孔令謙 郭芷含 張丁然 張?jiān)泼鞲苯淌?/p>

(中國(guó)人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000)

0 引言

應(yīng)急救援一般指針對(duì)突發(fā)、具有破壞力的緊急事件采取預(yù)防、預(yù)備、響應(yīng)和恢復(fù)的活動(dòng)與計(jì)劃。應(yīng)急救援定位技術(shù)作為應(yīng)急救援系統(tǒng)的重要組成部分，在保障救援人員人身安全的同時(shí)，能夠提高應(yīng)急救援效率。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)室內(nèi)外定位技術(shù)進(jìn)行了廣泛而深入的研究，但實(shí)際應(yīng)用到消防救援中的實(shí)例很少，國(guó)內(nèi)有關(guān)應(yīng)急救援定位領(lǐng)域的綜述類文獻(xiàn)相對(duì)較少，導(dǎo)致人們對(duì)該領(lǐng)域的直觀認(rèn)識(shí)不足?？茖W(xué)知識(shí)圖譜作為一種可視化工具，可以展現(xiàn)出學(xué)科領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)及整體知識(shí)結(jié)構(gòu)。文章以CiteSpace作為研究工具，對(duì)CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，挖掘知識(shí)結(jié)構(gòu)及前沿?zé)狳c(diǎn)，研究該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，以期對(duì)我國(guó)應(yīng)急救援定位技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展有一個(gè)更為清晰的認(rèn)識(shí)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

以CNKI中的“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫(kù)”“中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)”“中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)”和“國(guó)際會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)”4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)作為來源，根據(jù)應(yīng)急救援定位技術(shù)研究相關(guān)文獻(xiàn)特點(diǎn)，選擇“應(yīng)急救援”“消防”及“定位”為檢索關(guān)鍵詞，檢索表達(dá)式為(SU=‘應(yīng)急救援’OR SU=‘消防’)AND SU=‘定位’，檢索時(shí)間范圍為：2001-2020年。檢索共得到1 265篇文獻(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、清洗等預(yù)處理后，確定有效文獻(xiàn)700篇。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入陳超美教授開發(fā)的CiteSpace可視化軟件，對(duì)樣本文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，總結(jié)該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

2 應(yīng)急救援定位研究的基本情況

2.1 文獻(xiàn)產(chǎn)出分析

年度文獻(xiàn)產(chǎn)出是反映應(yīng)急救援定位研究發(fā)展的重要指標(biāo)，是展示其發(fā)展程度的重要窗口。從圖1可以看出，該領(lǐng)域近20年論文產(chǎn)出總體呈上升趨勢(shì)。其中2001-2005年每年文獻(xiàn)產(chǎn)出量都低于10篇，為該研究領(lǐng)域的萌芽期；2006-2009年文獻(xiàn)產(chǎn)出量有所增加，為初步增長(zhǎng)期；2010-2012年發(fā)文量為年均40篇，呈較快增長(zhǎng)趨勢(shì)，為該領(lǐng)域的過渡期；2013-2020年產(chǎn)出量雖有波動(dòng)，但發(fā)文量總體在較高水平，為該領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展期。2015年文獻(xiàn)產(chǎn)出量劇增，達(dá)到峰值73篇。自2018年應(yīng)急管理部組建到新冠疫情席卷的2020年，該領(lǐng)域3年的發(fā)文量已超過2001年-2010年的文獻(xiàn)總量，顯示該領(lǐng)域研究從穩(wěn)步增長(zhǎng)到快速突破的發(fā)展過程。

圖1 2001-2020年國(guó)內(nèi)應(yīng)急救援定位技術(shù)研究的年代分布Fig.1 The chronological distribution of the domestic emergency rescue positioning technology research from 2001 to 2020

隨著應(yīng)急管理部組建及新冠疫情的成功應(yīng)對(duì)等標(biāo)志性事件的發(fā)生，應(yīng)急救援研究得到學(xué)者們的高度重視。應(yīng)急救援中的定位技術(shù)一直是持續(xù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，并已有較強(qiáng)的研究基礎(chǔ)，該領(lǐng)域也可能面臨著新的突破。

