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2018, 35(10):917-923.doi:10.13213/j.cnki.jeom.2018.18152

基于知识图谱的电焊烟尘研究可视化分析


国家安全生产监督管理总局职业安全卫生研究中心, 北京 102308

收稿日期: 2018-02-11;  发布日期: 2018-11-06

基金项目: 国家重点研发计划资助项目(编号:2016YFC0801701)

通信作者: 樊晶光, Email: fan-jg@263.net  

作者简介: 张雪娟(1989-), 女, 硕士, 助理工程师; 研究方向:职业卫生、风险评估; E-mail:

[目的] 直观展现国际范围内电焊烟尘的研究热点及发展趋势。

[方法] 以Web of Science TM核心集数据库中收录的1941—2017年电焊烟尘研究的文献为数据源,运用Cite Space(5.0.R1.SE.9.4)软件进行共引分析和突现分析,获得研究国家、机构和作者分布图谱,以及高频关键词、高频突现词和突现引文图谱。

[结果] 1941—2017年,电焊烟尘研究发文量排在前五位的国家依次为美国、德国、英国、韩国、瑞典,排在前两位的研究机构为美国国家职业安全与卫生研究院和哈佛大学,排在首位的研究作者为ANTONINI J M。高频关键词包括暴露、焊工、焊接、锰,以及炎症、疾病等。通过突现分析,将研究前沿分为两个阶段:第一阶段为电焊烟尘致肺损伤与肺炎症的机制研究,高频突增文献以人群对照组试验、动物试验的研究为主,高频突现词以“电焊工”“实验室大鼠”“风险”“试管实验”为主;第二阶段为颗粒物研究,高频突现词为“超细粒子”“纳米颗粒”“悬浮微粒”。

[结论] 在发达国家,电焊烟尘研究得到高度重视。电焊烟尘致病机制的研究已相对成熟,而颗粒物的研究正在兴起。我国在电焊烟尘研究领域的研究力量相对薄弱,应加大科研投入。

关键词: 电焊烟尘;  知识图谱;  研究热点;  可视化分析;  Cite Space 

随着我国经济迅猛发展,电焊作业几乎涉及所有的工业领域,电焊工的数量急剧上升。流行病学的研究表明,焊接工人长期吸入电焊烟尘可引起慢性健康危害,严重者可导致电焊工尘肺[1]。为保障劳动者健康,职业卫生领域的许多专家在电焊烟尘风险评估[2]、焊接车间通风系统改造[3]、焊烟对工人健康的影响[4]等方面进行了深入研究。

知识图谱是显示知识发展进程与结构关系的一系列不同的图形,用可视化技术描述知识资源及其载体,挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及其之间的相互联系[5],它能形象地展示某个学科领域的核心结构、发展历史、研究前沿等信息。构建知识图谱的软件主要有Pajek、UCINET、CiteSpace、HistCite等。目前,我国应用知识图谱分析的研究领域分布非常广泛。通过检索中国知网关于知识图谱的相关文献,发现2002—2017年共发文3 230篇,其中图书情报与档案管理研究占45.36%,教育理论与教育管理研究占7.83%,而医药卫生方针政策与法律法规研究仅占0.62%,运用知识图谱可视化分析电焊烟尘研究领域现状的文献为零。因此,本研究以Web of Science TM核心数据库的文献为数据源,运用Cite Space(5.0.R1.SE.9.4)软件绘制知识图谱,通过可视化分析,准确把握国际上电焊烟尘研究领域的研究热点、研究前沿和发展趋势。

1   材料与方法

1.1   数据采集

在Web of Science TM(WOS)核心集数据库中,以“welding fume”作为主题词进行检索。时间跨度为:开始时间不限,结束时间为2017年12月31日,采集数据的时间为2018年1月28日。文献类型为“ARTICLE and REVIEW”,共获取1 029条有效题录信息,并导出数据保存。每条题录中包含文献的作者、题目、摘要、关键词、被引文献等信息。

