极地无人机研究文献的调研与分析

【摘 要】本文运用情报学分析方法，利用WoK平台，搜集无人机应用在极地研究方面的相关文献，通过文献计量和社会网络分析方法对这些相关文献的作者、机构、研究主题、国家等方面作分析，以期透过情报学分析方法了解无人机在南北极的应用情况，辅助我国极地科技发展战略的制定。

【关键词】极地；无人机；文献调研

【Abstract】To understand the development of unmanned aerial vehicle （uav） research in polar region， in this paper， using the Web of Knowledge database， collecting literature about unmanned aerial vehicle （uav） application in polar research， the author uses the bibliometrics and social network analysis method to analyse these related literature from several way such as institutions， research topics， authors， states， etc.

【Key words】Polar region； Unmanned aerial vehicle （uav）； Literature research

0 引言

中国在2009年第26次南极科考中首次应用无人机进行大范围海冰观测试验、日本于2013年首次使用无人机成功采集南极上空10千米大气、美国2013年研制出新型太阳能无人机以在危险的北极地区安全执行空中侦察任务等等，这些关于无人机极地应用的频繁活动体现了世界各国对无人机极地应用的重视。极地梦，中国梦。极地已成为世界各国争相发展的区域，在极地高科技研究中，无人机是一个重要方面，对无人机的研究已有上百年的历史，但无人机在极地的应用发展如何目前还未作探析，为了了解极地无人机极地研究的发展脉络，为辅助我国极地战略的制定，本文选取世界权威数据库Web of Knowledge检索平台下的五个子库SCIE、SSCI、A&HCI、CPCI-S和CPCI-SSH，利用South pol*、Antarctic*、Arctic*、North pol*等南北极名称、周边海洋和岛屿名King george、Bellinsgauzen Sea、Greenland、Beaufort sea等和uav*、drone、remote-control、uninhabited、pilotless、aircraft、vehicle等代表无人驾驶及飞行器的名称结合起来，同时以具体无人机名称如global hawk（全球鹰）、ScanEagle（扫描鹰）、polar hawk（极地鹰）为检索词[1-3]，在主题字段检索相关文献，数据截止到2013年，共得到相关文献49篇。本文将利用文献计量学基本方法及社会网络分析方法对这49篇文献进行具体分析。

1 基本情况分析

将极地无人机研究相关49篇文献按照出版年汇总并以折现图的形式表现出来，得到图1。

由图1可以看出，关于无人机在极地应用方面的研究起步较晚，为21世纪初，由文献量的变化情况可知该领域研究现今仍处于初步发展阶段。首篇相关文献发表于2004年，由美国加利福利亚理工学院作者和中国香港科技大学作者合作发表，文中对无人机的表述是Remotely Piloted Aircraft（遥控飞机）；2005、2006年的发文量均只有1篇，发文作者均来自美国；2007年发文3篇，其中2篇作者均来自美国，另1篇由英国、挪威、澳大利亚等多国作者合作发表；2008年发文明显上升，达10篇，发文国家开始涉及到加拿大、芬兰、德国、日本，期间中国作者独自发文1篇《小型无人机极地研究》；近年来，文献量呈显著上升趋势，2012年发文量最高，达11篇，进行相关研究的国家开始涉及到瑞典、意大利、俄罗斯，但这些国家发文多为1篇。

由以上分析可知，21世纪初，美国最早开始极地无人机研究，早年的多篇文献均由美国作者发表，美国发文也远远多于其他国家，达28篇，随之，澳大利亚、英国、挪威、中国、日本、加拿大、芬兰等国家也开始纷纷关注，近年来，瑞典、意大利、俄罗斯也逐渐开始极地无人机研究。关于极地无人机研究，最早是利用无人机进行极地大气取样，且早年的多篇文献均是以此为主题，关键词均涉及到极地大气、羟酸、气溶胶，影响力相对较高，而后开始涉及到极地监测的其他方面，如地形、海洋哺乳动物、地表水、海冰消融、大型海洋碎片、冰盖测量等，还有部分文章主题涉及到无人机及机载设备的研制，如长航时无人机设计、小型无人机系统设计、机载自动偏振罗盘安装、摄影设备、激光扫描设备、传感器、雷达、气体分析仪等。

