0%

一年一度的国家自然科学基金马上又要提交了,科研宝宝们绞尽脑汁、想方设法、挖空心思地寻找新的研究思路,以求获得评审人的认可。是否有一个新的创意(IDEA)对于基金的成败至关重要,然而国内科学研究在一定程度上存在内卷化,不是那么容易获得新的思路,大批人挤在同一个独木桥上。

国内(大陆地区)既然如此,那么借鉴科研水平较高的国际同行的研究思路不失为一个有效的方法,今天我们对台湾省的科研基金做一个案例解读,并分享著名大地测量学专家黄金维教授的最新研究报告(公开),主题是“以雷达和SWOT合成孔径雷达测高推求南海高分辨率重力和海深”。

SWOT背景

由于传统高度计的噪声水平被限定在100km以上的空间分辨率,很难分辨亚中尺度的海洋信号,为了以更高的分辨率观测海洋现象,美国NASA/JPL和法国CNES于2009年正式提出SWOT干涉雷达高度计计划,经过十余年的论证和发展,SWOT计划于2022年发射。该卫星将利用干涉雷达测量技术,获得120km宽度刈幅的海面高度信息,使高度计观测中尺度、亚中尺度海洋现象成为可能,对于进一步研究海洋和全球气候变化的互相作用具有重大意义。

在推动物理海洋学进步的同时,SWOT也将在大地测量、陆地水测量、极地冰测量等领域提供高分辨率的测量数据。鉴于SWOT高度计计划处于国际前沿水平,因此以SWOT以及同类卫星高度计为主题的研究将是当下海洋遥感的一个热点趋势,以此为主题撰写基金可使资助率提高。

黄金维(C. Hwang)教授介绍

台湾交通大学终身讲座教授
最高学历:
美国俄亥俄州立大学 大地测量 博士
研究专长:
卫星大地测量、统计平差、卫星海洋学

以雷达和SWOT合成孔径雷达测高推求南海高分辨率重力和海深

本项目是黄教授2017-2019年度主持的一项台湾科技部补助专题研究计划。摘要如下:

SWOT(Surface Water and Ocean Topography)任务由美国和法国共同研发,预计于2021年发射,其搭载的最主要的酬载是Ka波段雷达干涉仪,它可以在两个宽度为50公里的刈幅上获得二维水面高。SWOT将会以1公里的分辨率观测海面高(sea surface heights,SSHs),以50公尺的分辨率观测陆地水高(land surface waterheights),并将首次提供高精度的海洋上和陆地上的水面高。在海洋上,SWOT观测到的海面高可以以前所未有的空间分辨率来获得海洋重力异常,以用于探测现有海洋重力场中未观测到的海山、断层和大洋中脊。为了研究SWOT在反演高频海洋重力的应用潜力和研发处理SWOT海面高观测值的新方法,本研究模拟了SWOT可观测到的高频的海面高,并反演得到重力异常和海深。在模拟过程中,本研究基于残余深度模型(residual depth model, RDM)的概念利用多波束深度反演得到东沙岛附近海域的高频残余海洋大地起伏。残余深度是真实多波束深度和参考深度之间的差异,后者是通过将前者平滑得到的。残余深度反演得到的残余海洋大地起伏与DTU18平均海水面模型结合用于仿真SWOT观测值。根据SWOT模拟误差的特点,本研究利用inverse Vening Meinesz (IVM) 和逆斯托克斯积分(inverse Stokes integral)两种方法来反演海洋重力异常,利用内政部提供的船测重力异常进行评估,结果表明SWOT可以在南海提供高质量的海洋重力异常。本研究采用重力地质法(gravitygeologic method, GGM)将南海海洋重力异常反演为海深, 利用内政部提供的多波束深度进行评估, 结果表明高频残余海洋大地起伏可以使反演得到的海深具有更多的细节和更高的精度。

封面信息

报告获取

回复本公众号0225,可获得下载链接。

摘要

以中国知网期刊数据库收录的1962-2021年《测绘学报》文献为数据源,使用Citespace对测绘研究领域的国内机构、关键词、作者信息进行分析,展现我国测绘科技的当代发展史。同时,根据历史数据的变化,对测绘科技的发展趋势和热点进行探索分析。

测绘学报

《测绘学报》于1956年创刊,是由中国科学技术协会主管、中国测绘学会主办的学术刊物,国内外公开发行,是我国测绘地理信息科学领域具有重要影响力的学术期刊;涉及大地测量、全球导航卫星系统、遥感、航空摄影测量、工程测量、地图学、地理信息系统、矿山测量、海洋测绘、地籍测绘、地图印刷、测绘仪器、信息传输等测绘地理信息学科及其相关相邻学科。目前《测绘学报》已被美国工程索引(EI)、中国科技核心期刊等重要数据库收录,并入选“2020中国国际影响力优秀学术期刊”和“百种中国杰出学术期刊”。