1.2   研究方法

研究采用美国德雷塞尔大学陈超美教授开发的引文分析可视化软件Cite Space,通过分析Cite Space (5.0.R1.SE.9.4)软件绘制的知识图谱,得出某个知识域在一定时期的研究现状和发展过程[6],并利用突现词技术来确定该领域的研究前沿。时间段设置为1941—2017年,时间切片确定为“1”,根据研究主题不同,分别设置“国家(country)”“机构(institution)” “作者(author)”“关键词(keyword)”为网络节点,绘制研究国家合作关系、学术群体、发文作者、关键词分布的知识图谱。将主题类型设置为“突变词(bust term)”,网络节点设置为“词语(term)”和“关键词(keyword)”,绘制突现高频词图谱,将网络节点设置为“共引文献(cited reference)”,得到突现引文知识图谱。数据抽取对象设置为“top 50”,阈值维持系统默认。选择“路径发现(pathfinder)”的剪切连线方式以简化网络结构、突出重要特征,并采用聚类静态(cluster view-static)和展示整个网络(show merged network)的可视化方式呈现知识图谱。

中心度[7]是社会网络中的概念,中心度大的节点相对地容易成为网络中的关键节点。某个国家的中心度越高,说明这个国家的研究越重要。发文突增性是反映发文量增长的指标,文献量增长与发文突增性呈正比关系,发文量增长越多,发文突增性就越大。关键词是一篇文章的核心和精髓所在,是对文章主题的高度概括和精炼,对文章的关键词进行分析,频次较高的关键词在一定程度上可以看作是该领域的研究热点[8]。研究前沿代表着一个研究领域的思想现状,也是正在兴起或突然涌现的理论趋势和新主题。研究前沿定义为一组突发的概念及其基本研究问题[9]。在Cite Space软件中的“研究前沿”是基于“突变词”确定的,突变词是使用频率突然增加的词,可能代表了研究前沿的出现。

1.3   统计学分析

运用Excel 2010对数据源文献量进行统计分析,同时运用可视化软件Cite Space(5.0.R1.SE.9.4)对数据源文献进行可视化分析。

2   结果

2.1   发表文献时序分布

统计分析检索到的1 029条有效信息,由图 1可以看出,1941—1990年电焊烟尘研究的发文量很少,年平均发文量为5篇。而自1991—2004年发文量显著增加,年平均发文量为18篇。2005—2017年发文量持续保持增加态势,年平均发文量为51篇。

图 1

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究文献发文量的时序分布

2.2   研究国家的分布

开展电焊烟尘研究的国家分布图谱如图 2所示。图中包括71个节点,228条连线,网络密度为0.091 8。其中每个节点代表一个国家,每条连线表示两个国家之间存在合作关系。

图 2

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究文献的国家分布

图 2可见,美国是开展电焊烟尘研究的主要国家。结合表 1(发文量≥ 20篇),从发文量来看,美国发文数量为292篇,居于首位;德国发文76篇,位居第2;其次是英国、韩国、瑞典和法国,发文数量均在50篇以上。美国在整个网络中的节点中心度最大,其值为0.31,其次是英国、法国、西班牙和挪威,中心性分别为0.18、0.16、0.12、0.10。从发文突增性来看,芬兰的发文突增性为9.49。由此可知,即使芬兰的发文数量不多,仅为38篇,但其发文突增性非常高。

表1

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究发文量≥ 20篇的国家信息

2.3   研究机构的分布

电焊烟尘研究领域的研究机构分布图谱如图 3所示。图中包括730个节点,890条连线,网络密度为0.003 3。

图 3

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究的研究机构分布图谱

结合图 3以及表 2(发文量≥ 7篇)的研究机构信息可见,美国国家职业安全与卫生研究院(NIOSH)在电焊烟尘研究领域的发文数量为95篇,居于首位,其次是美国哈佛大学(Harvard University)发文31篇,华盛顿大学(Washington University)发文21篇。德国亚琛工业大学(Rheinisch-Westfaelische Technische Hochnische Aachen)和芬兰职业健康研究所(Finnish Institute of Occupational Health)的发文突增性分别为5.76和6.51。从中心度来看,各研究机构的中心度均为0,说明他们均不是网络中的关键节点。

