基于知識圖譜的電子信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)熱點與預見★

張延，吳玉波，王韜

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

近年來，以新一代信息技術(shù)為代表的電子信息產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系中成果最豐富、創(chuàng)新最活躍和價值鏈中高端環(huán)節(jié)最重要的組成部分，也是國家和地方重大的戰(zhàn)略和政策需求領域[1]。厘清近十年來我國電子信息產(chǎn)業(yè)研究進展，能夠把握研究主題趨勢、預見技術(shù)突破方向，有助于深化“十四五”時期電子信息產(chǎn)業(yè)研究。本文選取2010-2020年CNKI文獻數(shù)據(jù)庫中信息技術(shù)領域SCI和EI來源論文為研究對象，建構(gòu)近年我國電子信息產(chǎn)業(yè)研究的知識圖譜，結(jié)合關(guān)鍵詞共現(xiàn)、聚類和突現(xiàn)等分析方法，探究產(chǎn)業(yè)前沿熱點與研究趨勢。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以CNKI文獻數(shù)據(jù)庫為論文來源，檢索條件為：主題=信息技術(shù)+通信技術(shù)+顯示技術(shù)+集成電路+芯片+通信網(wǎng)絡+物聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+軟件技術(shù)+網(wǎng)絡安全；時間區(qū)間為2010-2020年；期刊選取SCI來源、EI來源，共獲得相關(guān)文獻3 719篇（檢索時間為2020年9月6日）。為了提升文獻數(shù)據(jù)的質(zhì)量與準確性，對非研究型文獻、主題不符文獻進行數(shù)據(jù)清洗，人工剔除無作者、重復論文，最終遴選出3 503篇有效文獻作為分析樣本。

1.2 研究方法

對比BibExcel、Ucinet等文獻計量分析常用工具，CiteSpace軟件在繪制知識圖譜時能夠?qū)⑤斎氲奈墨I數(shù)據(jù)生成效果良好的關(guān)鍵詞、作者和共被引等可視化分析矩陣，從而更清晰地探索產(chǎn)業(yè)發(fā)展脈絡及熱點趨勢，目前已被廣大國內(nèi)外專家學者選用為文獻計量分析工具[2]。本文運用CiteSpace軟件集成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)與聚類、熱點詞突現(xiàn)檢測等功能，將CNKI文獻數(shù)據(jù)庫中信息技術(shù)的熱點內(nèi)容與前沿趨勢進行可視化探索與呈現(xiàn)。

2 研究主題

基于CiteSpaceV軟件，設置時間切片為1，閾值為top50（TopN表示以每個時間切片前N個高頻出現(xiàn)的關(guān)鍵詞生成最終網(wǎng)絡），選擇最短路徑算法，生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)和突現(xiàn)詞列表等知識圖譜。為了讓圖譜更為清晰、簡潔地呈現(xiàn)主要信息，選擇“關(guān)鍵詞聚類（cluster）”，使用對數(shù)極大似然率（LLR：Log-Likelihood Rate）算法進行主題和研究熱點關(guān)鍵詞提取，生成的知識圖譜包括668個網(wǎng)絡節(jié)點，共有777條關(guān)系連接線，網(wǎng)絡密度為0.003 5。共詞網(wǎng)絡Modularity Q值為0.883 6，遠大于臨界值，說明網(wǎng)絡的聚類結(jié)構(gòu)十分顯著；Mean Silhouette值為0.407 1，說明聚類結(jié)構(gòu)屬于較為合理的區(qū)間。圖譜共導出23個聚類，充分地反映了6大方向的研究熱點內(nèi)容。如圖1所示。

圖1 2010-2020年電子信息產(chǎn)業(yè)研究領域網(wǎng)絡（關(guān)鍵詞聚類）圖譜

2.1 類別1：信息通信技術(shù)研究

主要包括#3“ad hoc網(wǎng)絡”、#6“通信”、#11“新一代信息技術(shù)”、#16“通信技術(shù)”和#17“焦平面”。研究熱點包括路由協(xié)議、霧計算、雙線性對、傳感器網(wǎng)絡、并行冗余協(xié)議、超寬帶、分布式控制和變換域通信系統(tǒng)，以及量子通信等。

2.2 類別2： （工業(yè)）物聯(lián)網(wǎng)研究

主要包括#5“物聯(lián)網(wǎng)”、#10“智能電網(wǎng)”、#12“智能配電”和#22“機組組合”。物聯(lián)網(wǎng)研究人、物和服務之間的交叉互聯(lián)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是物聯(lián)網(wǎng)在特定領域的率先突破應用，該領域的研究熱點包括傳感網(wǎng)、生物傳感器、物理層安全、ipv6、loRa技術(shù)、泛在信息物理系統(tǒng)（CPS）、能源互聯(lián)網(wǎng)和分散控制，以及負荷頻率控制等。

