楊 薇，欒維新，曹月朦

（大連海事大學航運經(jīng)濟與管理學院，遼寧大連 116026）

1 研究背景

深海是21 世紀國際海洋戰(zhàn)略博弈和大國角力的四大戰(zhàn)略空間1）之一，深潛技術作為海洋開發(fā)、保護和海洋技術發(fā)展的至關重要一環(huán)，為國家經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、保障國家安全提供了堅實保障。深海潛水器是深潛技術發(fā)展的主要載體，包括載人潛水器和無人潛水器兩類。在海洋強國目標和“一帶一路”倡議的推動下，“十三五”期間中國以“三龍”為代表的深海運載裝備系列已初具規(guī)模，即以“蛟龍”號為代表的載人潛水器、以“海龍”號系列為代表的無人有攬自治潛水器和以“潛龍”號系列為代表的無人無攬自治潛水器，在深海裝備領域取得了一批具有國際影響的重大成果［1］，為中國深海高科技的發(fā)展作出了歷史性的貢獻。

對一個科技研究領域的歷史和知識進行梳理，對于奠定該領域基礎和促進其發(fā)展是一項很重要的工作。國內(nèi)學者對深潛技術研究起步于20 世紀70年代，近10年來相關文獻數(shù)量增長迅猛。以往對深潛技術的研究多聚焦在微觀技術層面或科普等方面，對深潛技術發(fā)展歷史宏觀計量的分析研究寥寥，目前尚未發(fā)現(xiàn)從技術分類角度對深潛技術進行計量研究。韓國元等［2］對2005—2014年包括深潛技術在內(nèi)的中國深海技術發(fā)展歷程進行了研究，是針對深海技術少見的量化探索，但其研究重點不在于深潛技術。

鑒于此，本研究運用文獻計量、支持向量機（support vector machine，SVM）聚類分析以及網(wǎng)絡可視化分析方法，對中國深潛器技術研究近40年（1980—2018年)的學術成果進行較為全面的梳理與統(tǒng)計分析，以期厘清中國深潛技術的發(fā)展脈絡和研究現(xiàn)狀，追蹤研究熱點，探尋制約中國深潛器技術發(fā)展的主要瓶頸，為推動中國深海高科技健康發(fā)展提供有益借鑒。

2 數(shù)據(jù)處理與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

研究數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫的中文文獻。CNKI 數(shù)據(jù)庫以《中國學術期刊(光盤版)》全文數(shù)據(jù)庫為核心，收錄資源包括期刊、博碩士論文、會議論文、報紙等學術與專業(yè)資料，覆蓋廣泛學科范圍，其收錄的文獻能夠反映科技前沿的發(fā)展動態(tài)。深潛技術分為直接技術和間接技術，本研究選擇屬于間接技術的深潛器為研究主題。在CNKI 數(shù)據(jù)庫中，以“深潛技術”“深潛器”“載人深潛器”“水下機器人”“ROV”“HOV”“AUV”“UUV”等為關鍵詞，在文獻分類目錄里以基礎科學、工程科技為主進行檢索，文獻類型以期刊論文為主，檢索時段為1980—2018年的相關技術文獻，共搜索得到文獻1 326 篇，經(jīng)過去重及排除應用類、綜述類以及不相關主題論文，獲得有效文獻記錄811 篇（以下簡稱“樣本文獻”）。

為便于辨析機構性質(zhì)及準確分析協(xié)同創(chuàng)新效應，對研究機構的處理方法如下：（1）采取一級機構名稱與歸類，例如大學的相關學院均以大學為一級機構；中國船舶重工集團公司702 所的別稱為“中國船舶科學研究中心”，連同中國船舶重工集團公司（以下簡稱“中船重工集團”）其他分所（701、704、712、714、725）一并歸類至中船重工集團一級機構之內(nèi)。（2）各相關軍隊機構均歸類為軍隊系統(tǒng)。（3）機構名稱有所變更的均以最新機構名稱為準進行合并統(tǒng)計，如原哈爾濱船舶工程學院于1994年更名為“哈爾濱工程大學”等。