表2

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究发文量≥ 7篇的机构信息

2.4   研究作者的分布

电焊烟尘研究领域的研究作者分布图谱如图 4所示。包括1 226个节点,2 398条连线,网络密度为0.003 2。

图 4

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究的作者分布图谱

结合图 4以及表 3(发文量≥ 7篇)的研究作者信息可见,ANTONINI JM在电焊烟尘研究领域发文数量最多,为36篇。其次是ZEIDLER-ERDELY P C,发文量是15篇。

表3

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究发文量≥ 7篇的作者信息

2.5   关键词共现分析知识图谱

由关键词生成的电焊烟尘研究领域研究热点图谱如图 5所示,包括568个节点,2 056条连线,网络密度为0.012 8。

图 5

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘领域关键词共现分析图谱

图 5显示了电焊烟尘研究的重点领域。表 4统计了该领域热点词中出现频次大于等于20的关键词。从图 5可见,电焊烟尘(welding fume)的节点最大,这主要是由于检索词选用的就是电焊烟尘(welding fume)的缘故。其次,暴露(exposure)、焊工(welder)、焊接(welding)、锰(manganese)、职业接触(occupational exposure)、烟(fume)、工人(worker)和铬(chromium)出现的频次也较高,说明该研究的热点主要集中在电焊工人在职业暴露下的危害因素,如锰、烟尘等。在此基础上,该领域的研究者们还开展了电焊烟尘引起健康损害的研究,关键词如吸入(inhalation)、炎症(inflammation)、健康(health)、气溶胶(aerosol)、镍(nickel)、疾病(disease)等,这些都是电焊烟尘领域的研究热点。

表4

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究文献的高频关键词

2.6   研究前沿与发展趋势

电焊烟尘研究领域高频突现词如图 6所示。高频突现词的出现年代可以分为两个时间段。第一阶段为1992—2011年,此阶段主要以风险(risk)、焊工(arc welder)、SD大鼠(Sprague Dawley rat)、颗粒(particle)、体外(in vitro)等研究为主。第二阶段为2011年至2017年,此阶段主要以纳米颗粒(nanoparticle)、超细粒子(ultrafine particle)、吸入暴露(inhalation exposure)、气溶胶(aerosol)、颗粒物(particulate matter)等研究为主。从突现强度中可以看出,第一阶段(1992—2011年)突现强度依次增大的关键词为“焊工(arc welder)”“SD大鼠(Sprague Dawley rat)”“风险(risk)”,这些突现关键词预示着1992年到2011年期间的研究前沿。第二阶段,以“超细粒子(ultrafine particle)”的突现强度最大,为8.377 6。在2017年,高频突现词除了“超细粒子(ultrafine particle)”外,还有“纳米颗粒(nanoparticle)“”颗粒物(particulate matter)”“气溶胶(aerosol)”“吸入暴露(inhalation exposure)”,这些关键词预示着电焊烟尘研究领域2011—2017年期间的研究前沿和发展趋势。