对《测绘学报》期刊进行文献计量分析,可以了解期刊中最有成效的作者、机构和领域,并可以获得测绘这门科学的研究热点演变,进而从宏观角度了解测绘科技发展的规律。目前已有一些学者利用文献计量分析软件对特定期刊发文进行了研究分析,如如陈俊梅等使用CiteSpace软件对
《湖泊科学》创刊30年以来刊载学术文献中的关键词、机构、作者等进行知识谱图分析,并探讨湖泊科学近30年的研究发展特点;刘凯等开展《热带地理》期刊创刊40年文献计量分析,对该期刊研究主题演变趋势、历史热点等做了探讨;何书金对《地理学报》创刊85年发文的主题、引文和关键词进行可视化分析,梳理出该期刊4个时间段的主题脉络、历史热点等,以此审视中国地理学历年来的发展特点。

Citespace知识可视化软件是目前流行的文献计量分析工具之一,可以方便的将知识以图谱形式展现。本文采用Citespace软件对《测绘学报》历史文献进行研究关键词、机构和作者的分析,并将研究阶段分为5个,分别是:1956-1979,1980-1989,1990-1999,2000-2009,2010-2020,希望为相关领域的测绘学者提供参考。

数据和方法

数据来源

时间范围1962年至2021年,共计约4200篇文献。知网检索格式:

1
JN=测绘学报

Citespace原理

结果分析

关键词共现分析

突现词分析

作者合作网络

机构合作网络

讨论和展望

参考文献

班公湖

班公错(拉达克语:Pangong Tso),或称班公湖,藏语名哥木克哥那喇令错或错木昂拉仁波(藏语:མཚོ་མོ་ངང་ལྷ་རིང་པོ།,威利:mtsho mo ngang lha ring po,THL:Tsomo Nganglha Ringpo),清朝譯潘光湖,是青藏高原西部的一座湖泊,位于西藏和克什米尔边境,中国和印度对该湖归属有争议,现中国控制该湖东部约三分之二,印度控制西部约三分之一。

班公错属构造性湖泊,东西狭长,约延伸143公里,南北最宽处5公里,总面积604平方公里。该湖湖面平均海拔4241米,属内流湖,流域面积28714平方公里。由三个狭长形小湖组成,其间有沟通水道。湖最深处约57米。湖水清澈,透明度3至4米。每年结冰期6个月。该湖东部水质为淡水,中西部为咸水。湖中盛产裂腹鱼。

西海舰队

班公湖水上中队,全称阿里军分区班公湖水上中队,被軍迷和所屬官兵暱稱為西海舰队[1],是中国边防巡逻艇中队,隶属于中国人民解放军西部战区陆军船艇部队,主要负责边境要塞的物资运送与油料补给以及班公错的边防巡逻[2]。驻扎在此的官兵称自己的部队是中国的“第四大舰队”(另外三大舰队是北海舰队、东海舰队、南海舰队)[3]。
西海舰队的前身是东海舰队舟山群岛的水上交通中队,1962年,中国从东海舰队抽调了一支整建制的舰艇分队调往班公湖。该支舰队现时的主力为928D型新型边防巡逻艇[4],巡逻艇配备导航、通讯等设备,同时也设有机枪等武器[5]。

班公湖西海舰队
资料来自外军。

中印对峙

伟大的团长
伟大的团长

Keyhole(锁眼)间谍卫星

美国锁眼计划共研制和发射了13种类型的卫星,解密从1959年开始直至1986年共计约930000幅历史遥感影像。
大多数历史遥感影像(锁眼卫星影像)时相集中在1960-1980年之间,这个阶段CORONA系列卫星共发射32次,经过长期调试已经可以把卫星轨道降到166公里的水平上,从而使分辨率达到了1.8米,回访周期1天,并可以提供立体相对。其中,KH-7存档影像时相集中在1963年7月到1967年6月。分辨率最初为1.2米,到1966年提高到0.6米,拍摄的目标主要集中在战略目标、核目标以及导弹防御和弹道导弹系统。除了近100景以色列影像仍然处于保密状态之外,KH-7拍摄的19000景历史遥感影像(锁眼卫星影像)全部得到解密。(来源:网络搜集)

数据下载

登录USGS网站下载,需要注册一个账号,具体可参考B站教程

批量或者大文件可以使用USGS开发的Bulk Download,但是速度并不快。使用该软件时,请采用管理员方式运行,否则可能打不开。

QGIS地理配准

锁眼卫星没有几何位置,需要进行配准。最好提前准备一幅具有坐标的卫星遥感影像(Landsat、GF、ZY3都可以),或者手动输入坐标也可。可参考B站

1970青岛胶南

50年并不长,但胶南沿海已发生了翻天覆地的变化。


胶南1970(9月23日)


胶南2019

很明显:

