領域創(chuàng)新人才的培養(yǎng)起到了舉足輕重作用。而國家電網(wǎng)公司作為控制國家能源的骨干企業(yè)更是為我國電網(wǎng)的建設和保障做出了巨大貢獻。

同樣，以發(fā)文機構為節(jié)點得到機構合作網(wǎng)絡圖譜，圖中節(jié)點的圓圈越大，則其發(fā)文量越多，越處于中心地位。由圖3可知，以國家電網(wǎng)公司和中國電力科學研究院、武漢大學電氣工程學院和國網(wǎng)電力科學研究院、南京信息工程大學和重慶市防雷中心等機構為主體組成了數(shù)個以高校和科研部門為主的合作團體，這些機構間的連線較為緊密，在高速鐵路的雷電防護[9]、輸電線路防雷性能的評估[10]、風力發(fā)電機的防雷接地技術等方面皆有深入的研究。從作者合作關系可以看到，雷電防護領域的研究者較多，但彼此間合作度不高，這在一定程度上對機構的合作網(wǎng)絡也產(chǎn)生了影響，合作圖的網(wǎng)絡密度僅為0.0069，這反映了機構間的連線不緊密，形成合作的團體較少。

對發(fā)文機構的分布分析有助于學者快速掌握該領域的研究群體。從機構所處的地理位置可以看出雷電防護研究機構的地域分布不平衡，主要集中于北京、湖北、廣東以及江蘇等經(jīng)濟相對發(fā)達的地區(qū)，而西部的青海省、西藏自治區(qū)等省區(qū)的研究成果較少。一方面是因為我國的雷電災害主要分布于在東南地區(qū)和華北地區(qū)，所以這些區(qū)域對雷電安全的研究較多;另一方面，東部地區(qū)科研資金也相對充足一些，教育資源較為豐富，高質量的人才較多，使東部機構的科研能力相對強大。而西部地區(qū)研究機構基礎設施和人才都相對缺乏，機構間交流不頻繁，科研成果也較少。

三、研究熱點分析

文獻的關鍵詞是對研究內(nèi)容的高度概括，能反映出研究領域的研究熱點與研究方向[12]。我們對文獻中的關鍵詞進行了梳理，排名前30的高頻關鍵詞如表1所示。由表1可知， 頻率最高的是“防雷”，其次為“輸電線路”“耐雷水平”“防雷措施”“避雷器”“接地電阻”“雷擊”“接地”等，所以近年來該領域的熱點主題主要集中在防雷的方法與技術、防雷產(chǎn)品和與雷電相關的物理現(xiàn)象等方面，這些主題得到了研究者持續(xù)的關注。關鍵詞的中心度代表其重要程度，表中關鍵詞的中心性超過0.2的有“耐雷水平”“防雷保護”“雷電流”“雷擊跳閘率”“并聯(lián)間隙”“電極電阻”“電氣保護”“避雷器”和“繞擊”等，這些關鍵詞對于支撐雷電防護研究的整體架構起到了主要作用，具有可挖掘的研究潛力和巨大的研究價值。我們發(fā)現(xiàn)，2012年的關鍵詞出現(xiàn)了“ATP-EMTP”和“電弧”，ATP-EMTP是一款電磁暫態(tài)仿真軟件，其功能強大，通過建立輸電線路雷擊過電壓仿真模型，可以為配電線路的耐雷水平的提高以及減少雷擊跳閘事故提供參考。隨著防雷新技術和新方法的涌現(xiàn)使配網(wǎng)線路的防雷性能逐漸提高，通過滅弧防雷間隙裝置可以抑制電弧，降低雷電災害造成的損失。這表明電子信息技術的融入和雷電防護研究的不斷深入使輸電線路、電力和電器等設備抵御雷電災害的能力也不斷增強。

對關鍵詞出現(xiàn)5次以上的高頻關鍵詞我們采用CitespaceV繪制了共現(xiàn)圖譜，如圖4所示。從圖4中可以看出，節(jié)點較大且與其他研究主題之間的連線較為緊密的關鍵詞有“雷電防護”“雷擊”“耐雷水平”“防雷措施”“電氣保護”“避雷器”“輸電線路”“雷電流”等，它們是研究的熱點與核心主題，學者對這些研究對象很重視。一方面說明了近年來關于雷電防護研究的中心比較固定;另一方面也反映學者越來越注重應用交叉學科的知識來進行雷電安全的研究。處在網(wǎng)絡邊緣的關鍵詞，比如模擬實驗、差異化防雷、雷電監(jiān)測、滅弧防雷間隙等，與其它關鍵詞之間的聯(lián)系較少，但也代表了較為新興或處于前沿的研究領域?？傊壳袄纂姺雷o研究已形成體系化，且相關研究主題之間的連線較為緊密。

