system: [SYSTEM]

user: 3. 结果与分析 3.1. 发文量与期刊分布 由图1可知，近20年来基于GIS的智慧消防研究发文总量不断增加，其年发文量总体呈“山”字型，高峰期出现在2009~2011年，发文量超发文总量的五分之一，其中，发文量最高的年份为2010年。2009~2011年该领域文献的研究内容主要涉及应急救援、地震应急、应急指挥等方面，推测发文高峰的原因与2008年国内四川地震灾害事件密切相关，涌现出一批面向震害应急的GIS技术应用研究 [ 4 ] [ 5 ]。2003~2007年该领域发文量迅速增长，曲线较为陡峭，这与GIS学科的发展趋势总体相符，该时段GIS学科蓬勃发展，各地GIS教研室、学科点相继成立，推动了GIS工具在智慧消防领域的广泛应用。2012年以后，基于GIS的智慧消防研究有所下降，但发文量仍维持在年均48篇的水平，热度不减。 图1. 近20年来基于GIS的智慧消防研究发文数量 近20年来刊登的基于GIS的智慧消防研究文献数量排名前20名的期刊及载文数量如矩形树状图2所示，期刊名称后面的数字表示刊文量，包括《中国安全科学学报》、《测绘与空间地理信息》等期刊。分析可知，该领域刊文量前20名的期刊共刊文231篇，主要集中在安全科学、消防科学、地理科学、测绘科学、计算机科学等领域的期刊，这也反映了基于GIS的智慧消防研究的交叉学科研究的性质特点 [ 6 ]，兼具学术性与应用性。 图2. 该领域中刊文量前20的期刊 3.2. 作者和发文机构分布 以作者为节点类型，得到作者合作关系图谱(图3)，节点间连线代表合作关系，其粗细程度反映合作强度。从图3中可以看出，作者合作网络较稀疏，连线较细或无连线，反映各学者及团队间合作联系少，合作强度小。其中，高被引作者有刘红桂团队(江苏地震局)、曹彦波团队(云南地震局)、袁纪武团队(中国石化安全工程研究院)、张继权团队(东北师范大学)以及赵保华团队(中国科学技术大学)，上述团队引用率较高的文章主要刊登在2010年前后，主要涉及基于GIS的地震应急救援 [ 7 ] 和草原火灾评估 [ 8 ] 等方向研究。 发文量最高的机构如表1所示，经查询可知，发文量前10的机构主要集中在高校及研究所中的土木建筑、测量测绘、遥感遥测、公共安全、防灾减灾、计算机信息技术等实验室。在CiteSpace中运行Batch Mode得到网络信息汇总表，其中高被引机构如表2所示，对应作者合作关系图谱(图3)中部分高被引团队的所在单位。 图3. 作者合作关系图谱 Table 1 Top 10 institutions by volum 单位名称 发文数量 清华大学 21 武汉大学 16 中科院地理所 15 成都理工大学 11 昆明理工大学 11 中国安全生产科学研究院 10 中国地质大学 9 东北师范大学 9 中南大学 9 中国地震局 9 表1. 发文量前10名机构 Table 2 Top 10 highly cited institution 单位名称 引用次数 中国科学技术大学 23 云南省地震局 23 北京大学计算机系 22 河北省科学院 13 中科院地理所 5 中国石化安全工程研究院 4 中国安全生产科学研究院 4 中南大学 3 南京师范大学地理科学学院 3 南开大学城市公共安全研究中心 3 表2. 前10名高被引机构 3.3. 关键词共现及聚类分析 在关键词共现图谱(图4)中，节点大小与关键词频次呈正相关，进一步统计关键词词频及其中心性(表3)，可以找出其中关键节点。其中，中心性 ≥0.10的关键词有11项，分别是GIS、应急管理、辅助决策、应急指挥、空间数据库、空间分析、WebGIS、森林火灾、地震应急、三维GIS (3D GIS)以及ArcGIS，涵盖了近20年来基于GIS的智慧消防研究的兴趣热点。其研究热点之一，是在构建空间数据库的基础上，利用网页端GIS技术或桌面端的GIS软件，搭建针对自然灾害或事故灾难的应急管理系统，提供辅助决策、应急指挥等功能；研究热点之二，是三维GIS的蓬勃发展，现阶段三维GIS结合BIM技术、激光雷达、无人机测绘等技术，标志着空间可视化迈向新的阶段，为智慧消防提供可视化技术支撑。从图4和表3中，我们还可以得出，基于GIS的智慧消防研究结合了多种技术，在不同的研究方向和场所中得到应用。 图4. 