图 6

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究文献高频突现词

该领域1941—2017年引用量突增的文献如图 7所示。突现前10位的引文,突增时间在1978—2007年期间,其中7篇与呼吸系统以及肺功能损伤有关,SFERLAZZA等[10]在1991年的研究中认为焊接工作的工作场所条件可能决定了焊接相关呼吸疾病的严重程度和发病率。ANTONINI等[11]在1996年用大鼠实验来研究不同焊接烟雾可能引起肺部炎症或损伤的机制;1997年时通过大鼠体内与体外实验研究肺损伤与炎症对焊接烟雾的反应,评估焊接气体引起肺部伤害和炎症的两种炎症细胞因子[12];1999年,运用试管实验分析电焊烟尘中的可溶性和不溶性物质对巨噬细胞的生存能力的影响[13]。BECKETT等[14]在1996年检测了51名焊工和54名非焊工在3年中的呼吸系统症状、肺活量,来确定焊接工作与肺功能衰退的相关性。LUCCHINI等[15]在1999年对61名电焊男工和87名对照组进行了神经心理测试,调查职业性接触锰是否会影响工人的神经效应。YU等[16]在2000年将老鼠置于电焊烟尘暴露系统中,研究与焊接烟气接触有关的职业性疾病,如鼻中隔、肺尘埃沉着病和锰中毒。3篇研究了颗粒物的特性。HEWITT等[17]将实验动物置入含有电焊烟尘的仪器设备中,研究了颗粒物的物理特性,如表面形貌、溶解度、粒径。HEDENSTEDT等[18]研究了不锈钢焊接烟气颗粒的诱变性,研究结果表明,六价铬可能与焊接烟气的诱变效应有关。KOSHI[19]研究了不锈钢焊接中烟雾颗粒对培养的中国鼠细胞的姐妹染色单体交换率和染色体畸变的影响。

图 7

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘引用频次突增文献

10篇突增引文与高频突现词(第一阶段出现的高频突现词)密切相关。如运用大鼠(Sprague Dawley rat)实验、体外(in vitro)实验以及焊工(arc welder)对照组研究,研究焊接烟气致肺部损伤以及肺部炎症的可能机制。第二阶段出现的高频突现词应当引起重视,如“超细粒子(ultrafine particle)”“纳米颗粒(nanoparticle)”“颗粒物(particulate matter)”,关于它们的研究正在兴起,也将成为电焊烟尘研究领域的研究前沿和发展趋势。

3   讨论

通过知识图谱可视化分析,可知美国、德国和英国等发达国家在电焊烟尘研究领域的文献贡献率较大,尤其是美国,其在电焊烟尘研究领域的文献贡献率远大于其他各个国家。从中心度看,美国在整个网络中的节点中心度最大,说明其是关键节点,与共现网络中的大部分国家存在直接或间接地合作关系。从发文突增性来看,芬兰在电焊烟尘研究领域具有较大的突破,在该领域取得了一定的研究成果。美国国家职业安全与卫生研究院是发文量最多的机构,说明其在电焊烟尘研究领域投入较多,作出了较大的贡献。德国亚琛工业大学和芬兰职业健康研究所的发文突增性较大,说明这两个机构的发文量增长速度很快,在电焊烟尘研究领域有突出贡献。但是就中心度而言,各研究机构均不是网络中的关键节点。从研究作者分布来看,ANTONINI J M发文量最多,其在该领域做了较多的研究,可重点关注其研究团队的相关工作。从1941—2017年发表文献情况来看,电焊烟尘研究领域的发文量总体呈现持续增长态势,说明电焊烟尘的危害得到了广大学者的重视。

电焊烟尘研究领域的研究热点主要是电焊工人在职业暴露下的危害因素研究,关键词如暴露、锰、职业接触、烟等,以及电焊烟尘引起健康损害的研究,关键词如吸入、炎症、健康、气溶胶、疾病等。研究前沿由突现词确定。电焊烟尘研究领域的前沿和发展主要分为两个阶段:一是以实验为主的第一阶段,主要为电焊烟尘致肺部损伤与肺部炎症的机制研究,如研究者借助人群对照试验、动物试验,调查和分析电焊烟尘中有害物质对人体的健康损害,如肺功能损伤和神经系统损害;二是以“超细粒子”“纳米颗粒”“悬浮微粒”“气溶胶”“吸入暴露”这些高频突现词为主的第二阶段,主要为颗粒物研究,这将是电焊烟尘领域研究的前沿与发展趋势。ANTONINI等[20]研究结果表明焊接电压的适度升高会影响烟尘尺寸和元素组成,并改变肺毒性的时间分布。POHLMANN等[21]研究了空气中焊接烟尘及其所含超细粒子的限值规定,这些粒子的类型、数量和参数可用于评估粒子的可能致病效应。