2.2 作者合作網(wǎng)絡(luò)分析

通過對(duì)發(fā)文作者的分析，可識(shí)別出研究領(lǐng)域的核心人物，研究領(lǐng)軍學(xué)者所產(chǎn)出的文獻(xiàn)，進(jìn)而了解該研究領(lǐng)域的研究前沿。在CiteSpace中，將2001-2020年的數(shù)據(jù)以1年為1個(gè)切片切分，生成作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖2。圖2中共有427個(gè)節(jié)點(diǎn)，200條連線，合作密度為0.002 2，其中團(tuán)簇代表團(tuán)隊(duì)，節(jié)點(diǎn)表示作者，連線表示作者間的合作關(guān)系，姓名的大小與發(fā)文量成正比。不難看出，我國(guó)應(yīng)急救援定位技術(shù)研究領(lǐng)域發(fā)文量較多的有李強(qiáng)、楊剛、朱士玲等學(xué)者。從整體來看，作者之間連線較少且合作群體相對(duì)分散，這說明作者及不同群體之間缺乏合作，在未來還需要進(jìn)一步加強(qiáng)合作共享。

2.3 機(jī)構(gòu)合作分析

學(xué)科的未來發(fā)展走向與該學(xué)科的主要發(fā)文機(jī)構(gòu)有著緊密聯(lián)系，分析論文高產(chǎn)出量的機(jī)構(gòu)，可以了解學(xué)科目前的主要科研力量及發(fā)展動(dòng)向。為探究研究機(jī)構(gòu)的分布情況，將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)置成“Institution”，繪制機(jī)構(gòu)分布圖，如圖3。其中節(jié)點(diǎn)代表研究機(jī)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)大小與發(fā)文量成正比，節(jié)點(diǎn)間的連線反映機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系。從圖3中可以看出，2001-2020年節(jié)點(diǎn)數(shù)量為312，兩兩間的合作為94次。圖譜中節(jié)點(diǎn)大多以孤立形式存在，研究機(jī)構(gòu)分布較為分散，合作并不密切，這說明我國(guó)該領(lǐng)域沒有形成成熟的學(xué)科研究共同體，不利于該領(lǐng)域的深度研究。

發(fā)文量排名前10的研究機(jī)構(gòu)中，中國(guó)人民警察大學(xué)(原武警學(xué)院)是該領(lǐng)域論文產(chǎn)出最多的機(jī)構(gòu)，其次是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)、上海消防研究所、西安郵電大學(xué)、吉林建筑大學(xué)、中國(guó)地震局、中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心、上海交通大學(xué)、西南科技大學(xué)和中國(guó)建筑科學(xué)研究院。從單位性質(zhì)來看，消防系統(tǒng)和企業(yè)發(fā)文量較少，高校是該領(lǐng)域研究的中堅(jiān)力量。同時(shí)機(jī)構(gòu)的論文整體產(chǎn)出量不多，不同類型的研究機(jī)構(gòu)合作有待加強(qiáng)，高校及其附屬研究機(jī)構(gòu)更注重于理論研究，這說明對(duì)該領(lǐng)域的重視程度特別是實(shí)戰(zhàn)研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

2.4 關(guān)鍵詞研究可視化分析

關(guān)鍵詞是對(duì)文章觀點(diǎn)及核心內(nèi)容的高度概括，通過統(tǒng)計(jì)分析樣本文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞，可以得出一個(gè)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在CiteSpace中，對(duì)2001-2020年以每2年為1個(gè)切片，繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜，如圖4。

圖4中關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)大小與出現(xiàn)頻率成正比，連線代表關(guān)鍵詞的共現(xiàn)關(guān)系，即這些關(guān)鍵詞在同一篇文章中出現(xiàn)?！皯?yīng)急救援”“地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)”“消防”“全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)”“紫蜂(ZigBee)”等節(jié)點(diǎn)較大，說明其出現(xiàn)次數(shù)較多，說明定位方式及技術(shù)應(yīng)用的研究是近20年國(guó)內(nèi)應(yīng)急救援定位技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。整理頻次大于9的關(guān)鍵詞，見下表。其中將GIS同義概念進(jìn)行合并處理。