关键词共现图谱 Table 3 Keyword frequency and centralit 序号 关键词 频次 中心性 序号 关键词 频次 中心性 1 GIS 686 0.56 21 火灾风险评估 13 0.05 2 应急管理 50 0.44 22 应急疏散 13 0.06 3 辅助决策 50 0.12 23 火灾 12 0.04 4 应急救援 49 0.08 24 消防规划 12 0.02 5 应急指挥 46 0.46 25 应急避难场所 12 0.08 6 应急 39 0.09 26 应急响应 11 0.09 7 消防 34 0.08 27 ArcGIS 11 0.10 8 空间数据库 27 0.17 28 消防站 10 0.03 9 最短路径 24 0.09 29 可视化 10 0.04 10 空间分析 23 0.22 30 移动GIS 10 0.04 11 WebGIS 22 0.38 31 应急预案 10 0.06 12 突发事件 20 0.09 32 应急监测 10 0.03 13 森林火灾 20 0.42 33 高速公路 9 0.05 14 GPS 20 0.09 34 网络分析 9 0.06 15 地震应急 18 0.11 35 ArcEngine 8 0.04 16 层次分析法 17 0.08 36 全球定位系统 8 0.05 17 MapInfo 16 0.08 37 风险评估 8 0.04 18 三维GIS 15 0.10 38 草原火灾 7 0.02 19 遥感 15 0.09 39 城市火灾 7 0.02 20 地震次生火灾 14 0.07 40 物联网 7 0.01 表3. 关键词频次与中心性 按应用方向划分，基于GIS的智慧消防研究主要用于风险评估 [ 9 ]、防灾减灾 [ 10 ]、灭火救援 [ 11 ]、应急疏散 [ 12 ]、消防规划 [ 13 ]、智能巡检 [ 14 ]、演练训练 [ 15 ]、消防管理 [ 16 ] 等方面。其中，风险评估研究以城市和森林草原的火灾风险评估为主；防灾减灾研究涉及各类自然灾害，如应用GIS手段进行防洪防汛预警、地震灾害救援；灭火救援研究包括室内火灾模拟、预案可视化编制、指挥调度系统设计以及救援路径规划；应急疏散研究以疏散路径优化为主，其中用到的路径算法主要有Dijkstra算法、蚁群算法、遗传算法等；消防规划主要包括消防站布局选址、应急避难场所选址以及应急广播电台选址布置等。 从应用场所看，基于GIS的智慧消防研究覆盖了海陆空等研究区，如海上救援、森林草原火灾、交通网络(公路、铁路、地铁、机场、港口、隧道)、商业综合体、出租屋、水库大坝、核生化区、石油化工区、矿井煤矿、地下车库、燃气管道等。近几年古城镇、历史街区也成为热点研究场所。 从应用技术来看，ArcGIS Engine、WebGIS、三维GIS、BIM、物联网(IoT)技术常被用作二次开发的有力工具，基于以上技术集成各种智慧消防系统。近年来，GIS结合无人机、大数据、云计算、RFID标签技术的研究也逐渐兴起。此外，MySQL、空间句法、计算流体动力学、红外技术、FDS、Mobile GIS、多agent智能体、SOA技术、FDS数值模拟、室内定位技术也较为常见。 研究涉及的GIS软件包括ArcGIS、SuperMap GIS、ArcGIS Engine、Skyline、MapInfo等，其中常见的GIS空间分析手段包括缓冲区分析、网络分析、空间插值等。 通过关键词聚类分析，可以对联系紧密的关键词进行归类，简化关键词数量，更有助于归纳总结出研究的热点和重点。图5、图6分别是逐年切片和每5年切片得到的关键词聚类图谱，图示结果与前述总结的研究热点基本相符。与图4关键词共现图谱相比，聚类图谱还增加了城市火灾、气象信息服务系统、应急避难场所、大气污染等标签，说明该类文献也值得引起关注，如气象信息服务是应急管理系统的重要功能之一；应急避难场所规划评估研究近年频现；因突发事件或应急救援所产生的污染问题及其后续处理也受到广泛关注。 3.4. 突现关键词分析 在CiteSpace中运用Bursts Detection功能，得到突现关键词如表4所示，突现关键词即短时间内数量发生明显增长的关键词，能够反映关键词的兴衰。GIS是本文文献数据检索的关键词，因此突现词分析中热度持续不降。地震次生灾害在04~10年得到重点关注，此时段WebGIS技术也得到广泛应用。空间数据库是智慧消防与应急的数据库基础，也是应急救援、指挥和管理系统的重要成分，空间数据库发展到2011年，三维GIS逐渐兴起，近年来BIM技术也促进了三维GIS的发展。