埋地管道運輸作為一種具有良好經(jīng)濟性、快捷性和可靠性的運輸方式，近年來得到快速發(fā)展[1-4]。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達國家三分之二以上的油氣均是通過埋地管道進行運輸?shù)?/span>[5-6]。隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的推進以及“一帶一路”倡議的實施，管道運輸行業(yè)的規(guī)模也得到了飛速提升[7-9]。2023年5月，在陜西省西安市舉行的中國-中亞峰會為“一帶一路”注入了新動力，也為埋地管道的發(fā)展輸送了新活力[10]。因此，系統(tǒng)全面地了解我國在埋地管道及其檢測領域的研究現(xiàn)狀、把握和指導研究態(tài)勢和方向，對該領域的研究開展綜合系統(tǒng)的分析具有很大的必要性[11-15]。 

知識圖譜（MKD）分析是一種借助現(xiàn)代計算信息技術開展的信息文本挖掘分析手段，已廣泛應用在文獻信息收集與分析方面[16-19]。利用知識圖譜可以通過聚類和共現(xiàn)等方式具體形象地展示某個科學研究領域的核心結(jié)構(gòu)、研究熱點以及作者機構(gòu)等關鍵信息和隱含關系[20-21]。伍其兵等[22]將知識圖譜分析應用于摻氫天然氣管道領域的研究分析中，梳理了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀并對未來演進趨勢進行了預測；吳張中[23]將科學知識分析應用于油氣管道地質(zhì)災害風險管理中，為管道地質(zhì)災害風險評價及防治的智能輔助決策提供了可行路徑。 

綜上，筆者采用成熟的信息可視化軟件CITESPACE和VOSVIEWER進行優(yōu)勢互補[24-26]，對國內(nèi)外埋地管道領域的研究文獻開展知識圖譜分析，系統(tǒng)揭示該領域的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。通過對比分析國內(nèi)外研究的差異與特色，進一步預測國內(nèi)未來研究方向，并提出創(chuàng)新性研究建議。研究成果對埋地管道及相關領域的工程實踐具有重要參考價值。 

1.   數(shù)據(jù)來源與發(fā)文量分析

國內(nèi)研究中以中國知網(wǎng)（CNKI）作為數(shù)據(jù)的來源，為了確保數(shù)據(jù)的全面性和前沿性，檢索時間設置為2000年1月至2022年12月。同時為了使研究更具代表性和準確性，選取中文核心期刊、EI期刊等高水平具有代表性的文獻，再對檢索到的文獻進行去重等優(yōu)化整理后得到有效文獻樣本334篇[27]。國外研究中樣本文獻數(shù)據(jù)來源于國外收錄范圍最全面、最廣泛的Web of Science文獻收錄庫，并選擇Web of Science核心合集，檢索2000至2023年間關于埋地管道及其檢測防護領域的英文文獻，將檢索到的文獻進行篩選和剔除，最終得到370篇有效文獻[28]。 

為了更加直觀地了解和觀察埋地管道相關文獻產(chǎn)出和發(fā)展情況，將選取的國內(nèi)外相關文獻進行年限產(chǎn)出情況分析，制成2000-2022年的文獻時序圖，如圖1所示。 

圖  1  發(fā)文量時間圖譜

Figure  1.  Publication volume time map

通過分析2001-2023年國內(nèi)外埋地管道研究領域的發(fā)文量，提出以下兩個主要發(fā)現(xiàn)： 

（1）國內(nèi)外發(fā)文量自2000年來均為增長趨勢，總體上分為三個階段。第一階段（2000至2005年）為緩慢發(fā)展階段，國內(nèi)外年均發(fā)文量均為十篇以內(nèi)，相關領域的研究還處于萌芽階段。第二階段（2005至2015年）為快速發(fā)展階段，年均發(fā)文量呈波動式上升，整體增長穩(wěn)定，埋地管道領域的研究較為火熱，具有良好的研究熱度。第三階段（2015年至今）為穩(wěn)定發(fā)展階段，國內(nèi)外發(fā)文量保持較高的穩(wěn)定狀態(tài)，說明經(jīng)過第一、二階段的發(fā)展，經(jīng)過理論和實踐的積累和沉淀，埋地管道研究領域的行業(yè)體系已初步建成，相關研究已相對成熟。 