表 頻次大于9的關(guān)鍵詞Tab. Keywords with frequency greater than 9

將關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析以Timezone的形式展現(xiàn)，如圖5。通過時(shí)間序列劃分，將關(guān)鍵詞在不同時(shí)間段內(nèi)呈現(xiàn)。在該領(lǐng)域的發(fā)展過程中“消防”“慣性導(dǎo)航”“GPS”“GIS”“ZigBee”等關(guān)鍵詞出現(xiàn)較早，基本集中在21世紀(jì)初。近幾年關(guān)注度較高的關(guān)鍵詞有“智慧消防”“消防機(jī)器人”“卡爾曼濾波”“室內(nèi)定位”等，說明智慧消防、消防裝備定位、室內(nèi)定位技術(shù)及算法成為該領(lǐng)域的新寵而備受關(guān)注，我國(guó)學(xué)者更加關(guān)注定位的應(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)融合及定位算法創(chuàng)新的研究，而不再局限于單一技術(shù)及場(chǎng)景的研究。

圖5 關(guān)鍵詞動(dòng)態(tài)前沿圖譜Fig.5 Dynamic frontier map of keywords

其中，“消防”“滅火救援”“礦井”“室內(nèi)定位”“消防機(jī)器人”等可歸為定位應(yīng)用研究；“GPS”“GIS”“藍(lán)牙”“RFID”“ZigBee”“UWB”“物聯(lián)網(wǎng)”等可歸為定位方式研究；“RSSI”“卡爾曼濾波”“信號(hào)到達(dá)時(shí)間(Time of Arrival，TOA)”等可歸為定位算法研究。它們指向知識(shí)基礎(chǔ)，體現(xiàn)應(yīng)急救援定位技術(shù)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，基于以上3個(gè)方面對(duì)我國(guó)應(yīng)急救援定位領(lǐng)域研究進(jìn)展進(jìn)行梳理，未來發(fā)展趨勢(shì)主要集中在定位應(yīng)用、技術(shù)融合、算法改進(jìn)創(chuàng)新的研究中。

(1)定位應(yīng)用。室內(nèi)外定位對(duì)應(yīng)急救援具有重要作用，目前應(yīng)急救援場(chǎng)景中，定位技術(shù)主要針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景及對(duì)象的研究。在室內(nèi)火災(zāi)等應(yīng)急救援環(huán)境中，室內(nèi)定位可以獲取救援人員及被困人員的位置，在保證人員安全的同時(shí)提高營(yíng)救效率。

煤礦中的定位管理是災(zāi)害救援的重要依據(jù)，在礦井等特殊環(huán)境中，對(duì)人員的精確定位是煤礦現(xiàn)代化建設(shè)的重要領(lǐng)域。如賀潔茹等提出基于UWB非對(duì)稱雙邊雙程測(cè)距(ADS-TWR)技術(shù)的礦井人員定位方案，達(dá)到CM級(jí)精度，實(shí)現(xiàn)井下人員的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位。

近年來國(guó)內(nèi)外應(yīng)對(duì)災(zāi)害事件的實(shí)踐證明，先進(jìn)的應(yīng)急救援裝備決定著應(yīng)急救援的成敗，科技發(fā)展促進(jìn)先進(jìn)技術(shù)在應(yīng)急救援裝備上的應(yīng)用，尤其是GPS、GIS等技術(shù)與救援裝備的結(jié)合，大大提高應(yīng)急救援效率。先進(jìn)救援裝備的準(zhǔn)確定位是保證裝備的可靠性及提高救援效率的關(guān)鍵，如陳川等設(shè)計(jì)基于火焰識(shí)別與定位的智能消防炮系統(tǒng)，適用于滅火要求高的場(chǎng)合，無需大型計(jì)算機(jī)就可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的智能識(shí)別及定位。

在應(yīng)急救援場(chǎng)景中，無論是對(duì)于人員、裝備的定位，還是礦井等特殊環(huán)境中的位置跟蹤，不僅能提高救援效率，還能保證人員安全。不難看出，定位技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景是該領(lǐng)域研究的一個(gè)重要方向。