2.3 類別3：新型顯示研究

主要包括#8“發(fā)光二極管”、#15“翹曲”和#20“LED”。研究熱點包括熒光粉、光學器件、自由曲面、單頻激光、磷酸鹽玻璃光纖和鋁硅合金，以及一體化封裝和增透膜等。新型顯示領域研究側(cè)重實現(xiàn)低能耗、高效率，向節(jié)能環(huán)保方向邁進。

2.4 類別4：集成電路研究

主要包括#1“微機電系統(tǒng)”、#2“倒裝芯片”、#7“結(jié)溫”、#9“現(xiàn)場可編程門陣列”、#14“砷化鎵”、#18“微流控芯片”和#19“生物芯片”。熱點包括射頻識別、微焊點、熱仿真、微電子學、互補金屬氧化物半導體、集成芯片、微加工、微流控和微電極，以及微陣列等，主要開展高能效、低功耗電子技術(shù)的研究。

2.5 類別5：網(wǎng)絡空間安全研究

主要包括#4“隱私保護”、#13“網(wǎng)絡安全”和#21“網(wǎng)絡防御”。研究熱點包括位置隱私、區(qū)塊鏈、P2P網(wǎng)絡、分布式拒絕服務攻擊、主動防御和IP追蹤等，體現(xiàn)出近年來網(wǎng)絡安全領域?qū)踩耘c數(shù)據(jù)科學相結(jié)合研究的趨勢方向。

2.6 類別6：軟件與網(wǎng)絡技術(shù)研究

主要包括#0“軟件定義網(wǎng)絡”。研究熱點包括Zigbee、智能終端、Openflow、以太網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)和軟件定義，以及網(wǎng)絡空間安全等。

3 研究趨勢

CiteSpace軟件提供了一種突變檢測的方法來發(fā)現(xiàn)研究前沿，主要測度含關(guān)鍵詞文獻被引頻次的變化率，為追蹤研究熱點的演變提供了有效的途徑[3]。單項技術(shù)或研究原理突變的原因包括：1）該技術(shù)在這一時期實現(xiàn)了技術(shù)突破或者是即將實現(xiàn)技術(shù)突破；2）舊的研究理論有新的發(fā)現(xiàn)，有可能使得該項技術(shù)被廣泛地應用，學術(shù)界重新開展鉆研；3）學術(shù)研究環(huán)境或宏觀政策導向在某一時期產(chǎn)生變化，使技術(shù)的資本支持和關(guān)注熱度發(fā)生轉(zhuǎn)變。無論何種原因造成的突變，該技術(shù)往往反映了最新的科學發(fā)現(xiàn)和前沿動向，有可能在未來5～10年內(nèi)成為引領產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)，這正是技術(shù)預見需要發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容。近年來電子信息產(chǎn)業(yè)研究的關(guān)鍵詞突變檢測結(jié)果如圖2所示。

圖2 近年來電子信息產(chǎn)業(yè)研究的關(guān)鍵詞突變檢測結(jié)果

通過CiteSpace提供的突變檢測 （Citation Burst）工具對樣本進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜的突變檢測，展現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展脈絡和演化路徑，結(jié)果表明，電子信息產(chǎn)業(yè)研究日益向以下主題轉(zhuǎn)移：監(jiān)測、能源互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、微流控、軟件定義網(wǎng)絡、CPS和物理不可克隆函數(shù)。主題的變遷反映出我國電子信息產(chǎn)業(yè)研究與新一代科技革命與產(chǎn)業(yè)變革緊密相連，也體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化的趨勢與聯(lián)系。

3.1 數(shù)字化

數(shù)字化的主要趨勢是新一輪科技革命與經(jīng)濟社會發(fā)展深度融合地推動全面數(shù)據(jù)化，要求實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、整合、處理和綜合分析應用。我國于“十三五”時期部署實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，2019年明確部署發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，數(shù)字化快速發(fā)展的格局已初步形成，大數(shù)據(jù)日益成為推動全球信息化浪潮的主要力量，成為加速企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、推動政府職能轉(zhuǎn)變和引領社會管理變革的利器[4]，為新一代信息技術(shù)在工業(yè)領域落地提供了大量的場景和基礎支撐。