我国对电焊烟尘的研究较多集中在控制效果评价[22]、电焊烟尘职业接触调查评估[23]等方面,缺乏电焊烟尘健康危害方面的研究。与发达国家相比,我国在电焊烟尘领域的研究工作相对滞后。因此,我国相关政府机构应大力支持和鼓励在电焊烟尘研究领域开展研究项目,同时应加大资金投入,加强与国内外研究机构的合作,争取在电焊烟尘导致的健康损害研究领域取得突破性进展。

本文首次将Cite Space可视化分析软件运用到电焊烟尘研究领域,旨在分析国际上电焊烟尘研究领域的现状及发展趋势,为电焊烟尘研究提供参考。但是由于能力、时间限制,以及Cite Space中阈值选择的复杂性和灵活性,本研究在阈值选择时,默认系统值,在分析方面难免会存在偏差,故文中的研究结果仅供参考。

图 1

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究文献发文量的时序分布

Figure 1
图 2

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究文献的国家分布

Figure 2 [注]每个圆形节点代表一个国家,不同大小节点表示该国家的发文量,每条连线表示两个国家之间存在合作关系。
表1

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究发文量≥ 20篇的国家信息

Table 1
图 3

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究的研究机构分布图谱

Figure 3 [注]每个节点表示研究机构,节点的大小表示研究机构的发文量。
表2

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究发文量≥ 7篇的机构信息

Table 2
图 4

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究的作者分布图谱

Figure 4 [注]每个节点代表研究作者,节点大小代表研究作者发文量。
表3

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究发文量≥ 7篇的作者信息

Table 3
图 5

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘领域关键词共现分析图谱

Figure 5 [注]每个圆形节点表示一个关键词。节点越大,说明该关键词在研究领域出现的频率越多。
表4

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究文献的高频关键词

Table 4
图 6

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘研究文献高频突现词

Figure 6 [注]蓝色线条表示时间,红色表示突现开始与结束的时间段。
图 7

1941—2017年WOS数据库中电焊烟尘引用频次突增文献

Figure 7 [注]线条(包括蓝色与淡蓝色)表示数据源出现的时间(1941—2017年),淡蓝色表示该篇文献发表前的时间段,蓝色表示该篇文献发表后至2017年的时间段,红色表示突现开始与结束的时间段。

参考文献

[1]

黄德寅, 宋从波, 李敏嫣, 等.基于蒙特卡罗方法及MPPD软件模拟电焊烟尘的职业暴露评估[J].中国工业医学杂志, 2016, 29(3):163-166, 192.

[2]

刘美霞, 杨凤, 丁文彬, 等. 2012年上海市工作场所电焊烟尘的定量暴露评估[J].环境与职业医学, 2014, 31(2):81-87.

[3]

叶飞, 刘刚, 杨丰畅.焊接车间通风方式对浓度场的影响研究[J].建筑热能通风空调, 2014, 33(4):78-80.

[4]

韩彩霞, 于维松, 乔蕾, 等.电焊作业人群吸入含铁电焊烟尘微粒对机体的影响[J].中国工业医学杂志, 2017, 30(6):449-451.

[5]

韩曾丽.基于h指数和知识图谱的学科研究热点分析——以我国图情领域高被引论文为例[J].现代情报, 2012, 32(9):163-167.

[6]

祖艳红, 张慧, 傅倩, 等.基于CiteSpace的学科领域研究热点与前沿可视化分析——以液体燃料在催化化学领域为例[J].复旦学报(自然科学版), 2016, 55(4):527-533.

[7]

赵蓉英, 徐灿.信息服务领域研究热点与前沿的可视化分析[J].情报科学, 2013, 31(12):9-14.