分析各个国家的主要研究机构，从事极地无人机研究的美国机构主要是美国国家海洋大气局（NOAA）、美国加利福尼亚理工学院（CALTECH）和美国科罗拉多大学（UNIV COLORADO），发文量相对较多，达到5篇；挪威的主要研究机构是挪威海洋研究所（INST MARINE RES）和卑尔根大学（UNIV BERGEN），此外还涉及到挪威科技大学（Norwegian Univ Sci & Technol）和比耶克内斯气候研究中心（Bjerknes Ctr Climate Res）；中国的主要研究机构是北京航空航天大学，来自中国的4篇文章中有3篇均由该机构单独发表，其中1篇被引频次为6次，是3篇中影响力最高的1篇，题名为《A small unmanned polar research aerial vehicle based on the composite control method》[1]，另2篇题名分别为《A Small Unmanned Aerial Vehicle for Polar Research》《The Design and Application of a sUAV System for Antarctic Expedition》，内容主要涉及极地无人机的研制；此外的1篇为中国香港科技大学与美国国家海洋大气局（NOAA）合作完成的――《Molecular composition of the water-soluble fraction of atmospheric carbonaceous aerosols collected during ACE-Asia》[2]，被引频次为41次，影响力较高，文章关键词包括北极气溶胶、空气取样、遥控飞机、炭黑、二羟酸等，研究主题为极地海洋大气监测。

对作者的分析发现作者间合作程度较大且高产作者并不明显，这些作者的研究内容主要涉及运用无人机对北极大气进行监测、采样，分析北极大气中的水溶性有机化合物、气溶胶等，还包括利用小型无人机系统来拍摄、绘制地面海拔和地形，监测、解释海冰融化等。

2 研究主题分析

对关键词进行词频统计发现，除无人机外，模型、系统、飞行器的词频较高，说明现今关于无人机在极地应用方面的研究，多数文章涉及新型无人机模型、无人机系统的研制、开发方面；其次，海洋大气、北极大气、粒度分布、海冰、温度等高频关键词表明应用无人机进行极地大气和温度、海冰融化监测是极地无人机研究的一个重要方面；再者，合成孔径雷达、激光雷达、雷达、光谱等关键词表明在极地，无人机研究与雷达等设备的应用、研制也密切相关。

为了对关键词分布有个更感官的认识，对词频在2次以上的36个关键词进行共词分析，绘制关键词共现网络图，得到图2。图中的节点表示关键词，连线表示其两端的两个关键词在同一篇文章中出现。连线越粗，则两端的关键词共现次数越多；节点的大小表示关键词的中心度，节点越大表示与其共现的关键词越多。

根据图2，从连线来看，关键词间连线均不粗，说明在多篇文献中同时出现的关键词少，可见关于极地无人机研究某一主题的研究成果还不多；且关键词共现网络图并未形成一个连通图，说明极地无人机研究各主题间联系不密切。从节点中心度来看，无人机、飞行器、海冰等关键词中心度较高，与较多关键词存在共现情况；其他关键词的中心度差别不大。

由图2还可看出，所列关键词被分隔成两部分，表明现今极地无人机研究存在两个大的研究主题，北极大气、城市大气、粒度分布、海洋大气、极地日出等关键词构成一个大的研究主题，该主题主要关于利用无人机进行极地大气成分分析和气候预测等。另一个大的研究主题中又包含多个小的研究主题，海冰、冰盖、反射率等关键词揭示出利用无人机进行海冰监测、解释海冰融化的研究主题；激光雷达、合成孔径雷达、质量平衡、模型、系统、算法等关键词揭示出为了更好的进行极地勘探，采用某种算法、模型等进行无人机设计、制作的这一研究主题。

详细来说，现今关于无人机在极地应用方面的文献，其内容主要涉及三个研究主题，按从主到次分是：

（1）极地监测。其中主要包括地形、海洋哺乳动物、地表水、海冰消融、大气监测（气溶胶粒子浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度等）及大型海洋碎片、冰盖测量等。

（2）无人机研制。其中包括长航时无人机设计、小型无人机系统设计、无人机系统的不稳定性、非线性气动特性研究等。

（3）机载设备研究。辅助进行各项监测时，伴随着各种机载设备的研究，其中包括机载自动偏振罗盘安装、摄影设备、激光扫描设备、传感器、雷达、气体分析仪等。

3 结语

本次文献调研在基本情况分析中融合了年代、作者、机构、国家等几个方面的分析，运用情报学分析方法针对相关49篇文献的内容作了主题分析，对国际极地无人机研究情况作了概貌阐述，希望对我国极地高科技研究带去便利，本文不足是未能更深入的在内容上多作分析，也希望情报学分析方法能更多、更深入的运用在科技领域，辅助我国科技发展战略的制定。

【参考文献】

[1]Lei， XS， Bai， L， Du， YH， et al. A small unmanned polar research aerial vehicle based on the composite control method[J]. MECHATRONICS， 2011，21（5）：821-830.

[2]Mader BT， Yu JZ， Xu JH， et al. Molecular composition of the water-soluble fraction of atmospheric carbonaceous aerosols collected during ACE-Asia[J]. Journal of Geophysical Research-atmospheres， 2004，109，（D6）.