基于CiteSpace的中国智慧农业研究趋势可视化分析

郑 谦, 李其琪

(安徽科技学院 管理学院,安徽 凤阳 233100)

智慧农业作为新一代信息技术支撑农业发展的重要模式,受到广泛关注。近年来,国家出台了许多政策促进智慧农业发展,2020年农业农村部颁布的《数字农业农村发展规划(2019—2025)》明确了新时期数字农业农村建设的思路,要求以产业数字化、数字产业化为发展主线,精准把握农业智慧转型效能,立足国情农情数情,找准问题症结,分辨智慧农业发展主要制约因素,探索未来发展路径,进一步推进乡村振兴和农业现代化,建设适合中国国情的智慧农业。

目前,学者们多运用定性方法阐述智慧农业研究进展,较少采用定量研究方法分析智慧农业的发展趋势。为进一步了解智慧农业的研究重点,掌握研究动态和发展方向,本研究拟依托中国知网期刊数据库(CNKI),利用CiteSpace文献可视化分析软件制作科学知识图谱,梳理近10年的相关领域研究论文,有助于研究人员更加精确地了解智慧农业领域的研究脉络,探索科研热点和前沿,把握研究趋势,提升智慧农业的研究水平,促进智慧农业实践应用。

1 材料与方法

1.1 数据来源

选用中国知网数据库为主要研究数据源,以“智慧农业”为检索主题词,时间跨度为2012—2022年,选择“期刊”类别进行高级检索。再以人工方法逐条筛选,删去其中的新闻、书评、研讨会报告、非中文期刊和重复的论文等无效论文,共得到有效论文664篇。

1.2 数据处理

基于中国知网数据库的期刊文献,采用CiteSpace.5.8.R3软件,从关键词、作者、机构、地域、发表时间等维度展开我国智慧农业研究热点与趋势分析。将文献数据输入CiteSpace软件[1],依次比对关键词、作者、单位,进行单独或组合的共现分析。时间切片为1年,采用知识单元提取方式,提取单位切片时间内的对象数量为50,采取切片网络裁剪,生成共现图谱[2]。

2 结果与分析

2.1 文献年度发文量

近10年间,CNKI上搜集的以智慧农业为主题的664篇核心文章及各年发文数量如图1所示。通过关键词与作者关系的时间序列图(图2)进一步分析论文出版数量的总体态势。研究发现,智慧农业领域研究论文的数量呈逐年增长趋势。结合政策分析,本研究将智慧农业划分为3个阶段。第一阶段:2012—2015年为智慧农业萌芽阶段。2012年的中央一号文件提出“把农业科技摆上更加突出位置”,智慧农业在学术界尚未引起学界的重点关注,该领域的高水平论文较少,故显现出2012—2013年核心论文发表数量为0的情况。2015年国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》,智慧农业研究开始受到广泛关注,论文发表数量开始快速增长。第二阶段:2016—2019年是智慧农业研究成果快速涌现阶段,2017年和2018年的中央一号文件分别提出“农业供给侧结构性改革”、“实施乡村振兴战略”,这一阶段内相关学者开始聚焦智慧农业,此阶段论文发表数量增长迅速,主要研究领域聚焦于农业物联网建设和农业装备智能化。第三阶段:2020年至今是智慧农业研究的高速发展阶段,此阶段论文发表数量较多,但增长速度放缓,物联网、云计算、大数据、云平台等新一代信息技术逐渐融入智慧农业全产业链改造升级。反映出智慧农业研究逐渐成为研究的重点领域。

图1 2012—2022年中国智慧农业研究文献数量分布Fig.1 Distribution of research documents on wisdom agriculture in China from 2012 to 2022

图2 2012—2022年中国智慧农业研究时间线图Fig.2 Time line of China's wisdom agriculture research from 2012 to 2022

2.2 主要研究机构与核心作者

从智慧农业研究的作者和机构分析来看,智慧农业的主要研究学者的发文数量如表1所示,智慧农业发文数量的机构排名如表2所示。从表1来看赵春江和杜克明研究成果居于前列,大部分作者发表的核心论文数量较少,为1～2篇。河南工业大学、南京农业大学、吉林大学和浙江大学是智慧农业研究较为集中的组织,显示出智慧农业的研究较为集中在工学和农学学科优势特色明显的高等院校。从智慧农业研究作者的共现图谱(图3)来看,各研究组、各作者之间的合作研究较少,赵春江、李瑾和冯献在先进技术应用于智慧农业等方面有过合作研究[3]。

表1 2012—2022年智慧农业主要研究作者及所属机构分布

表2 2012—2022年智慧农业主要研究机构及地域分布

图3 2012—2022年智慧农业研究作者共现图谱Fig.3 Co-occurrence map of wisdom agriculture research authors from 2012 to 2022