（2）在第三階段（2015年至今），雖然國內(nèi)外的發(fā)文量均為增長狀態(tài)，但是國外的發(fā)文量明顯多于國內(nèi)，導致這種現(xiàn)象與不同國家埋地管道發(fā)展差異有關。但也說明未來我國在該領域的研究仍具有很大的發(fā)掘空間，尤其是在我國“一帶一路”等國家戰(zhàn)略的推進下，未來國內(nèi)研究需進一步聚焦該領域。 

國內(nèi)外關鍵詞共現(xiàn).   聚類分析

共現(xiàn)、聚類分析是構(gòu)建知識圖譜中最常見的方式。共現(xiàn)分析是一種文獻計量方法，通過量化分析文獻中作者、關鍵詞、機構(gòu)等特征信息的共同出現(xiàn)頻率，構(gòu)建可視化知識圖譜，揭示這些要素間的關聯(lián)性及其潛在規(guī)律。聚類分析是基于共現(xiàn)分析的特征分類方法，通過度量特征項間的關聯(lián)強度，將密切相關的特征聚合為不同簇團，并以知識圖譜形式可視化呈現(xiàn)分析結(jié)果[29-31]。 

國內(nèi)外關鍵詞共現(xiàn)   聚類圖譜

為了分析國內(nèi)外埋地管道在管道相關研究文獻中出現(xiàn)的頻次，探究埋地管道的發(fā)展歷程，分別在CNKI和Web of Science文獻收錄庫中以“油氣管道”作為主題進行搜索，同時設置相應的文獻出版時間段。在此基礎上，再以“埋地管道”作為主題詞在檢索結(jié)果中進行搜索，對所得文獻進行篩選處理后，留下具有代表性的高質(zhì)量文獻，得到不同時間段埋地管道在整個管道領域研究中的研究文獻占比和發(fā)展情況，如表1所示。 

由表1可見，國內(nèi)外關于油氣管道領域的研究文獻量整體呈大幅上漲趨勢，其中涉及埋地管道的文獻也呈增長趨勢，且國內(nèi)的增加量和占比大于國外。 

為了進一步對埋地管道領域的相關研究進行分析，運用Citespace軟件對CNKI中的334篇相關文獻進行關鍵詞共現(xiàn)分析，設置關鍵詞出現(xiàn)的最小次數(shù)為3次，并對關鍵詞數(shù)據(jù)進行清洗和去重處理，最后得到由297個關鍵詞和691條節(jié)點連線共同組成的關鍵詞共現(xiàn)圖譜，網(wǎng)絡密度為0.0134，如圖2所示。圖中每個圓圈節(jié)點代表一個關鍵詞，由共現(xiàn)圖譜可見，在埋地管道研究領域，陰極保護、腐蝕、檢測、防腐層以及數(shù)值模擬等為高頻關鍵詞，視為研究領域中的重點和熱點，占主導地位。 

圖  2  國內(nèi)關鍵詞共現(xiàn)圖譜

Figure  2.  Domestic keyword co-emergence map

為了探索研究不同關鍵詞之間的聯(lián)系，在關鍵詞共現(xiàn)圖譜的基礎上對其進行聚類，得到關鍵詞聚類圖譜，對聚類后的不同領域進行深度分析，如圖3所示。關鍵詞共現(xiàn)聚類后，共形成7大聚類，分別為：埋地管道（#0），該類別領域主要以弱磁檢測和小波變換等檢測方面為研究點；腐蝕（#1），其中主要涉及防腐層和雜散電流的研究；陰極保護（#2），主要涉及破損點和腐蝕檢測；涂層（#3），其中外檢測和涂層技術為重點；綜述（#4）；泄漏（#5）；在線監(jiān)測（#6）。 

圖  3  國內(nèi)關鍵詞聚類圖譜

Figure  3.  Domestic keyword clustering map

在關鍵詞的共現(xiàn)、聚類知識圖譜中，節(jié)點、字體以及區(qū)域的相對大小代表不同的重要程度，字體越大、節(jié)點越大表示關鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)越多，重要性越高。連接線表示不同關鍵詞之間的關聯(lián)程度，連線密集的關鍵詞節(jié)點即處于核心位置或?qū)π畔⒌牧鲃悠鸬娇刂谱饔谩Ｓ?/span>圖2和圖3可見，在埋地管道領域，陰極保護、腐蝕和檢測技術為核心研究主題，這同時也反映了該領域的中心度。埋地管道、陰極保護以及檢測領域與其他區(qū)域連線極為密集，說明該領域的研究大多需要這兩方面的知識支撐，這對未來研究和實踐也具有一定的指導意義。 