2.2 研究方法

2.2.1 運用SVM 算法的聚類分析

對專利文本的聚類分析是近年來較為成熟的分類分析方法之一，為本研究提供了有益借鑒。深海潛水器技術是多學科多種技術的綜合集成，這一領域內(nèi)的文獻分屬于不同的技術模塊，對相關文獻分門別類，有助于分析深潛技術的研究結(jié)構特征、追蹤研究熱點及發(fā)現(xiàn)研究薄弱環(huán)節(jié)。SVM 算法為實現(xiàn)這一目的提供了技術支持。SVM 算法又稱為支持向量機，是一種二分類模型的計算機軟件，對其中的部分程序語言修改之后可用作多類別問題的分類。本研究采取建立技術分類體系和關鍵技術主題，從文獻數(shù)據(jù)中識別和篩選屬于各技術類別與技術主題的高頻關鍵詞，制定基于關鍵詞與所屬技術類別相匹配的文獻檢索策略，利用SVM 算法將樣本文獻歸類至相應的技術類別中，以獲取各技術類別的分類數(shù)據(jù)。

在建立技術分類體系的過程中，主要參考了美國國防部制定的《2007—2032年無人系統(tǒng)路線圖》所列潛水器關鍵技術［3］，以及國內(nèi)學者關于潛水器（載人潛水器和無人潛水器）技術的研究文獻［4-7］，并進行了兩輪專家訪談和高頻關鍵詞篩選，將深潛器的技術系統(tǒng)劃分為八大類11 個子系統(tǒng)，即結(jié)構系統(tǒng)、材料系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、導航與通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、探測與作業(yè)系統(tǒng)、潛浮與應急拋載系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)（僅適用載人深潛器），包含65 個關鍵技術主題、84 個關鍵詞（見表1）。

表1 深潛器技術分類體系、關鍵技術主題及關鍵詞檢索策略

表1 （續(xù)）

2.2.2 網(wǎng)絡可視化分析

從樣本文獻中提取文獻來源主體（發(fā)文機構和作者），運用Bibexcel 軟件對機構和作者之間的合作進行頻次統(tǒng)計和共現(xiàn)矩陣計算，然后利用Pajek 軟件對共現(xiàn)矩陣進行知識圖譜的可視化繪制，得到發(fā)文機構和作者的合作網(wǎng)絡圖。利用社會網(wǎng)絡分析工具UCINET 進行分類技術不同年度熱點變化、不同性質(zhì)機構獨立與合作發(fā)文等可視化分析。

3 深潛技術計量研究

3.1 總體研究趨勢

1980—2018年，中國深潛器技術領域共發(fā)表論文811 篇，其間除1993年為發(fā)文數(shù)量空白點外，其他年份均保有一定的增量，深潛器技術研究總體上得到持續(xù)關注，且階段性研究特點顯著，可將其劃分為萌芽期、儲備期和快速成長期3 個階段，如圖1 所示。

圖1 中國深潛技術研究總體趨勢

第一階段為萌芽期（1980—1999年），文獻量僅為68 篇，占樣本文獻總量的8.4%，年均發(fā)文3.4篇。這一時期，中國深潛技術研究的逐步興起主要受國際深海資源勘探開發(fā)外部環(huán)境的影響，無人潛航器在海洋石油開采領域大顯身手，海底區(qū)域“跑馬圈地”運動已初步展開。1990年，中國獲準在聯(lián)合國登記為國際海底先驅(qū)投資者，獲得了太平洋海域15 萬km2的多金屬結(jié)核開辟區(qū)（分布于水深4 000 m～6 000m 的區(qū)域）［7］，引發(fā)了國內(nèi)發(fā)展大深度潛水器的現(xiàn)實需求。

第二階段為儲備期（2000—2009年），共有文獻131 篇，占樣本文獻總量的16.2%，較前期呈現(xiàn)大幅增長，年均發(fā)文13.1 篇。這一時期，中國深潛技術研究步伐較前期有所加快主要得益于國內(nèi)兩個標志性事件的推動：一是2002年大深度載人潛水器（“蛟龍”號）作為國家“十五”期間“863 計劃”重大專項正式立項；二是2006年《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將發(fā)展海洋技術確定為5 個戰(zhàn)略重點任務之一，明確了海洋科技的著力點和主攻方向，相應的，研究海洋技術的機構參與數(shù)量和跨機構合作研究的頻次逐漸增多，部分核心技術取得了突破性進展，如深潛器專用鋅銀蓄電池研制成功，中國掌握了大深度載人深潛器總體設計和集成技術等［5］，為“蛟龍”號深潛器的研制累積了必要的技術儲備。