  • 原来宽阔的沙滩消失约1.4平方公里(未考虑潮汐),自然海滩几乎全部消失,大多变成了养殖池。
  • 入海的河流消失或者变得细小,原因是上游建立了水库蓄水。
  • 道路和村庄更加密集。

随着中国沿海经济社会快速发展,围海养殖、填海造地和港口码头建设等大规模的海岸开发活动使人工海岸堤坝代替自然海岸滩涂,改变了海岸自然形态,导致生态、生活岸线不断减少,稀缺自然岸线资源日益缩减,海岸线人工化与海岸侵蚀、沙滩异化和滨海湿地退化等资源环境问题。

自上世纪90年代起,在沿海经济迅猛发展的同时,海岸及近岸海域开发强度不断加大,粗放利用、盲目开发加上不合理的利用方式,造成近岸局部海水水质恶化、滨海湿地快速减少、重点海湾面积萎缩,部分深水岸线、沙滩、景观海岸等稀缺的海岸资源被破坏和浪费,珊瑚礁、海藻床、红树林等大量珍贵资源甚至灭失,严重影响了海岸的资源环境和生态健康。全国有超过30%的原生砂质海岸遭到开发活动破坏,超过60%的沿岸沙坝、海岸瀉湖等地貌景观被损毁,重点海湾较1990年面积平均缩减19.1%。

1993年全国大陆海岸线长度为18,979.39 km,其中自然岸线长度为11,463.74 km,人工岸线长度为7515.65 km,自然岸线和人工岸线分别占全国海岸线总长度的60.40%和39.60%;至2010年,全国海岸线总长度增加至19,948.76 km,人工岸线占49.38%,达到9851.38 km,自然岸线减少至10,097.38 km,人工岸线增加2335.73 km,自然岸线缩短了1366.36 km。究其原因,主要是中国沿海地区土地资源短缺,发展空间局促,向海要地的需求快速增长,大量自然岸线被占用造成的结果。

中国海岸及近岸海域经历了近40年的高强度开发,大量的海洋资源开发活动在为沿海地区带来人口增长、经济繁荣和社会发展的同时,也导致了海岸地区的资源衰退、环境恶化和生态退化,主要体现在以下3个方面:

不合理的填海造地使海岸地貌和生境发生重大改变

为发展临海工业和港口航运业,中国开展了大规模填海造地,在短期内解决了沿海土地紧缺的问题,但不合理的填海造地也带来了海岸破坏和环境退化等一系列严重后果。由于原有的海洋潮流场和泥沙运动规律受到显著影响,导致海岸带侵蚀、淤积等问题日益加剧。港湾内的围海造地减少港湾的纳潮量、减弱海水自净能力,使湾内海水水质恶化、加大赤潮发生的频率和强度;岸线及海底形态的改变,又往往造成航道缩窄、水深淤浅、通航不畅。此外,围海造地还会破坏一些珍贵的海岸景观和生态系统,如红树林、珊瑚礁等。

大面积的围垦养殖破坏大量海岸湿地

大面积的围垦养殖往往会破坏滨海湿地并诱发临近港湾的淤积,进而影响海岸带对陆源污染的过滤和自净能力 。围垦区内水交换能力低下,海水、底质的环境质量不断恶化,很多养殖围塘的富营养化指数严重升高,容易引发严重的大规模养殖生物病害;围垦后堤外极易产生新的淤积,导致港湾面积不断缩小,严重影响经济鱼、虾、蟹、贝的天然产卵场、苗种场、索饵场或洄游通道,导致海岸和近岸海域的生态功能减弱甚至灭失。

近岸海砂开采破坏海岸稳定性

海砂是一种重要的海洋生态环境要素。近岸海砂的开采,使海岸的水下天然“防波堤”被破坏,易引起海岸蚀退、海水入侵等地质灾害,甚至破坏滨海沙滩旅游资源,使平坦宽阔的沙滩下蚀、缩窄 ,始于上世纪80年代厦门东北部下堡附近海岸由于海滩和近岸采砂,造成20年内海岸后退了120 m,并引起输沙下游沙滩岸线的严重退化。

郓城县

可见

  • 上世纪60年代郓城到鄄城的路上有一片狭长的林场或者荒草地(先在名为何庄林场,依然存在,但面积大幅减小),这是因为黄河洪水带了的泥沙使土地无法耕种。
  • 这篇林场在80年代依然有明显的痕迹,只不过一是沙土特征,仿佛寸草不生的一片地方。
  • 现在这篇林场两侧大多已经是村庄。


1967年,老县城街道,河道的林场、荒漠。

1984年,郓城

1989年,郓城

2020年郓城

1967-2020年郓城

相关资料:一林(60多年来,林场人不忘初心,甘于奉献,把荒漠沙难筑成了绿色长)