在國外文獻的研究調(diào)查中，運用VOSviewer將從Web of Science核心文集中檢索篩選得到的370篇文獻進行知識圖譜分析，共得到1 427個關鍵詞，設置關鍵詞出現(xiàn)的頻次閾值為4，保留80個高頻關鍵詞后得到2000-2022年國外埋地管道研究領域關鍵詞聚類圖譜，如圖4所示。在此基礎上選取各類別頻次前十的關鍵詞進行匯總，如表2所示。 

圖  4  國外關鍵詞聚類圖譜

Figure  4.  Foreign keyword clustering map

通過觀察國外埋地管道研究領域關鍵詞聚類圖譜（圖4）并分析關鍵詞分類和頻次表（表2），可知主要關鍵詞為探地雷達、泄漏檢測、管道、神經(jīng)網(wǎng)絡、深度學習以及反演，其中探地雷達出現(xiàn)的頻次最高，說明國外較早將探地雷達應用于埋地管道領域，且現(xiàn)階段應用成熟[30]。同時從研究類別上分析，國外在埋地管道領域的研究大致分為五類，分別為管道檢測領域、管道特性分析領域、腐蝕保護領域、檢測信號領域和其他領域。其中，管道檢測領域以探地雷達和神經(jīng)網(wǎng)絡研究為主，管道特征分析主要涉及泄漏檢測和噪聲研究，腐蝕保護領域以陰極保護和腐蝕為主，而檢測信號領域則側(cè)重信號變換和處理等方面的研究。 

對比國內(nèi)外關于埋地管道領域中的研究工作，可以歸納以下三點：（1）國內(nèi)研究的主攻方向和研究熱點比較集中，而國外的研究方向較為分散、研究領域更為廣泛。（2）國外在埋地管道的檢測防護方面，注重腐蝕泄漏后的檢測，而國內(nèi)主要關注對管道的保護和防護，例如管道防腐層等。（3）國外廣泛將神經(jīng)網(wǎng)絡和深度學習應用于該領域，神經(jīng)網(wǎng)絡和深度學習屬于現(xiàn)階段的高端技術，國內(nèi)也有例如在線檢測等的高端技術，但是規(guī)模和廣泛性略遜色于國外[31]。這對國內(nèi)行業(yè)研究的科研工作者也具有一定借鑒和指導作用。 

2.2   國內(nèi)外關鍵詞中心度與聯(lián)系強度表

為了對國內(nèi)外埋地管道研究領域進行更加具體、形象的分析，在上述關鍵詞共現(xiàn)、聚類分析的基礎上，對其進行歸并同義詞、刪減無關詞等優(yōu)化處理，并選取國內(nèi)外出現(xiàn)頻次前二十的高頻關鍵詞，國內(nèi)外埋地管道研究領域關鍵詞的頻次、中心度、總強度以及首現(xiàn)年份的共現(xiàn)指標表，如表3、4所示。 

對關鍵詞共現(xiàn)指標表進行分析，通常認為某研究領域內(nèi)出現(xiàn)頻率高、中心度高以及強度高的關鍵詞為該領域的研究中心和熱點話題。由表3可知，國內(nèi)關于埋地管道的研究，埋地管道、腐蝕、陰極保護、檢測以及防腐蝕層等為中心熱點話題；由表4可知，國外以探地雷達、管道和泄漏檢測等為主要研究方向。由此可知國內(nèi)外研究中心熱點存在相似之處的同時也包含一些差異，這主要和國內(nèi)外埋地管道的基本情況和政策有關。 

作者.   機構(gòu)共現(xiàn)分析

3.1   作者共現(xiàn)分析

作者共現(xiàn)水平在一定程度上可以體現(xiàn)，該研究領域的學術影響力和學術氛圍，可為該領域的發(fā)展提供指導。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，選取作者出現(xiàn)頻次不低于3次為閾值，得到作者共現(xiàn)圖譜，如圖5所示。 