借助GIS工具对消防站布局规划开展评估和设计，是智慧消防的热点研究内容之一，类似的基于GIS的智慧消防评估工作还包括城市火灾及森林草原火灾的风险评估。近几年，针对物联网、BIM、大数据的智慧消防研究热度居高不下，推动了GIS技术与其他技术的交叉融合，共同为智慧消防构筑技术支撑。 图5. 逐年切片的关键词聚类 图6. 每5年切片的关键词聚类图谱 Table 4 Emerging keyword 关键词 强度 开始 结束 2000~2021年 GIS 5.28 2003 2021 ▂▂▂▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃▃ 地震次生灾害 4.37 2004 2010 ▂▂▂▂▃▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂ WebGIS 4.21 2004 2010 ▂▂▂▂▃▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂ 空间数据库 4.18 2005 2013 ▂▂▂▂▂▃▃▃▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂▂▂▂ 应急救援 4.10 2007 2014 ▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂▂▂ 消防站 4.14 2010 2016 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂ 应急指挥 4.86 2011 2017 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂ 3D GIS 4.25 2011 2015 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂▂ 火灾风险评估 3.79 2014 2019 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▃▃▃▂▂ 物联网 4.06 2014 2018 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▃▃▂▂▂ 应急避难场所 3.82 2016 2019 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▃▂▂ BIM 3.93 2017 2019 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▂▂ 大数据 3.60 2018 2020 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃▂ 表4. 突现关键词 3.5. 关键词时间线分析 在CiteSpace中进行TimelineView分析，得到2000~2021年基于GIS的智慧消防研究关键词聚类的时间线知识图谱(图7)，图谱右侧为聚类标签。由图7可得，2010~2013年是各聚类的研究成果井喷式出现的时段，趋势与2.1节中发文量统计结果相符，推测其一方面与08年四川地震后国家政府的对消防及应急安全领域的重视密切相关，另一方面得益于“十二五”规划期间消防部队信息化提上日程。 总的来说，基于GIS的智慧消防研究可分为理论提出阶段(2000~2007年)、应用繁荣阶段(2008~2016年)和指导发展阶段(2017~2021年)。理论提出阶段(2000~2007年)中，热点关键词主要包括GIS模型、事故救援、决策支持、基础设施、监控系统等。在此期间，部分学者开始将GIS手段引入到消防与应急领域中，初步分析了GIS在消防应急领域中的意义，并提出了许多理论构想。第二阶段为应用繁荣阶段(2008~2016年)，本期出版文献数量显著增加，研究方向与内容更加多元。这一时期涌现出大量新兴关键词，诸如移动GIS、三维GIS、协作GIS、虚拟现实、空间分析、应急疏散、空间分析、最短路径、布局规划等，奠定了相关研究的基础格局。第三阶段为指导发展阶段(2017~2021年)，2017年部局下发关于智慧消防的指导意见文件，对智慧消防的概念、主攻方向等问题进行了把握与指导，这一时段内涌现出“一张图”、大数据、应急管理系统等关键词，研究方向和内容贴近政策导向，立足现实需求。 图7. 近20年来基于GIS的智慧消防研究演化路径图谱