郓城县属黄河冲积平原,历史上黄河多次决口改道。据县志记载:1855年黄河于铜瓦厢决口,大溜由赵王河入郓,两年未能堵复,自此黄河改道流经郓城。1935年7月黄河自鄄城临濮董庄决口,黄河大溜由陈坡黎桥入郓,横穿郓城,形成鄄郓大沙河,自此,每到春冬季节,漫漫荒原,风沙肆虐。形成了很多半流动沙丘。民间有识之士在这里植树造林,民国期间出现了“民生林业工司”。

解放后,党和政府更加注重改善民生,一九四九年七月,林场建立,在此土地上建成了“平原省菏泽专区造林局何庄林场”。当时的地籍图是用毛笔在棉布上书写的,可见地图的重要和珍贵。边界用点画线绘制,标明了“地邻”。

一九五二年,公私合营造林合同。方红的大印,厚重有历史感。

一九六O年,林场隶属于郓城县林业局,林场的正式名称是<郓城县国营何庄林场>。

六十年代末,林场有了自己的专用信笺,真有范!大名<山东省郓城县国营五七林场革命委员会>,看“大地园林化”多响亮的口号,伟人真是伟人

一九七六,文革末期,仍然称为<五七林场>。文革期间“五七干校”的兴衰历程给一代人留下了深刻记忆。

此外我们发现:

  • 60年代的郓城老县城很小,一道护城河围起来的大小。
  • 80年代,规模变化不大,只是多了两条主干道。
  • 河流的变化大,由60年代的活水河流,变成了死水。

论文署名

高校论文中的夫妻署名

夫妻档通讯和第一的分配

科研合作

科研独立

科研署名

交易

单独作者的重要性

卫星测高领域

检索

知网检索:卫星高度计卫星测高,来源为期刊,时间从1970-2021,得到1092条有效数据。

1
SU='卫星测高'+'高度计' and AB='卫星'

研究人员

卫星测高研究人员
卫星测高是我上学以及工作后的主要研究方向,本以为做的还不错,但是通过这幅图才发现了人外有人,天外有天,自己的想法简直是《庄子》里面未见北海的河伯,或者不知春秋的蟪蛄,不知晦朔的朝菌而已。 可能有的老师会疑问,我也发了很多论文,怎么不见名字呢?这主要和数据源有关系,如果老师发表的文章是英文SCI,那么这里面确实不会出现。不出现并不代表没有实力,反而英文文章更能说明示例。 那么这个作者谱图也仅能代表过去和中文文献,请没有大名的老师不要介意,如果以后支持多多国产期刊,把论文发表在祖国大地上,名字就有啦。

研究单位

卫星测高研究单位

可见武汉大学在国内处于核心地位,其节点的圆环颜色中间为灰色,表示涉入本行业年代较久远,属于最早一批使用卫星测高数据的机构,其外环仍保持亮丽色彩,表示至今仍在本领域耕耘。中国测绘科学研究院、中科院测地所和中国海洋大学也都是很早就研究卫星测高的机构,且早期成果较多,使得图中的节点颜色灰色面积较大,但图谱表明目前阶段这三家单位的热点已较低,这说明随着时间的更迭,这些单位已经不在热衷于卫星测高研究。海洋一所、中科院大学、西安测绘研究所等机构现在仍旧在此领域发表论文,说明其卫星测高数据应用有需求,研究热度增加。

卫星测高研究单位时间图谱
1979年中科院海洋所齐孟鹗发表第一篇提及卫星测高领域的文章,此时仅仅为介绍,并未实际应用。到80年达,测地所、武汉大学、海洋一所等机构开始引用测高数据,2000以后,国家海洋卫星应用中心开始研究高度计,2010年后国土卫星遥感应用中心开始研究激光测高卫星,这两单位的介入表明我国对测高卫星提出了自主化要求。

关键词

卫星测高关聚类键词
通过聚类,卫星测高主要涵盖:南海、有效波高、激光测高、海平面变化、重力异常、大地水准面、大洋环流、卫星轨道等类别。基本包含了卫星的主要研究领域,在大地测量、物理海洋等领域的应用。

卫星测高论文关键词

时间轴

卫星测高论文关键词演变

海洋遥感

1
SU='遥感'+'测绘'+'测量'+‘反演’ and AB='卫星'*'海洋'

WOS SCIE 中的海洋测绘

检索

1
TS=(marine geodesy* OR marine surveying* OR remote sensing * OR bathymetry * OR multi-beam * gravity* OR altimetry OR altimter OR sea surface OR topography OR marine geoid OR hydrographic OR hydrography OR tide* ) AND AB=(marine OR sea OR ocean OR coastal * OR lake OR river)

时间为2000-2021

作为测绘分支,海洋测绘在国内的研究格局如何呢?有哪些机构、大学涉及在内呢?他们之间的合作关系如何呢?他们的从业力量有相对如何呢?带着这些疑问,小编利用文献分析格局citespace和中国知网数据库的大数据进行分析,对我国海洋测绘历史和现状做扫描,citespace可以通过这些数据给出关键词、研究单位、作者等要素的聚类分析图谱。分析可能不精细,仅是宏观的一瞥。