综合分析结果可见,智慧农业领域的核心作者研究集中于理论研究,关注点集中在农业数字化转型、农业物联网建设等方面;具有农学和工学积淀和特色的本科院校是智慧农业研究领域的重点研究机构;浙江省、吉林省和江苏省的智慧农业研究成果较为丰富;智慧农业研究的主要学者及核心研究机构之间的合作研究较少。

2.3 文献来源与学科领域

从2012—2022年刊发的5 192篇中文期刊来看,《农业工程技术》《农机市场》《农村经济与科技》《农机科技推广》《农业机械》等5个期刊发文量较高,5个期刊的总发文量占比超过9%(表3)。智慧农业研究所属研究领域主要集中在农业科技、计算机软件及应用、农业基础科学等3个方面,664篇中文期刊中涉及这3个学科领域的文章占比分别达到了25.92%、18.96%和15.36%。从学科分布来看,智慧农业研究主要集中在农业经济管理和计算机这两大类学科,交叉融合的研究趋势涌现。

表3 2012—2022年智慧农业研究的学科分布与文献来源

2.4 研究热点关键词共现

关键词共现图谱能够体现关键词共同出现的频率,以及关键词间的结构关联。参考戴飞等[4]的研究设计,本研究选取适当阈值,研究获得智慧农业领域的热点关键词共现图谱(图4)。共计324个关键字节点,节点间的连接代表关键字的相互关系,共计429个连接,密度为0.006 9。节点数量越大、颜色越多、被连接线距离越长,其内容也越可能成为智慧农业研究的热门主题。表4是排行前20的高频关键词频率和中心性的数值统计分析表,中心性越大说明关键词在共现网络中影响程度越大,如果中心性大于0.1,则表明此关键词是研究热点[5]。

图4 2012—2022年智慧农业研究重点关键词共现图谱Fig.4 Atlas of main key words in wisdom agriculture research from 2012 to 2022

综合图4和表4可见,“智慧农业”关键字出现的频次超过284个,属于较高水平,说明智慧农业已成为农业领域的研究热点。高频关键词主要有“物联网”“乡村振兴”“大数据”“现代农业”“互联网+”“对策”等;“物联网”关键词中心性最高,达到0.62,中心性超过0.10的关键词有12个。在文献计量分类中,高频度和高中介中心度的关键词象征一段时间内相关科研的最热门领域。而基于关键词共现图谱和关键词中心性统计,近十年中国智慧农业领域研究的重点主要集中在三个方面[6]。

表4 2012—2022年智慧农业研究高频关键词统计表

2.4.1 智慧农业发展与乡村振兴关系分析 近年国内学者对于智慧农业与乡村振兴关系的研究主要从产业振兴、培育新型农民、产业转型等视角出发。如贺祚琛[7]以农业4.0产业链模式为依托,探索了智慧农业背景下产业振兴发展路径。针对农村劳动力缺少问题,陈雪等[8]以发展智慧农业推进乡村振兴的角度,关注新型智慧农业人才培育的研究。关于产业转型,兰勇等[9]指出智慧农业为健康产业信息化智能化转型打下坚实基础。孙志刚等[10]研究智慧农业助力寿光蔬菜产业转型升级。

2.4.2 智慧农业底层物联网技术系统设计 智慧农业研究与底层物联网技术系统设计密不可分,目前学者对物联网区块链技术和智能系统设计研究较为丰富。陈锦雯等[11]以物联网区块链技术为基础,设计一种去中心化、安全可信、可维护、去冗余的区块链农业物联网溯源系统。还有一些学者分析了物联网智能系统在智慧农业中的实际运用案例,如杨玉霞等[12]设计一种基于智慧农业物联网信息采集的太阳能发动机监测系统,赵荣阳等[13]对农业大棚控制系统进行研究设计,鲁旭涛等[14]基于智慧农业技术研究设计了节省水资源的网络化水田作物精准灌溉系统。

2.4.3 智慧农业发展的主要问题及对策 新信息技术在农业领域的深度融合,需要社会、经济、资源和文化等多重要素的协同作用。众多学者从技术应用的视角,分析了智慧农业发展面临的现实问题并提出了发展对策。从研究主要内容看,多从人才、制度、设施、技术、政策等方面分析,对策研究则具有显著的地域特征,呈现地区差异性。如曹冰雪等[15]研究发现智慧农业发展中存在信息化基础设施薄弱、关键技术受制于人、数据资源共享不足、人才与资金缺乏等问题。许爱萍[16]从专业人才、基础设施、农业政策、科研体系等方面,对天津市智慧农业发展现状提出对策建议。周楠楠[17]以河南省智慧农业助力乡村振兴为例,提出整合规划建设研发资金、加快信息化建设、大力培育高素质复合型人才等政策建议。