第三階段為快速成長期（2010—2018年），文獻量高達612 篇，占樣本文獻總量的75.4%，較前期呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，且保持在高位上下震蕩，年均發(fā)文68 篇。這一時期，中國深潛技術文獻較前期大幅增長源于國內(nèi)外多種因素的推動：國內(nèi)方面，2012年黨的十八大首次提出建設海洋強國目標，同年“蛟龍”號載人深潛器成功下潛7 062m 取得了關鍵技術的突破；2016年習近平總書記明確提出“深海進入、深海探測、深海開發(fā)”三部曲發(fā)展戰(zhàn)略，進一步指明了深海技術的發(fā)展方向。國際方面，2010年以來世界各國搶占國際海底資源的態(tài)勢明顯加劇，從2000年開始的10年間，國際海底管理局僅收到和核準了8 份海底礦區(qū)申請，而2011年至2014年的4年間，已經(jīng)有26 份海底礦區(qū)申請獲得批準；與此同時，深海空間資源的國際軍事博弈引發(fā)了軍用自主潛航器密集開發(fā)的熱潮。在此背景下，國內(nèi)有關深海資源勘探開發(fā)（油氣、礦產(chǎn)等）技術研究成果迅速增多，關于軍用深潛器技術的無人潛航器（UUV）研究文獻大量涌現(xiàn)（占同期文獻量32%），中國深潛技術研究進入快速發(fā)展的“黃金時期”。

3.2 研究熱點分析

3.2.1 分類技術熱點由表1 可見，利用SVM 算法對樣本文獻所屬技術類別歸類統(tǒng)計顯示，研究熱點主要集中在導航與通信（199 篇）和結(jié)構（195 篇）系統(tǒng)技術方面，在這兩個系統(tǒng)技術方面的研究較為廣泛和深入，文獻量分別占樣本文獻總量的24.5%和24.1%；對控制（142 篇）、作業(yè)與探測（101 篇）、動力（89篇）和潛浮與應急拋載（66 篇）系統(tǒng)技術進行了一定的研究，文獻量分別占樣本文獻總量的17.5%、12.5%、10.9%和8.1%；相較而言，材料（15 篇）、生命支持（4 篇）系統(tǒng)技術方面文獻較少，文獻量分別僅占樣本文獻總量的1.9%和0.5%。反映出中國深潛技術研究較為重視導航與通信、結(jié)構系統(tǒng)等技術的研究，而對材料、生命支持系統(tǒng)等技術缺乏應有的關注，技術研究結(jié)構的均衡性不足。

3.2.2 分類技術熱點變化

對樣本文獻中各分類技術文獻的年度分布進行可視化分析，如圖2 所示，其中圓圈內(nèi)數(shù)值代表對應年份的技術系統(tǒng)文獻數(shù)量，如1980年結(jié)構系統(tǒng)技術領域有文獻2 篇，動力系統(tǒng)與控制系統(tǒng)技術領域各有文獻1 篇。從圖2 可以看出，結(jié)構、控制和動力系統(tǒng)技術是持續(xù)的研究熱點；導航與通信、潛浮與應急拋載、作業(yè)與探測系統(tǒng)技術方面的文獻在近10年左右增量顯著；材料系統(tǒng)技術一直處于間歇性研究低位；生命支持系統(tǒng)技術直至2010年才出現(xiàn)相關文獻［8］，距結(jié)構系統(tǒng)技術較早刊出的文獻［9］兩者時間跨度長達30年。反映出中國深潛技術在不同時期研究的側(cè)重點有所不同，具有部分技術系統(tǒng)關注度高、低差異性明顯等特點。

圖2 深潛技術分類的樣本文獻年度分布

3.3 主要研究力量

3.3.1 主要研究機構及合作情況

（1）主要研究機構概況。根據(jù)樣本文獻可知，1980—2018年間中國從事深潛技術研究的機構約有201 家，按性質(zhì)可以分為企業(yè)、高校、研究所和軍隊系統(tǒng)4 類，發(fā)文量排名前10 位的機構如表2 所示。其中：軍隊系統(tǒng)的文獻量占34.8%，成為中國深潛技術研究的主要力量，反映出滿足軍事需求是中國深潛技術研究的重要目標導向和驅(qū)動引擎；高校發(fā)揮著重要作用，如哈爾濱工程大學、上海交通大學（中國深潛器研究“搖籃”）是中國深潛技術研究的傳統(tǒng)高校，西北工業(yè)大學為新晉之秀，發(fā)文排名第7位的中國科學院也是不可或缺的中堅力量。