信息检索

海洋测绘海洋测量为关键词在知网检索,检索时间自1977年至2021年,有效数据条目约1900条。

1
SU='海洋测绘'+'海洋测量'

由于海洋测绘还涉及到海洋声学、海洋遥感、物理海洋等多学科的交叉,小编为了省事,暂时没有使用这些交叉学科的文献信息,但不会有大的影响。

结果

研究机构

国内海洋测绘研究机构总览,此处按照知网发表成果设置的阈值,仅显示指数较高的机构。

容易发现,过去40多年,我国的海洋测绘绝对的围绕在海军测绘研究机构和高校的周围,也就是说以前海洋测绘工作以海军为主,这和我国相关的法律法规也是符合的。清晰可见,围绕着海军测绘机构,民口的海洋测绘机构主要有海洋一所、山东科技大学、中国测绘科学研究院、武汉大学测绘学院、淮海工学院测绘工程学院等机构。有的机构曾改名,这里根据历史文献使用旧名,暂不修改。

《海洋测绘》编辑部也在列,是因为这份期刊有编辑部的文章署名单位如此。这份期刊是独一无二的海洋测绘领域期刊,其刊文也代表了国内海洋测绘学科的最高水平,下一篇文章将分析这份期刊20余年的发文情况,从期刊发文关键词的演变看海洋测绘研究热点的演变。

海军海洋测绘研究所
容易发现,海军海洋测绘研究所是海洋测绘专业的核心研究机构,这也和其名称非常匹配。其处在谱图的核心位置,合作关系广泛,包含部队和民方高校和研究单位。

大连舰艇学院
具有海洋测绘专业的军校。

自然资源部第一海洋研究
容易发现,海洋一所居于图谱的次核心位置,处在军队和地方研究机构的中间位置,仿佛是一座桥梁,连接了军地海洋测绘合作。而实际上,我国海洋测绘军民融合的地方工作也基本是以原国家海洋局和现在的自然资源部为主,其下设的海洋一所等机构自然承担了大量的海洋测绘工作,并起到了一定的军地桥梁作用。

山东科技大学
容易发现,山东科技大学处在图谱边缘,表明其和核心机构的合作指数偏低,其主要合作关系以民口为主。

研究人员

国内海洋测绘研究人员分布

应该说,看到这幅图的海洋测绘朋友们,应该不意外,这些大名(图上字号大的名字)是真大名鼎鼎,都是响当当的业内领军人物。有人也会意外,怎么没我,或者我名字怎么这么小。这个分析没有交叉学科的关键词,因此那些交叉学科的大名就不在里面。

国内海洋测绘研究人员突变分析
本图表示一个变量的值在短期内有很大变化,也就说作者短期内在海洋测绘领域发了许多中文的文章,也是一个有意思的分析。

关键词

海洋测绘1977-2021关键词
看到这些关键词,可以推断过去的海洋测绘关键词是水深测量、海道测量、多波束测量、激光测深等,即海洋测绘主要实际工作是测量水深,制作海图,此外深度基准、大地水准面等和海洋测深相关的垂直基准面也是重点研究对象。关键词还提示测量数据的来源有多波束、验潮站、卫星测高、GPS等。

关键词时间轴谱

海洋测绘关键词时间轴
怎么看这张图呢?以`余水位`为为例,它首次出现在2005年左右,之后出现16次,并和`深度基准、天文潮位、水位改正`等关键词互相关联。 而海洋测绘较新的发展是利用了`bp-神经网络`(知网最早出现在1991年),说明海洋测绘应用新科学技术这方面有点落后。如今,机器学习发展迅速,已经诞生了眩晕的`CNN,DNN,RNN`,谷歌也以开源了TensorFlow机器学习框架,海洋测绘领域反映稍慢。

关键词突变

海洋测绘关键词突变

这张图展示一些突变(突然变热)关键词及其开始和结束年份。由于年代久远,一些词汇小编也只是听说过,如《测绘文摘》,之所以出现在海洋测绘学科的关键词中,说明《测绘文摘》在一段时间大量报道了国内外的海洋测绘进展。
此外,一些熟悉的关键词也基本在列,如卫星测高机载激光测深GPS技术等一度出现论文爆发。有意思的是浙江省也在2012年上榜,持续至今,这反应了浙江省对海洋重视,海洋测绘工作开展较好,发表了大量的带有浙江省的海洋测绘相关论文,实际上浙江省的确重视海洋产业,而海洋产业发展的前奏便是海洋测绘。

结论和讨论

海洋测绘圈子很小,研究单位页比较少,科研人员也很少。通过CNKI文献对这个学科方向的分析得到的结果和大家预想的应该是符合的。
但是这里面也有偏差,请辩证对待本分析。比如本分析使用的关键词有限,仅代表传统海洋测绘的国内布局,传统海洋测绘主要是海洋水深、重力、磁力测量绘图,相对比较纯粹。