2.5 研究热点的演进及阶段分析

时区间图谱(图5)和高突显度关键词表(图6)能够显示出该领域科学研究的热点话题。关键词活跃度可以从节点的颜色和突显度的数值看出,节点的颜色深、突显度数值大,关键词越活跃。同时高突显度关键词能够弥补时区图谱因词汇的重叠而导致表达率下降的缺点。由此为依据推断智慧农业研究领域的前沿课题和发展趋势[18]。

图5 2012—2022年智慧农业研究热点时区图谱Fig.5 Time zone map of wisdom agriculture research hot spots from 2012 to 2022

综合图5和图6分析,中国智慧农业研究呈现阶段性特征:第一阶段,农业信息化是智慧农业的研究热点。通过整理文献可知,云计算技术在其他领域的应用研究发展较早,随后迁移到现代农业发展研究上。研究者最早关注的是智慧农业应用情境问题挖掘以及对策研究,诸如对粮食安全、信息技术落后等问题,提出构建低耗能绿色农业发展模式、加快农业信息化、加强农业数据采集等对策方法,河南省的研究成果较为丰富,处于研究前沿[19]。第二阶段,智慧农业研究聚焦建设农业全产业链。随着近年乡村振兴战略的推进,研究重心开始转向以数字乡村建设,以数字乡村建设为基础,解决“三农”研究问题,分析文献发现,此阶段的学者除了研究农业智能化、数字化发展,更加聚焦智慧农业全产业链发展,如关注遥感技术和微服务软件技术研发等研究[20]。

综上,智慧农业研究的整体演进路径为“智慧农业—物联网—农业信息化—乡村振兴—全产业链—数字乡村”,这一演进过程与国家历年发布的相关农业政策重心基本相符。说明学者的研究体现了对政府政策的良好响应性。目前,我国正处于全面推进乡村振兴战略阶段,以新信息技术应用为基础,以发展数字乡村解决“三农”问题为导向,不断开发智慧农业应用场景,加快农业物联网建设、推动农业信息化、加快构建智慧农业全产业链服务体系,助力乡村振兴。

3 结论与讨论

本研究基于CiteSpace软件分析,对国内知网收集的大量有关智慧农业的核心论文进行可视化解析,总结了中国智慧农业近10年的进展状况,并探讨了中国当前智慧农业研究的发展现状和热点趋势。研究发现:(1)2012至今,国家对智慧农业发展日益重视,相关论文发表数量整体呈上升趋势,反映出智慧农业逐渐成为了农业研究领域的重点方向。(2)以工学和农学为特色的高校是智慧农业领域的重点研发组织,各学者和各研究机构间合作交流成果较少,浙江省、吉林省和江苏省在研究成果的数量和质量上处于领先地位。(3)高频关键词的中介导向作用揭示当前智慧农业研究问题主要聚焦三方面,即智慧农业助力乡村振兴、智慧农业应用物联网技术、智慧农业发展问题及对策。(4)高频关键词的突现性研究表明,中国未来智慧农业研究热点侧重农业信息化发展和农业全产业链服务体系构建等。(5)随着以建设数字乡村解决“三农”问题为导向的乡村振兴战略推进,农业物联网技术、农业信息化、农业全产业链将成为未来智慧农业发展的关键领域,其中遥感技术、微服务软件研发等具有较高研究价值。

基于智慧农业的文献分析结果,未来智慧农业发展应关注以下几个方面:(1)基于全产业链的智慧农业系统设计。通过补贴、保险和社会资本引入激励等政策措施,引导智慧农业产业链中各市场主体加大投入,推动技术体系标准化和大数据制度规范的建立,加速市场主体有效融入到智慧农业产业链,从而促进智慧农业全产业链发展[21]。(2)智慧农业人才体系构建问题。可通过农民网络培训学院或高素质农民培训等方式对返乡创业青年、新型农业经营主体、智慧农业示范基地、智慧农业企业人员等进行系统化的技术和管理知识培训,构建新型智慧农业人才培养体系。(3)智慧农业底层技术的研发和应用场景开发问题。完善信息服务平台,强化数据资源的共享与利用,重视物联网技术的实际操作和应用。物联网技术、大数据采集、软件开发等研究成果丰硕,但技术具体实践和成果的落地还需要进一步验证。(4)智慧农业技术的合作研发问题。多方位加强智慧农业合作研究。由于目前中国智慧农业的发展呈现区域差异[22],迫切需要强化各省间的沟通和协作,充分发挥智慧农业技术示范先进区的引导作用,促进中国智慧农业的协调发展。