圖  5  國內(nèi)作者共現(xiàn)圖譜

Figure  5.  Domestic authors co-appear the map

由作者共現(xiàn)圖譜可知，在調(diào)查范圍內(nèi)，中國在埋地管道研究領域的科研工作者共計206人，圖中顯示了以何仁洋為例的25位主要研究人員。圖譜中節(jié)點之間的連線代表作者之間的交流合作，圖中共有節(jié)點連線62條，代表作者之間共合作了62次。整體來看，國內(nèi)埋地管道研究領域的研究人員聯(lián)系較為密切，但是存在團隊情況，在團隊內(nèi)的人員合作甚多，團隊與團隊之間的交流合作則相對較少。這種情況在一定程度上限制了該領域?qū)W術的發(fā)展和進步，在未來的研究工作中，學者們尤其需要注意。 

在上述分析的基礎上，篩選出發(fā)文量前20的研究工作者，制得作者、發(fā)文量與年份的共現(xiàn)指標表，如表5所示。通過表5可有效了解該領域研究現(xiàn)階段研究熱度以及未來發(fā)展前景。 

由表5可見，何仁洋作者發(fā)文量最多，且發(fā)文較早。此外，周鵬、柳言國、王新華和楊永等作者發(fā)文也較多[32-33]。由表5還可見，近五年的發(fā)文量較豐富，其中何騰蛟、劉艷軍、杜艷霞以及何萌等作者的文獻占多數(shù)[34-35]。由此可見，該領域的研究仍保持較高的熱度，后續(xù)研究工作仍具有較大可開發(fā)性。 

3.2   機構(gòu)共現(xiàn)分析

在對埋地管道研究領域的作者進行分析的基礎上，對研究機構(gòu)和單位進行分析，得到機構(gòu)、單位的共現(xiàn)分析表，如表6所示。 

由表6可見：發(fā)文量在十篇及以上的機構(gòu)單位共有8家，且這些研究機構(gòu)大多集中在石油高校以及與石油行業(yè)相關的研究院中[36-38]，這些機構(gòu)具有先進的理論研究成果和成熟的技術手段，相關研究工作的可靠性高，在埋地管道領域的研究中起引領作用。 

4.   發(fā)展趨勢預測與綜合評價

4.1   時間線圖與發(fā)展預測

通過CiteSpace軟件生成的關鍵詞圖譜經(jīng)過處理可以形成關鍵詞的時間線圖，如圖6所示關鍵詞以時間軸的方式呈現(xiàn)，通過關鍵詞的時間線圖可以清晰了解埋地管道相關領域研究的演進過程，便于研究未來該領域的發(fā)展趨勢和提供相關指導。 

圖  6  國內(nèi)埋地管道發(fā)展時間線圖

Figure  6.  Timeline map of domestic buried pipeline development

由圖6可見，在埋地管道研究的初期，類似防腐蝕層、涂層防護、機理分析等前期管道保護處理的研究居多，這些研究大多可以歸類于埋地管道建設工程建設時期。在近些年的研究中，仿真研究、塌陷分析、檢測優(yōu)化、信號分析以及維修策略等后期檢測維護方面的研究較為火熱。這種發(fā)展演變過程和我國國情、政策以及管道行業(yè)的發(fā)展有關，在2000年左右，我國的埋地管道行業(yè)屬于起步時期，大多工程屬于建設時期，因此多注重在埋入地下前對管道進行防腐蝕層等防護處理工作，這和前期的研究熱點相呼應。隨著我國城鎮(zhèn)化建設、西氣東輸?shù)扰c管道行業(yè)相關的國家策略的推進以及埋地管道工作年限的增長[39]，管道腐蝕、生銹和塌陷等缺陷逐漸產(chǎn)生，因此缺陷檢測、信號分析和維修策略等逐漸成為近些年的研究熱點。 