四、發(fā)展趨勢分析

關鍵詞時區(qū)圖譜可以直觀的反映研究領域各時期的主要研究方向與研究熱點，對其進行分析可以掌握該領域的研究前沿和發(fā)展態(tài)勢。我們采用CiteSpace，選擇視圖顯示類型為“Timzone”，時間切片為2，得到關鍵詞時區(qū)圖譜圖。發(fā)現(xiàn)將演化路徑圖譜與學術文獻相結合，可將2000-2018年間的雷電防護研究分為3個階段：

基礎性研究階段（2000-2005年）1999年通過的《中華人民共和國氣象法》指出：氣象部門要加強雷電災害的防護工作以及相關防雷裝置的監(jiān)測管理工作。至此，雷電防護研究逐步邁入全面化、體系化的發(fā)展階段。從圖譜中可以看到，許多的高頻關鍵詞都出現(xiàn)在2000-2005年這個階段，比如防雷、耐雷水平、輸電線路、避雷器、雷擊、防雷措施、雷擊跳閘率、雷電防護、電涌保護器、建筑物等關鍵詞，它們既是研究的熱點也是研究的發(fā)展趨勢。這一時期的研究焦點主要從防雷裝置與防雷技術的視角展開，說明電力、交通、通訊、建筑等行業(yè)基礎設施的防雷研究一直是學者關注的熱點話題。該時期的學者發(fā)文量雖然較少，卻為后續(xù)的研究奠定了基石。張志勁、司馬文霞等人利用改進的電氣幾何模型對超特高壓線路繞擊耐雷性能進行分析，為有效降低輸電線路的跳閘提供了理論指導。趙海翔、王曉蓉風電機組的雷擊機理與防雷技術進行了較全面的闡述。他們是我國防雷領域較早的研究者，為我國的雷電防護事業(yè)的發(fā)展注入了強大的動力。

快速發(fā)展階段（2006-2011年）節(jié)點較大的關鍵詞為電氣幾何模型、智能建筑、雷電定位系統(tǒng)、雷電監(jiān)測、雷電災害、地閃密度、配電線路、特高壓和ATP-EMTP等。可以發(fā)現(xiàn)，這一階段學者對雷電災害和雷電防護技術的研究與探討依然是研究重點，此外，對雷電定位和監(jiān)測技術以及智能建筑也開始大量的研究，這是由于傳統(tǒng)防雷技術和方法已經(jīng)無法滿足智能化建筑和社會對更高級的防雷產(chǎn)品的需求，對新產(chǎn)品、新技術的需求提上了日程。同時防雷領域研究方法的改進以及電子信息技術的應用使傳統(tǒng)的防雷技術得到了較大的革新。學者們也在積極的探索新的防雷技術，例如馬明[15]等人對我國雷電災害及其相關因素進行分析，指出了雷電災害的成因及分布規(guī)則，為我國的防雷工作提供了理論基礎。楊慶、王荊基于ATP-EMTP，建立了計及沖擊電暈影響的輸電線路雷電過電壓仿真模型，對線路的防雷保護提供了重要的數(shù)據(jù)參考。從關鍵詞的演變可以看出：防雷技術日益呈現(xiàn)出智能化、一體化和交叉學科多元化的發(fā)展態(tài)勢，并且今后防雷研究將朝著預測預警方向不斷發(fā)展。一方面是因為社會的需求與防雷行業(yè)的發(fā)展;另一方面也與政府部門加大對防雷工作的重視有直接關系，中央近年來出臺了諸多與防雷相關的法律法規(guī)，并增加了科研資金的投入，對防雷領域的研究者起到了很好的激勵作用，從而使該時期發(fā)文量迅速增加。