随着时代的发展,这些年测绘学科正在起变化,小测绘已成为大测绘,专业测绘向大众测绘发展,地面测绘向空天地海测绘发展,地理信息的大数据、云计算、人工智能应用在不是测绘企业或者研究机构的互联网公司开花结果。为适应新形势,众多测绘学院改名测绘地理信息学院或者空间信息学院(或其他),前些年国家测绘局改名国家测绘地理信息局。
海洋测绘由于历史原因,主要源于部队,服务国防。所以在国家安全的框架下,目前的大格局可能会长期存在下去。
过往皆为序章,现在仅为历史长河的一刹那。随着新时代的海洋强国观念不断在大众百姓生根,海洋的测绘技术会慢慢的向陆地测绘一样,成为贴近百姓生活的科学技术。

免责说明:文献分析结果有很多不确定因素,和文献最初的采集、分析方法、机构名称改变等紧密关联。

Citespace 分析研究趋势和热点

citespace安装和使用

百度、知乎

web of science

需要账号。
可以从淘宝购买:https://item.taobao.com/item.htm?_u=ears19s341b&id=626203048883

wos导出文献

选择纯文本格式,全纪录和引文

运行citespace

直接放到data中,go.

结果

这里以最近我的一个研究点为例子,通过上述步骤,运行citespace得到:

国家和地区分布

机构和关键词

术语共现

领域共现

burst

  • 选择想要分析的参数,如keyword,country或者institution等
  • go
  • 点击citation/Frequency burst
  • visualization-citation/Frequency burst history

burst

CNKI

CNKI的信息完整性很差,无法实现共引分析、合作分析等。以GNSS浮标的研究文献为例:

聚类

关键词聚类

时间轴

作者合作关系

作者单位关系

国内这方面的合作不密切,各自为核心。

问题

  • 标签重复

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
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    11
    12
    13
    聚类时候常常出现同一个意思不同的表达,或者同一个作者不同的写法(尤其英文)

    这个时候就需要合并同义词

    有两种方法:

    方法一:在视图模式下,右键关键词节点,add to alias list(primary),右键另一个关键词,add to alias list(secondary),这样关掉窗口,重新GO,就可以发现第二个关键词被第一个关键词合并了。但这个时候关键词肯能不容易选中,尤其其节点比较小的时候。于是有了第二种方法

    方法二:右键关键词节点的不好选中,或者当需要合并的关键词过多时,在project文件夹里新建一个txt文件,命名为citespace.alias,内容格式如:@PHRASEXXX#@PHRASE***,这样第二个词就被合并到第一个词里面去了。(如果你已经按方法1进行了操作,这个文件就自动生成了,你之要用记事本打开进行操作就可以了)


    要注意的是:第二种方法英文一般不会出问题,但中文的时候会出现不起作用的情况(而且citespace.alias文件里的关键词是乱码),这时候你需要把该文件另存为utf-8编码格式就OK了。
    (https://zhuanlan.zhihu.com/p/81028371)

    例如:

    1
    2
    3
    @PHRASEgnss buoy#@PHRASEgps buoy
    Chinese Acad Sci#Chinese Acad Sciences
    @PHRASEGPS#@PHRASEgp
  • 聚类重复

    在cluster-extract cluster labels那里选择cast by top n%=100
    use keyword

  • 聚类较多

    clusters>show clusters by IDs,之后在出来的对话框里填写你想要保留的标签序号,用英文状态下的逗号隔开即可。

那么这里面能得到什么信息呢?很多信息。

  • 研究机构分布
  • 国家分布
  • 作者合作关系
  • 共同引用文献
  • 等等

当然里面的信息不能直接转化为所需要的价值,还需要自己分析一下。

注:

比较遗憾的是Google Earth Kml的功能现在不能使用。
CNKI如果出现时间错误信息,可以点击Tern type–>Noun Phrases,然后选择Tern,即可分析。不做次操作可能有时间段内找不到数据的提示,无法工作。原因不详。
CNKI遗憾的是,由于信息不完备,不能做太多的分析,如引文分析、引文作者、引文期刊等。
注意:A引用了B文献,那么A为施引文献,B为被引文献。如果在node types选择Author则分析施引文献,就是下载到的数据条目的作者分析,如果选择cited author,就是从下载到的条目数据的引文中进行分析,看这些文献引用了哪些作者的文章。
简单理解就是:对施引文献聚类分析,更能够得到当下的研究热点以及趋势。

偏微分方程化标准型

在书P113页,当$\Delta>0$时,偏微分方程为双曲线型,其标准型为:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial \xi \partial \eta}=-\frac{1}{2b}(d\frac{\partial u}{\partial \xi}+e\frac{\partial u}{\partial \eta}+{fu}-g)
\end{equation}