表2 1980—2018年中國深潛技術研究發(fā)文量前10 位機構

（2）主要機構合作情況。通過Pajek 軟件對樣本文獻的發(fā)文機構進行分析，得到深潛技術研究機構合作網(wǎng)絡，如圖3 所示，其中圓圈越大表示機構合作的次數(shù)越多。圖3 反映出哈爾濱工程大學、中船重工集團、西北工業(yè)大學等處于網(wǎng)絡的核心位置，有較多的鏈接關系；中船重工集團、西北工業(yè)大學、軍隊系統(tǒng)、海軍工程大學、哈爾濱工程大學、中國石油總公司、上海交通大學以及中國船舶科學研究中心的聯(lián)系較為緊密，說明這些機構之間的合作程度較高，具有明顯的影響力優(yōu)勢，其他機構的合作程度遜之；此外還顯示出同系統(tǒng)（如海軍工程大學與海軍兵種指揮學院，軍隊系統(tǒng)）和同區(qū)域（如中國船舶科學研究中心與上海交通大學、上海海洋大學）開展合作研究居多，顯示出中國深潛技術研究的系統(tǒng)性和區(qū)域集聚性特點。

圖3 1980—2018年樣本文獻的發(fā)文機構合作網(wǎng)絡

（3）不同性質(zhì)機構的合作情況。對樣本文獻中不同性質(zhì)機構獨立與合作發(fā)文情況進行可視化分析，如圖4 所示，其中圓圈內(nèi)的數(shù)字表示某種性質(zhì)的機構在對應技術系統(tǒng)的文獻數(shù)量。從圖4 可見，排名前4 位的合作形式分別是“企業(yè)-高?！薄案咝?高?！薄把芯克?高?！焙汀败婈?高?！?，其文獻量分別占合作發(fā)文總量（213 篇）的38.5%、18.3%、15.9%和12.2%，表明高校是深潛技術領域合作研究的主力，企業(yè)、研究院所和軍隊系統(tǒng)是合作研究的重要參與者。其中，哈爾濱工程大學、上海交通大學和西北工業(yè)大學這3 所高校分別于2012年、2013年、2016年先后成立了3 個產(chǎn)學研一體化的協(xié)同創(chuàng)新中心之后，創(chuàng)新能力大為提升，承擔了國內(nèi)深潛器研制“863 計劃”、“973 計劃”、國家重大科技專項的大部分任務。

圖4 1980—2018年樣本文獻的發(fā)文機構研究合作類型分布

值得關注的是，圖4 顯示圓圈較大的部分是四大創(chuàng)新主體，即高校、企業(yè)、研究所、軍隊系統(tǒng)的獨立研究發(fā)文量，占比依次為46.4%、16.6%、6.6%、4.2%，合計高達73.8%；而合作研究發(fā)文量僅占樣本文獻總量的26.2%，其中產(chǎn)學研(或產(chǎn)學研用)結(jié)合的發(fā)文占比僅為14.1%（含三大高校協(xié)同創(chuàng)新中心成果和軍隊系統(tǒng)與“企業(yè)+高校+研究所”的協(xié)作成果等），反映出產(chǎn)學研合作嚴重不足，合作研究尚未形成規(guī)模效應。另外，對八大技術系統(tǒng)的機構合作研究頻次的統(tǒng)計顯示，合作頻次較多的依次是結(jié)構（24.4%）、導航與通信（22.9%）、作業(yè)和探測（17.1%）、控制（15.1%）和動力（12.2%）系統(tǒng)技術，合作頻次較少的是潛浮與應急拋載（6.8%）和材料（1.5%）系統(tǒng)技術，而生命支持系統(tǒng)技術尚未開展機構間的合作研究，表明八大類技術系統(tǒng)受機構開展合作研究的關注程度不同。

3.3.2 重點研究作者及合作情況

樣本文獻的作者約有1 646 位，發(fā)文量排名前10 位的作者排序如表3 所示，主要來自高校，以哈爾濱工程大學居多，少數(shù)來自企業(yè)（中船重工集團），他們是中國深潛技術研究的核心人才。