研究的深化階段（2012-2018年）研究熱點轉變?yōu)轱L險評估、雷電侵入波、高速鐵路、接觸網(wǎng)、復合材料桿塔、差異化防雷、滅弧防雷間隙、風電場等。可以看出，相較于前幾年，在繼續(xù)對雷電防護技術的相關研究外，這一時期高速鐵路和新材料、新能源等高新技術產(chǎn)業(yè)的防雷成為學者們研究的切入點，對雷電災害的風險評估也有了更加深入的探究，并且研究內(nèi)容逐漸細化和拓展。高速鐵路是近年來國家的重點項目，研究人員緊跟時代的步伐，發(fā)表了許多的高質量的論文：周利軍基于相關數(shù)據(jù)對高鐵路牽引供電系統(tǒng)的雷電防護進行了研究。向念文、陳維江等人通過地閃放電數(shù)據(jù)對京滬鐵路的雷電分部進行統(tǒng)計，對確保鐵路的雷電防護起到了積極作用。隨著信息技術的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時代的到來，信息技術勢必越來越多的運用到雷電防護，相關的實驗設備必將更新?lián)Q代，在此過程中航空航天等高新技術領域轉變?yōu)榱搜芯空叩膶檭?。段澤民[20]對國內(nèi)外飛機的雷電防護進行了論述，為航空器的雷電防護提供了參考。司曉亮、李志寶[21]等人對碳纖維復合材料進行了實驗，通過模型對比得出了適合復合材料的雷擊防護方式。可以預測隨著技術的革新和研究條件的日趨完善，雷電防護研究的成果會日益顯著，雷電防護的理論研究與實際應用相結合的進程會不斷加快。

總體來看，隨著時間的推移和現(xiàn)代技術的發(fā)展，防雷領域的研究熱點也在不斷演進，相關研究也在不斷擴展和深化。無論是在防雷研究方法、雷電監(jiān)測還是雷電風險評估等方面，我國的雷電防護研究已經(jīng)取得了豐富的成果。從發(fā)展動向來看，學者越來越注重理論與實際應用的結合。在未來一段時間內(nèi)，高新技術產(chǎn)業(yè)群和國家的重點項目將成為學者們關注的重要對象。防雷技術將朝著更加智能化、精細化的方向深入。

五、結論

本文以2000-2018年CNKI數(shù)據(jù)庫中有關雷電防護的文獻為依據(jù)，利用可視化工具SATI和CiteSpace等軟件對載文量、核心作者、相關機構、高頻關鍵詞等內(nèi)容進行了統(tǒng)計分析，得到了以下結論：

首先，從總體來看，雖然近年來雷電防護研究的發(fā)文量有下降趨勢，但發(fā)文量始終處于高位，并且有一個較為平穩(wěn)的態(tài)勢。這表明我國雷電防護的研究人員已經(jīng)形成了較大的規(guī)模并取得了可喜的成績。在主要發(fā)文期刊中，防雷領域已經(jīng)形成了核心刊物群，便于學者之間展開合作與學術交流，并且防雷技術的研究更加偏向工學領域。防雷技術受到較多研究者關注，并已經(jīng)形成了幾個較大的作者合作團體，但合作較為松散，尚未形成穩(wěn)定的核心作者群體。從機構分布來看，國家電網(wǎng)公司和高校是國內(nèi)雷電防護研究的中堅力量，但機構間合作較為缺乏。另外，發(fā)文機構的區(qū)域分布極不平衡，東部地區(qū)機構的發(fā)文量與合作度都明顯優(yōu)于西部地區(qū)。其次，從研究熱點看，發(fā)現(xiàn)目前我國的雷電防護研究熱點主要分為三個方向。一是研究技術與方法，研究者大膽運用新方法和新技術開展雷電防護實驗，實驗過程也更加規(guī)范和嚴謹，這不僅體現(xiàn)了國家對科研的重視，更反映了國家對實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的決心和堅定的信念。二是防雷產(chǎn)品在不同領域和行業(yè)的應用，包括電力等傳統(tǒng)行業(yè)和新能源、航空航天等高新技術產(chǎn)業(yè)領域的應用。三是對雷電物理現(xiàn)象的研究，例如對電磁感應、雷電流等方面。

最后，從研究脈絡看，發(fā)現(xiàn)研究的主要路徑從對基礎性的防雷裝置和防雷技術的探究，漸漸地轉向對雷電定位系統(tǒng)、雷電監(jiān)測的研究，同時，ATP-EMTP等電子信息技術也不斷的應用到了防雷技術的研究，提高了研究的精確性和科學性。近幾年，高速鐵路、復合材料、風力發(fā)電和航空航天等高新技術產(chǎn)業(yè)成為了雷電安全重要的研究對象，這與政府制定的產(chǎn)業(yè)結構調整和供給側結構性改革是緊密聯(lián)系的。可以發(fā)現(xiàn)，在雷電防護這條研究主線的基礎上，每個時間段雷電防護研究的關鍵節(jié)點都是在國家的有關政策框架下展開研究。

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