利用变换:$\xi=\mu+\nu,\eta=\mu=\nu$,可得:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial^2 \mu} - \frac{\partial^2 u}{\partial^2 \nu} =-\frac{1}{b}\left((d+e)\frac{\partial u}{\partial \mu}+(d-e)\frac{\partial u}{\partial \nu} +{fu}-g \right)
\end{equation}

这是一个基本的变换运算,首先得$\mu=\frac{1}{2}(\xi+\eta),\nu=\frac{1}{2}(\xi-\eta)$

用到链式法则:
\begin{equation}
\begin{split}
\frac{\partial u}{\partial \xi}&=\frac{\partial u}{\partial \mu}\frac{\partial \mu}{\partial \xi}+\frac{\partial u}{\partial \nu}\frac{\partial \nu}{\partial \xi}, \
\frac{\partial u}{\partial \eta}&=\frac{\partial u}{\partial \mu}\frac{\partial \mu}{\partial \eta}+\frac{\partial u}{\partial \nu}\frac{\partial \nu}{\partial \eta}
\end{split}
\end{equation}
得到:
\begin{equation}
\begin{split}
\frac{\partial u}{\partial \xi}&=\frac{\partial u}{\partial \mu}\frac{1}{2}+\frac{\partial u}{\partial \nu}\frac{1}{2}, \
\frac{\partial u}{\partial \eta}&=\frac{\partial u}{\partial \mu}\frac{1}{2}-\frac{\partial u}{\partial \nu}\frac{1}{2}
\end{split}
\end{equation}
然后:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial \xi \partial \eta} =\frac{1}{2}\left(\frac{\partial^2 u}{\partial^2 \mu}\frac{\partial \mu}{\partial \eta}+\frac{\partial^2 u}{\partial \mu \partial \nu} \frac{\partial \nu}{\partial \eta}+\frac{\partial^2 u}{\partial^2 \nu}\frac{\partial \nu}{\partial \eta}+\frac{\partial^2 u}{\partial \nu \partial \mu}\frac{\partial \mu}{\partial \eta}\right)
\end{equation}
得到:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial \xi \partial \eta} =\frac{1}{4}\left(\frac{\partial^2 u}{\partial^2 \mu}-\frac{\partial^2 u}{\partial^2 \nu}\right)
\end{equation}

整理后即可得经典的波动方程形式,也是标准型的另一种表达形式:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial^2 \mu}-\frac{\partial^2 u}{\partial^2 \nu}=-\frac{1}{b}\left((d+e)\frac{\partial u}{\partial \mu}+(d-e)\frac{\partial u}{\partial \nu}+2fu-2g\right)
\end{equation}

此处有双曲线型的两个表达形式,最初可能有点迷惑,其实二者是一样的本质。例如书中P119页例(2)化波动方程为标准型:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial^2 t}=a^2\frac{\partial^2 u}{\partial^2 x}
\end{equation}

通过特征方程,得到特征曲线$\xi=x+at,\eta=x-at$,然后代入公式即可得:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial \xi \partial \eta}=0
\end{equation}

偏微分方程为什么要化为标准型

初学者自然有这个疑问,就算看了许多书,可能这个疑问也不完全消失。时间久了,慢慢有一点领悟。

书中说之所以化标准型,是为了分类,偏微分方程有三种类型,双曲线、抛物线和椭圆型,不同类型的偏微分方程有不同的解法,分类便于研究共性。

但是看波动方程的常见形式:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial^2 t}=a^2\frac{\partial^2 u}{\partial^2 x}
\end{equation}

上面的波动方程有时间和空间项,各个参数有明显的物理意义,但是它不是标准型,化标准型的步骤是:

  • 特征方程
  • 特征线
  • 微分链式法则回代原方程
  • 结束

(10)的特征方程为:
\begin{equation}
(dx/dt)^2-0-a^2=0
\end{equation}

解为:
\begin{equation}
x=\pm{at}+c
\end{equation}

特征线为:
\begin{equation}
\xi=x+at, \eta=x-at
\end{equation}

代入(10),利用链式法则,它的标准型为:
\begin{equation}
\frac{\partial^2 u}{\partial \xi \partial \eta}=0
\end{equation}

那么这样做有什么缘由吗?除了标准型的书面回答。答案可能还有一个,就是方便计算偏微分方程的通解。
在书中P279,解一维波动方程(10)中,先化为标准型,然后首先对(14)做一次$\eta$的积分:
\begin{equation}
\frac{\partial u}{\partial \xi}=C_1
\end{equation}
$C_1$是积分常数,不含$\eta$,但是必须含$\xi$,否则两个积分曲线相关。于是:
\begin{equation}
\frac{\partial u}{\partial \xi}=f(\xi)
\end{equation}
再对$\xi$积分:
\begin{equation}
u(\xi,\eta)=\int_{}^{} f(\xi)\ d\xi+C_2
\end{equation}
$C_2$含$\eta$,但不含$\xi$。
所以标准型(14)方程的解为:
\begin{equation}
u(\xi,\eta)=f_1(\xi)+f_2(\eta)
\end{equation}
等同于:
\begin{equation}
u(x,t)=f_1(x+at)+f_2(x-at)
\end{equation}
这样就通过标准型的两次积分得到了方程的通解,如果从波动方程(10)积分,则比较困难。

分离变量方法中一个小疑问?