3.2 網(wǎng)絡化

網(wǎng)絡化為信息傳播提供物理載體，當前熱點是物聯(lián)網(wǎng)的應用，未來趨勢是CPS的廣泛采用。物聯(lián)網(wǎng)主要解決人對物理世界的感知問題，當前已在智能網(wǎng)聯(lián)汽車、工業(yè)自動化和智慧家居等領域率先應用。CPS解決對物理對象的操控問題，主要研發(fā)深度融合感知、計算、通信和控制能力的網(wǎng)絡化物理設備系統(tǒng)，推動功能擴展的物理設備泛在互聯(lián)，能夠促進制造業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品的迭代升級，重塑主要工業(yè)布局，顯著地提高空天、汽車、國防科工和高端醫(yī)療裝備等重點領域的產(chǎn)業(yè)競爭力[5]。

3.3 智能化

智能化的主要趨勢是使對象通過基于環(huán)境自適應、自學習、自博弈和自進化的研究，具備靈敏的感知功能、準確的判斷能力、正確的分析思維、自適應的學習能力和高效的執(zhí)行行動，典型代表就是新一代人工智能。近幾年，深度學習在人臉識別、智能翻譯和智力競賽等領域有超越人類的表現(xiàn)，成為人工智能廣為人知的領域，未來，新一代人工智能技術(shù)的突破主要依托大數(shù)據(jù)、模型與算法、計算能力等各類信息技術(shù)的綜合發(fā)展[6]。

4 結(jié)束語

以2010-2020年CNKI文獻數(shù)據(jù)庫中信息技術(shù)相關(guān)論文為基礎，以國際主流的文獻計量軟件CiteSpace為工具，分析近年來信息技術(shù)研究熱點與態(tài)勢趨勢，得到了以下結(jié)論。

首先，綜觀整體現(xiàn)狀，電子信息產(chǎn)業(yè)尤其是新一代信息技術(shù)，是新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革協(xié)同產(chǎn)生的技術(shù)組群，包括信息通信、物聯(lián)網(wǎng)、新型顯示、集成電路、網(wǎng)絡安全和軟件技術(shù)等。就產(chǎn)業(yè)研究的主題分布而言，研究領域與經(jīng)濟社會發(fā)展，以及國家宏觀政策緊密關(guān)聯(lián)，高度契合當前新一代人工智能、數(shù)字經(jīng)濟和新型基礎設施等發(fā)展導向。

其次，預見前沿趨勢，我國電子信息產(chǎn)業(yè)研究逐步向監(jiān)測、能源互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、微流控、軟件定義網(wǎng)絡、CPS和物理不可克隆函數(shù)等方面轉(zhuǎn)變，這充分說明數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化是新一輪科技革命的典型特征。隨著超級計算等新技術(shù)的不斷發(fā)展迭代，信息技術(shù)領域深度學習、自主操作、跨界融合、人機協(xié)同和群智開放的特征趨勢日益呈現(xiàn)， “十四五”期間，新一代通信網(wǎng)絡、新型集成電路、物聯(lián)網(wǎng)感知和大數(shù)據(jù)智能分析等領域較有可能實現(xiàn)技術(shù)突破。

未來，電子信息產(chǎn)業(yè)必須緊扣高質(zhì)量發(fā)展要求、樹立先進質(zhì)量觀，提升我國制造業(yè)的戰(zhàn)略地位和國際競爭力[7]。為了進一步地發(fā)展信息技術(shù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，建議信息產(chǎn)業(yè)領域的研究應朝著以下幾個方向突破。

a）開展數(shù)字技術(shù)和測試性研究

加快開展區(qū)塊鏈、海量數(shù)據(jù)存儲與管理、基礎與核心算法、機器學習、智能分析、可視化與人機交互分析等技術(shù)研發(fā)攻關(guān)。積極開展與數(shù)字技術(shù)相適應的容錯與避錯技術(shù)、編碼檢錯技術(shù)、故障自檢測和自診斷技術(shù)等研究。

b）開展網(wǎng)絡技術(shù)和安全性研究

大力開展傳感器、無線傳輸、海量數(shù)據(jù)分析處理和安全技術(shù)等技術(shù)研發(fā)攻關(guān)。積極開展與網(wǎng)絡技術(shù)相適應的威脅監(jiān)測、風險識別、安全檢測、網(wǎng)絡防御和安全恢復等研究。

c）開展智能技術(shù)和可靠性研究

著力開展大數(shù)據(jù)智能、人機混合增強智能和類腦結(jié)構(gòu)的人工智能等研發(fā)攻關(guān)，加快推動語音圖像識別、生物特征識別和自然語言理解等關(guān)鍵技術(shù)研究，推動智能感知、分析控制等人工智能技術(shù)的綜合運用。積極開展與智能技術(shù)相適應的可靠性工程、制造工藝優(yōu)化等研究。