表3 1980—2018年中國深潛技術發(fā)文量前10 位作者

通過Pajek 軟件對樣本文獻中發(fā)文數(shù)量大于5篇的作者進行合作網(wǎng)絡分析，得到中國深潛技術研究作者合作網(wǎng)絡，如圖5 所示，其中圓圈越大表示合作的次數(shù)越多，主要有嚴浙平、宋保維、邊信黔、崔偉成、趙玉飛、周佳加、葛彤等作者。經(jīng)過近40年的歷練，中國深潛技術領域逐漸形成了一批具備科研實力的研發(fā)團隊，其中合作發(fā)文較多的有東部地區(qū)中船重工集團的徐芑南、崔偉成團隊和上海交通大學朱繼懋（“中國深潛器之父”）、葛彤團隊，中部地區(qū)哈爾濱工程大學的嚴浙平、邊信黔、徐玉如（“中國智能水下機器人之父”）團隊，西部地區(qū)西北工業(yè)大學的宋保維團隊等，形成了深潛技術領域較為穩(wěn)定的研究者合作網(wǎng)絡。

圖5 1980—2018年中國深潛技術研究者合作網(wǎng)絡

4 研究結(jié)論

（1）1980—2018年中國深潛技術研究總體上受到持續(xù)關注，相關文獻數(shù)量的階段性特征較為顯著，2000年以前長期低位徘徊，2000—2009年穩(wěn)步增長，2010年以來呈現(xiàn)爆發(fā)性增長態(tài)勢，這與影響深潛技術發(fā)展的國內(nèi)外多種因素密切相關。

（2）中國深潛技術研究熱點主要集中在導航與通信、結(jié)構系統(tǒng)技術方面，材料和生命支持系統(tǒng)等技術領域文獻較少。從分類技術的年度變化來看，結(jié)構、控制和動力系統(tǒng)技術是持續(xù)的研究熱點；導航與通信、潛浮與應急拋載、作業(yè)與探測系統(tǒng)等技術領域的文獻在近10年增量顯著；而生命支持系統(tǒng)技術研究時間較短、文獻量較少，材料技術研究一直處于間歇性低位，有資料顯示，我國深潛用固體浮力材料、高性能空心玻璃微珠材料主要依靠進口，耐腐蝕合金材料性能較低，材料技術的發(fā)展水平已成為制約中國海洋高端裝備研發(fā)的主要瓶頸之一［10］。

（3）哈爾濱工程大學、中船重工集團、西北工業(yè)大學和上海交通大學等為中國深潛技術主要研究機構，處于合作網(wǎng)絡的核心位置，具有明顯的影響力優(yōu)勢；機構間的合作呈現(xiàn)較強的區(qū)域集聚性和系統(tǒng)內(nèi)部合作居多的特點，主要的合作形式是“企業(yè)-高?！薄案咝?高?！薄把芯克?高?！焙汀败婈?高?！? 類，合作頻次較多的領域分別是結(jié)構、導航與通信、作業(yè)和探測、控制和動力系統(tǒng)技術。

（4）近40年間國內(nèi)深潛技術研究逐漸形成了一批具備實力的研發(fā)團隊，其中包括獨立研究和合作研究發(fā)文量均較多的哈爾濱工程大學嚴浙平、徐玉如、邊信黔團隊，西北工業(yè)大學宋保維團隊，中國船舶科研中心徐芑南、崔偉成團隊和上海交通大學朱繼懋、葛彤團隊等，形成了中國深潛技術研究較為穩(wěn)定的研究者網(wǎng)絡及合作網(wǎng)絡。

（5）2010年以來中國在深潛技術領域發(fā)展勢頭迅猛，但研究結(jié)構的均衡性欠缺，對制約中國深潛技術發(fā)展的動力、材料、生命支持等系統(tǒng)技術研究不足，且合作研究未形成規(guī)模效應，合作研究發(fā)文量只占發(fā)文總量的26.2%，其中產(chǎn)學研結(jié)合的發(fā)文量占比僅為14.1%。未來應加強領域內(nèi)材料、生命支持等系統(tǒng)技術方向的研究，借助機構間強強聯(lián)合的專業(yè)合作，提高中國深潛技術的自主創(chuàng)新能力和國際競爭力。

注釋：

1）四大戰(zhàn)略空間指深空、深海、深地、深藍，是中國《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中面向2030年的深度科技布局。深空，即建立太空空間站、發(fā)展火星探測技術；深海，即建立深海空間站、進行深海科技探索；深地，主要包括發(fā)展地球深部的資源勘探開發(fā)技術；深藍，即發(fā)展網(wǎng)絡空間、信息技術、人工智能技術等。