[8]

徐灿, 陈晨.基于CiteSpace的学科领域研究热点与前沿可视化分析——以无线传感器网络领域为例[J].信息资源管理学报, 2012, 2(4):69-75, 87.

[9]

CHEN C. CiteSpace Ⅱ:detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature[J]. J Am Soc Inf Sci Technol, 2006, 57(3):359-377.

[10]

SFERLAZZA S J, BECKETT W S. The respiratory health of welders[J]. Am Rev Respir Dis, 1991, 143(5 Pt 1):1134-1148.

[11]

ANTONINI J M, MURTHY G G, ROGERS R A, et al. Pneumotoxicity and pulmonary clearance of different welding fumes after intratracheal instillation in the rat[J]. Toxicol Appl Pharmacol, 1996, 140(1):188-199.

[12]

ANTONINI J M, MURTHY G G, BRAIN J D. Responses to welding fumes:lung injury, inflammation, and the release of tumor necrosis factor-α and interleukin-1β[J]. Exp Lung Res, 1997, 23(3):205-227.

[13]

ANTONINI J M, LAWRYK N J, MURTHY G G, et al. Effect of welding fume solubility on lung macrophage viability and function in vitro[J]. J Toxicol Environ Health A, 1999, 58(6):343-363.

[14]

BECKETT W S, PACE P E, SFERLAZZA S J, et al. Airway reactivity in welders:a controlled prospective cohort study[J]. J Occup Environ Med, 1996, 38(12):1229-1238.

[15]

LUCCHINI R, APOSTOLI P, PERRONE C, et al. Long-term exposure to "low levels" of manganese oxides and neurofunctional changes in ferroalloy workers[J]. Neurotoxicology, 1999, 20(2/3):287-297.

[16]

YU I J, KIM K J, CHANG H K, et al. Pattern of deposition of stainless steel welding fume particles inhaled into the respiratory systems of Sprague-Dawley rats exposed to a novel welding fume generating system[J]. Toxicol Lett, 2000, 116(1/2):103-111.

[17]

HEWITT P J, HICKS R, LAM H F. The generation and characterization of welding fumes for toxicological investigations[J]. Annals of Occupational Hygiene, 1978, 21(2):159-167.

[18]

HEDENSTEDT A, JENSSEN D, LIDESTEIN B M, et al. Mutagenicity of fume particles from stainless steel welding[J]. Scandinavian Journal of Work Environment & Health, 1977, 3(4):203-211.

[19]

KOSHI K. Effects of fume particles from stainless steel welding on sister chromatid exchanges and chromosome aberrations in cultured Chinese hamster cells[J]. Industrial Health, 1979, 17(1):39-49.

[20]

ANTONINI J M, KEANE M, CHEN B T, et al. Alterations in welding process voltage affect the generation of ultrafine particles, fume composition, and pulmonary toxicity.[J]. Nanotoxicology, 2011, 5(4):700-710.

[21]

POHLMANN G, HOLZINGER C, SPIEGEL-CIOBANU V E. Comparative investigations in order to characterise ultrafine particles in fumes in the case of welding and allied processes[J]. Welding & Cutting, 2013, 12(2):97-105.

[22]

郭庆华, 牛心华.某汽车制造企业车架焊接工段通风排尘设施除尘效果分析与评价[J].环境与职业医学, 2014, 31(11):863-865.

[23]

陈会祥, 黄德寅, 张倩, 等.某机械制造生产车间电焊烟尘职业接触调查评估[J].中国工业医学杂志, 2017, 30(2):147-148, 160.

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[基金项目] 国家重点研发计划资助项目(编号:2016YFC0801701)

[作者简介] 张雪娟(1989-), 女, 硕士, 助理工程师; 研究方向:职业卫生、风险评估; E-mail: 990646749@qq.com

[收稿日期] 2018-02-11 00:00:00.0

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