在泛定方程为非齐次热传导方程的分离变量法中,解$T$方程的时候,通常是一阶常微分方程:
\begin{equation}
T^{‘}+\lambda{T}=f(t)
\end{equation}
$t>0$无边界。

这个方程可以使用高数中的知识快速的计算出来,其解为:
\begin{equation}
T=e^{-\int{\lambda dt}}\left(\int{f(t)e^{\int{\lambda dt}}dt+C} \right)
\end{equation}

然而,书中的非齐次解法(归到本征函数法)却采用别的方法,例如采用Laplace变换法:
\begin{equation}
pG(p)-C_n+\lambda{G(p)}-F(p)=0
\end{equation}
\begin{equation}
C_n=G(0)
\end{equation}
这里考虑了初值$C_n$(具体用傅里叶级数表示),赋予了$G(0)$。

利用拉普拉斯变换、卷积定理可以得到:
\begin{equation}
T=C_n{e^{-\int{\lambda dt}}}+ \left(\int_0^{t}{f(\eta)e^{\int{-\lambda(t-\eta) d\eta}}dt+C} \right)
\end{equation}
到这里函数$T(t)$已近得到。在本征函数法中再带入原一般解:
\begin{equation}
u(x,t)=\sum_{n=1}^\infty{T_n(t)sin\sqrt{\lambda}x}
\end{equation}
就得到了最终方程的解。
注意到,这里没有再根据初值,计算方程$g$的系数$C_n$,因为初值在拉普拉斯变换的过程用到了。
因此我们看到,本征函数发解非齐次偏微分方程时,用拉普拉斯变换解一阶常微分方程的不同之处了,同时还有原因。如果仍旧采用高数中的方法,那么对于$t=0$的初值问题,不好解决(注意方程21中,积分中含有$f(t)$)。
但是对于其次方程,一阶常微分的解中有$f(t)=0$,所以初值非常容易得到,故可以直接用高数中的公式计算。所以说到底,是考虑初值条件导致解法不同。

但是,对于一些$f(t)$一直且容易计算的方程,使用高数的公式或者拉普拉斯变换的结果是一样的,重要的区别点在于常系数的计算。

拉普拉斯变换对于初值问题计算较为方便,不用真正的计算积分。

环形laplace的解

题:

$$\frac{\partial^2u}{\partial r^2}+\frac{1}{r}\frac{\partial u}{\partial r}+\frac{1}{r^2}\frac{\partial u^2}{\partial r^2} = 0$$

$$ 1<r<2;0<\theta<\pi $$
$$ u(1,\theta) = sin(\theta), u(2,\theta)=0 $$
$$ u(r,0) = u(r,\pi)=0 $$

解:
使用分离变量法

\begin{equation}
u=R\Theta
\end{equation}

代入原泛定方程,展开可得:

$$r^2R^{‘’}+rR^{‘} -\lambda R=0 $$
$$\Theta^{‘’}+\lambda{\Theta}=0 $$
$$\Theta(0)=0,\Theta(\pi)=0$$

易解:
\begin{equation}
\Theta=C_{1}cos{k\theta}+C_{2}sin{k\theta}
\end{equation}

考虑角度条件,可得
$$C_{1}=0,k=n,\lambda=n^2$$
$$\Theta=C_{2}sin{n\theta},n>0$$

$\lambda$带入$R$的函数:
\begin{equation}
r^2R^{‘’}+rR^{‘} -n^2 R=0
\end{equation}

解欧拉方程可得:
$$R=A_{n}r^n+B_{n}r^{-n}$$
故:
$$U=\sum_{n=1}^{\infty} (D_{n}r^n+E_{n}r^{-n})sin(n\pi)$$

考虑径向条件:
$$D_{n}2^n+E_{n}2^{-n}=0$$
得:
$$D_{n}=-E_{n}4^{-n}$$
进一步:
\begin{equation}
U=\sum_{n=1}^{\infty} (-E_{n}4^{-n}+E_{n})sin(n\theta)=sin(\theta)
\end{equation}

故:
$$E_{n}=\frac{1}{1-4^{-n}}\frac{2}{\pi}\int_{0}^{\pi} sin(\theta)sin(n\theta)d\theta$$

现在已经得到可解的系数,回代即可。

参考:

数学物理方法,科学出版社,顾樵 著
https://math.stackexchange.com/questions/3119397/laplace-equation-in-a-ring-variable-separation
https://math.stackexchange.com/questions/2533143/solve-the-laplace-equation-on-an-annular-region?rq=1