如今，埋地管道相關方面的研究已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，但是隨著國家的發(fā)展和社會的進步，管道運輸業(yè)的規(guī)模將繼續(xù)穩(wěn)定增長。眾所周知，在長期大量運輸情況下，相比于鐵路運輸和公路運輸，采用管道運輸是最安全、最有效的。與此同時，近四十年來我國石油行業(yè)和天然氣行業(yè)的跨越式進步也帶動著我國管道行業(yè)的發(fā)展，截至2022年，我國油氣管道里程已達到15.5萬千米[40]，且放眼全球，我國的管網(wǎng)系統(tǒng)未來將繼續(xù)保持較快的速度穩(wěn)步增長，管網(wǎng)系統(tǒng)安全問題的重要性未來將穩(wěn)步提高，尤其是在埋地管道方面更為突出。 

因此，該領域的前期理論研究和后期實踐檢測在未來將繼續(xù)保持較高熱度，同時，科研工作者們對該領域的發(fā)掘空間仍然很大。 

4.2   管道安全評價與創(chuàng)新性研究

在埋地管道研究領域，管道安全評價分析是至關重要的。結(jié)合關鍵詞共現(xiàn)、聚類圖譜和時間線圖分析，腐蝕是管道安全性的重要影響因素之一，因此對管道腐蝕情況進行評估，采取防腐措施是保障管道安全的重要環(huán)節(jié)。同時，陰極保護、涂層質(zhì)量和管道泄漏問題也需要得到重視。陰極保護和涂層能夠有效防止管道內(nèi)腐蝕和外部環(huán)境的侵蝕，而管道泄漏可能造成環(huán)境污染和安全事故，因此對泄漏風險進行評估，并建立有效的泄漏監(jiān)測和應急處理措施至關重要。另外，定期對埋地管道進行內(nèi)部和外部檢測也是保障管道安全的重要手段，這有利于對埋地管道的安全性進行全面評估，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應的措施，以保障管道系統(tǒng)的安全運行。 

在未來埋地管道發(fā)展中，管道檢測和信號分析會繼續(xù)保持研究熱度，結(jié)合埋地管道檢測的實際操作和對國內(nèi)外相關文獻的調(diào)查發(fā)現(xiàn)兩個問題：（1）該領域的檢測缺少搭載裝置，對檢測的快速性和高效性影響較大；（2）在進行埋地管道非開挖缺陷檢測時，常見的方法有瞬變電磁法、漏磁檢測法以及弱磁檢測法[41-42]，但是單一方式檢測效果具有局限性，且信號特征不夠明顯。 

針對檢測設備繁多、檢測效率低等問題，未來可以在可搭載瞬變電磁檢測設備的自動小車上進行相關的創(chuàng)新性研究。同時可針對自動小車的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性展開創(chuàng)新性研究。 

針對單一檢測方式信號特征不夠明顯、具有局限性的問題，未來的研究可以采取多種檢測方式聯(lián)合檢測。與此同時，對多種信號進行優(yōu)勢互補、融合加強以及特征突顯的數(shù)據(jù)處理技術也具有良好的研究前景。 

5.   結(jié)論

（1）學術界對埋地管道研究領域給予了長期的高度關注，該領域的研究也長期保持較高的熱度。從2000年至今整體發(fā)展大致可分為三個階段：第一階段（2000-2005年）緩慢發(fā)展階段；第二階段（2005-2015年）快速發(fā)展階段；第三階段（2015年至今）穩(wěn)定發(fā)展階段。未來我國在該領域的研究仍具有很大的發(fā)掘空間。 

（2）關于埋地管道，國內(nèi)研究的主攻方向和研究熱點比較集中，而國外的研究方向更廣泛；國外在埋地管道檢測防護上注重腐蝕泄漏后的檢測，而國內(nèi)主要關注對管道的防護，缺陷檢測在近些年才逐漸發(fā)展，同時國內(nèi)在高端檢測領域的研究規(guī)模和廣泛性略遜色于國外。 

（3）國內(nèi)在該領域已具有一批高發(fā)文量的研究專家，且在石油高校和相關領域研究院中已形成一些專業(yè)型研究團隊，他們具有先進的理論研究成果和成熟的技術手段，相關研究工作的可靠性高，在埋地管道領域的研究中起引領作用。 

（4）在埋地管道領域，前期理論研究和后期實踐檢測在未來將繼續(xù)保持較高熱度。該領域在多方式聯(lián)合檢測、信號特征突顯等數(shù)據(jù)處理技術以及自動檢測小車研發(fā)等方面，具有良好的創(chuàng)新性研究前景。 

文章來源——材料與測試網(wǎng)