(2)定位方式。由于應(yīng)急救援場(chǎng)景定位環(huán)境的特殊性，目前主流定位技術(shù)無法滿足實(shí)際需求。GPS在戶外應(yīng)用廣泛，基本解決戶外精確定位的問題，并在應(yīng)急救援中得到應(yīng)用。然而，常用室外定位技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境中精準(zhǔn)度急劇降低，無法滿足應(yīng)急救援的需求。目前針對(duì)室內(nèi)定位已涌現(xiàn)出諸多定位技術(shù)，主要有GPS、紅外線、RFID、藍(lán)牙、WIFI、ZigBee等定位技術(shù)，它們各有利弊，尚無一種普適化的技術(shù)能夠滿足當(dāng)前所有室內(nèi)應(yīng)急救援定位需求。通過閱讀關(guān)鍵詞圖譜關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)，可知目前我國(guó)學(xué)者對(duì)應(yīng)急救援定位技術(shù)的研究逐漸由單一技術(shù)轉(zhuǎn)向?qū)Χ嘣磾?shù)據(jù)融合定位技術(shù)的研究。如張開生等基于ZigBee和RFID設(shè)計(jì)消防員定位系統(tǒng)，提高了定位精度，適用于室內(nèi)火災(zāi)等環(huán)境中對(duì)遇險(xiǎn)消防員的定位。

國(guó)內(nèi)外對(duì)單一定位技術(shù)應(yīng)用的研究已較成熟，我國(guó)學(xué)者已在定位技術(shù)融合研究中有所建樹，融合多種技術(shù)，提高普適性是今后的研究熱點(diǎn)。

(3)定位算法。對(duì)于室內(nèi)定位來說，定位效果不僅受到定位硬件的影響，定位算法對(duì)其也有較大影響。而目前常用定位算法大致分為2種，分別是基于測(cè)距的幾何定位方式以及基于RSSI的定位方式，前者主要包括TOA、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(Time Difference of Arrival，TDOA)、信號(hào)到達(dá)角度(Angle of Arrival，AOA)，后者主要包括基于傳播損耗模型算法和基于位置指紋的定位算法。不同算法在成本、精度等方面各有特點(diǎn)，適用的場(chǎng)景也存在差異。

合理的運(yùn)用定位算法，可以提高定位的可靠性。在運(yùn)用算法降低定位誤差時(shí)，要盡量減弱環(huán)境的干擾，才能最大限度提高定位精度。不難看出，算法的改進(jìn)創(chuàng)新，提高精準(zhǔn)度是該領(lǐng)域未來研究的重要方向。

3 結(jié)論

本文通過文獻(xiàn)計(jì)量法和知識(shí)圖譜可視化分析，再結(jié)合具體文獻(xiàn)，對(duì)近20年應(yīng)急救援定位領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r等進(jìn)行可視化分析，得出以下結(jié)論：

(1)從時(shí)間分布上看，該領(lǐng)域研究先后經(jīng)歷萌芽期、初步增長(zhǎng)期、過渡期、蓬勃發(fā)展期。2018-2020年的文獻(xiàn)產(chǎn)出量已超過2001-2010年10年的文獻(xiàn)總產(chǎn)出量，顯示從穩(wěn)步增長(zhǎng)到快速突破的發(fā)展過程，但文獻(xiàn)量與該領(lǐng)域的重要性不成正比，對(duì)該領(lǐng)域的重視程度有待提高。

(2)從作者合作網(wǎng)絡(luò)分析得出，作者及不同群體之間合作不夠緊密，該領(lǐng)域還沒有形成核心作者群。從機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)可看出，中國(guó)人民警察大學(xué)(原武警學(xué)院)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)、應(yīng)急管理部上海消防研究所、西安郵電大學(xué)、吉林建筑大學(xué)、中國(guó)地震局、中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心、上海交通大學(xué)、西南科技大學(xué)和中國(guó)建筑科學(xué)研究院具有較高產(chǎn)出，高校是進(jìn)行該領(lǐng)域研究的主要陣地，政府和企業(yè)研究力度明顯不足，各機(jī)構(gòu)之間的合作有待加強(qiáng)。

(3)通過關(guān)鍵詞分析可知，該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要分布在定位技術(shù)應(yīng)用、定位方式、定位算法方面。由于室內(nèi)救援環(huán)境的特殊性，目前國(guó)內(nèi)外在該環(huán)境中的研究尚未成熟。隨著5G等無線通訊技術(shù)的不斷成熟，未來應(yīng)急救援定位技術(shù)研究會(huì)呈現(xiàn)出定位應(yīng)用多元化、技術(shù)融合化、算法創(chuàng)新化的發(fā)展趨勢(shì)，該領(lǐng)域?qū)⒊呔?、普適性的目標(biāo)不斷發(fā)展，研究的深度和廣度將進(jìn)一步提高。