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(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、把握和指導研究態(tài)勢和方向，對該領(lǐng)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(shù)開展的信息文本挖掘分析手段，已廣泛應(yīng)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(lǐng)域的核心結(jié)構(gòu)、研究熱點以及作者機構(gòu)等關(guān)鍵信息和隱含關(guān)系[20-21]。伍其兵等[22]將知識圖譜分析應(yīng)用于摻氫天然氣管道領(lǐng)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(yù)測；吳張中[23]將科學知識分析應(yīng)用于油氣管道地質(zhì)災(zāi)害風險管理中，為管道地質(zhì)災(zāi)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(lǐng)域的研究文獻開展知識圖譜分析，系統(tǒng)揭示該領(lǐng)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(yù)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(guān)領(lǐng)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(shè)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(guān)于埋地管道及其檢測防護領(lǐng)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(guān)文獻產(chǎn)出和發(fā)展情況，將選取的國內(nèi)外相關(guān)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(lǐng)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(guān)領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)域的行業(yè)體系已初步建成，相關(guān)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(guān)。但也說明未來我國在該領(lǐng)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(lǐng)域。 

國內(nèi)外關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)聯(lián)強度，將密切相關(guān)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(guān)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(guān)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(shè)置相應(yīng)的文獻出版時間段。在此基礎(chǔ)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(lǐng)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(guān)于油氣管道領(lǐng)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(lǐng)域的相關(guān)研究進行分析，運用Citespace軟件對CNKI中的334篇相關(guān)文獻進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，設(shè)置關(guān)鍵詞出現(xiàn)的最小次數(shù)為3次，并對關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)進行清洗和去重處理，最后得到由297個關(guān)鍵詞和691條節(jié)點連線共同組成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0134，如圖2所示。圖中每個圓圈節(jié)點代表一個關(guān)鍵詞，由共現(xiàn)圖譜可見，在埋地管道研究領(lǐng)域，陰極保護、腐蝕、檢測、防腐層以及數(shù)值模擬等為高頻關(guān)鍵詞，視為研究領(lǐng)域中的重點和熱點，占主導地位。 

圖  2  國內(nèi)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

Figure  2.  Domestic keyword co-emergence map

為了探索研究不同關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系，在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜的基礎(chǔ)上對其進行聚類，得到關(guān)鍵詞聚類圖譜，對聚類后的不同領(lǐng)域進行深度分析，如圖3所示。關(guān)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(lǐng)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(shù)為重點；綜述（#4）；泄漏（#5）；在線監(jiān)測（#6）。 

圖  3  國內(nèi)關(guān)鍵詞聚類圖譜

Figure  3.  Domestic keyword clustering map

在關(guān)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(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)越多，重要性越高。連接線表示不同關(guān)鍵詞之間的關(guān)聯(lián)程度，連線密集的關(guān)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?。?/span>圖2和圖3可見，在埋地管道領(lǐng)域，陰極保護、腐蝕和檢測技術(shù)為核心研究主題，這同時也反映了該領(lǐng)域的中心度。埋地管道、陰極保護以及檢測領(lǐng)域與其他區(qū)域連線極為密集，說明該領(lǐng)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(guān)鍵詞，設(shè)置關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次閾值為4，保留80個高頻關(guān)鍵詞后得到2000-2022年國外埋地管道研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類圖譜，如圖4所示。在此基礎(chǔ)上選取各類別頻次前十的關(guān)鍵詞進行匯總，如表2所示。 

圖  4  國外關(guān)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(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類圖譜（圖4）并分析關(guān)鍵詞分類和頻次表（表2），可知主要關(guān)鍵詞為探地雷達、泄漏檢測、管道、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、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(yīng)用于埋地管道領(lǐng)域，且現(xiàn)階段應(yīng)用成熟[30]。同時從研究類別上分析，國外在埋地管道領(lǐng)域的研究大致分為五類，分別為管道檢測領(lǐng)域、管道特性分析領(lǐng)域、腐蝕保護領(lǐng)域、檢測信號領(lǐng)域和其他領(lǐng)域。其中，管道檢測領(lǐng)域以探地雷達和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域以陰極保護和腐蝕為主，而檢測信號領(lǐng)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(guān)于埋地管道領(lǐng)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(lǐng)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(guān)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(luò)和深度學習應(yīng)用于該領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學習屬于現(xiàn)階段的高端技術(shù)，國內(nèi)也有例如在線檢測等的高端技術(shù)，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(guān)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(lǐng)域進行更加具體、形象的分析，在上述關(guān)鍵詞共現(xiàn)、聚類分析的基礎(chǔ)上，對其進行歸并同義詞、刪減無關(guān)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(guān)鍵詞，國內(nèi)外埋地管道研究領(lǐng)域關(guān)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(guān)鍵詞共現(xiàn)指標表進行分析，通常認為某研究領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)頻率高、中心度高以及強度高的關(guān)鍵詞為該領(lǐng)域的研究中心和熱點話題。由表3可知，國內(nèi)關(guān)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(guān)。 

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(lǐng)域的學術(shù)影響力和學術(shù)氛圍，可為該領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)域?qū)W術(shù)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(chǔ)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(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)域的作者進行分析的基礎(chǔ)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(guān)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(shù)手段，相關(guān)研究工作的可靠性高，在埋地管道領(lǐng)域的研究中起引領(lǐng)作用。 

4.   發(fā)展趨勢預(yù)測與綜合評價

4.1   時間線圖與發(fā)展預(yù)測

通過CiteSpace軟件生成的關(guān)鍵詞圖譜經(jīng)過處理可以形成關(guān)鍵詞的時間線圖，如圖6所示關(guān)鍵詞以時間軸的方式呈現(xiàn)，通過關(guān)鍵詞的時間線圖可以清晰了解埋地管道相關(guān)領(lǐng)域研究的演進過程，便于研究未來該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和提供相關(guān)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(shè)工程建設(shè)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(guān)，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(shè)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(yīng)。隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)、西氣東輸?shù)扰c管道行業(yè)相關(guān)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(guān)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(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)域，管道安全評價分析是至關(guān)重要的。結(jié)合關(guān)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(yīng)急處理措施至關(guān)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(yīng)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(guān)文獻的調(diào)查發(fā)現(xiàn)兩個問題：（1）該領(lǐng)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(shè)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(shè)備的自動小車上進行相關(guān)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(shù)也具有良好的研究前景。 

5.   結(jié)論

（1）學術(shù)界對埋地管道研究領(lǐng)域給予了長期的高度關(guān)注，該領(lǐng)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(lǐng)域的研究仍具有很大的發(fā)掘空間。 

（2）關(guān)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(guān)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(lǐng)域的研究規(guī)模和廣泛性略遜色于國外。 

（3）國內(nèi)在該領(lǐng)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(guān)領(lǐng)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(shù)手段，相關(guān)研究工作的可靠性高，在埋地管道領(lǐng)域的研究中起引領(lǐng)作用。 

（4）在埋地管道領(lǐng)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(lǐng)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(shù)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)