情景意識相關研究進展與趨勢分析
——基于CiteSpace的可視化對比研究

吳 文 李溪辰 汪璐 胡 威

（湖南工學院安全與管理工程學院,湖南 衡陽 421002）

情景意識（situation awareness）是與人因安全密切相關的要素之一，在人因工程領域得到了相當廣泛的關注，雖然情景意識研究最初來自軍事和航空領域，但現在被認定為任何復雜人機交互系統的關鍵研究主題[1]。情景意識的定義目前比較受認可的是Mica R.Endsley于1995年提出的，是指在特定的時間和空間內對環境中各種要素的知覺，對其意義的理解，及預測它們隨后的狀態[2]。有研究者認為，隨著信息技術和自動化水平的提高，在復雜的動力系統中，其信息呈現方式（巨量信息有限顯示）[3]、規程（計算機化的規程）[4]、控制（軟控制）[5]、任務（界面管理任務）[6]、班組的交流和合作[7]等，都影響著操作者的情景意識。經過近30年的發展，情景意識得到了更多研究者的關注，尤其是隨著科技的發展，人們越來越關注復雜工業系統中人的因素，對情景意識的研究所涉及的領域也越來越廣泛，如駕駛、核電乃至醫療等領域。為了系統梳理情景意識的研究脈絡，本文主要利用陳超美教授[8-9]開發的信息可視化軟件CiteSpace對國內外有關情景意識的文獻進行梳理，對情景意識的研究熱點及未來的發展趨勢進行分析。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

本文采用文獻計量和科學圖譜的方法，全面分析國內外情景意識相關研究現狀，綜合運用可視化軟件CiteSpace中關鍵詞共現、聚類、突現度分析等功能，比較國內外情景意識相關研究的熱點主題、演進脈絡及發展趨勢的異同。CiteSpace能在探究分析中心度排序以及關鍵詞詞頻的基礎上，呈現所研究領域的研究熱點以及重點內容；在匯聚相關關鍵詞之后，凸顯其存在的共性，從而獲得聯系密切的關鍵詞組類，形成類型豐富的主題詞，較為全面地揭示情景意識研究重點的時期變化，并展現研究內容的未來發展趨勢。

1.2 數據來源

本文以中國知網（CNKI）作為中文文獻數據來源，Web of Science（WoS）作為外文文獻數據來源。

中國知網是目前中國文獻數據最全面的網上數字資源庫，收錄文獻總量超過2億篇。在中國知網以“主題=情景意識”為檢索條件，共檢索出相關文獻457篇，文獻分布在1995—2023年5月。

Web of Science是全球最大、覆蓋學科最多的綜合性學術信息資源庫，收錄了各研究領域最具影響力的9 000多種核心學術期刊。在Web of Science核心數據庫中以“主題=situation awareness”為檢索條件，檢索時間范圍為1995年1月1日至2023年5月20日，共檢索出2 729篇相關文獻，剔除了一些征稿啟事、信息通報等無關信息后，按照相關性排序選取了前998篇文獻作為本研究的外文文獻數據源。

2 文獻時間分布

從文獻的時間變化趨勢可以直觀地看到某研究內容在一定時間內熱度的變化，是衡量研究主題在某個時間段內發展態勢的重要指標，對分析該領域發展動態和預測未來發展趨勢具有重要的意義。通過對國內外文獻進行逐年分析（見圖1），發現1995年國外學者開始關注情景意識的研究，到2004年迎來一個爆發期，發文數量達到17篇，此后基本呈現上升趨勢，在2021年達到一個高峰期，發文數量達到112篇；而國內有關情景意識的文獻在2005年以前只有零星介紹，不成系統，2005年之后基本呈現上升的趨勢，在2021年、2022年發文數量均達到43篇?？傮w而言，國內對情景意識的研究起步相對國外較晚，發文數量也遠低于國外，但無論是國內還是國外，總體發文數量均呈現上升態勢，這說明21世紀以來，國內外研究者對情景意識的關注呈現出攀升的態勢。

圖1 國內外情景意識相關文獻逐年分布情況

3 國內外情景意識相關研究分析

3.1 核心期刊分析

3.1.1 國外情景意識研究核心期刊分析

將國外相關文獻數據導入Citespace軟件中，將Node Type設置為“Cited Journal”，閾值設置為“T80”，其余選用默認值，得到的國外情景意識研究的核心期刊共被引知識圖譜，國外有關情景意識研究的共被引期刊來源主要為Human Factors、Ergonomics、Safety SCI、Accident Analysis and Prevention、Applied Ergonomics等安全與工效學相關期刊，這5本期刊的引文數量分別為241篇、172篇、161篇、127篇、123篇。通過計算中心度，得到排名前三的期刊為Human Factors、Ergonomics、Applied Ergonomics等人因工效學類期刊，其中心度得分分別為0.29、0.18和0.11。這說明這三本期刊中關于情景意識的文章質量較高，對相關研究有重要的支撐作用，其中Human Factors的被引頻次以及中心度是最高的，說明該期刊在情景意識研究領域屬于核心期刊。

3.1.2 國內情景意識研究核心期刊分析

由于Citespace無法系統地進行中文期刊共被引分析，本文通過CNKI可視化分析國內的期刊來源數據，發現目前情景意識相關文獻的期刊分布較為分散，除了碩博論文外，主要集中在《中國安全科學學報》（12篇）、《安全與環境學報》（12篇）、《航天醫學與醫學工程》（12篇）等雜志。這說明國內的情景意識研究方向與國外的研究方向存在一定的重合，主要集中在安全、航天等工程領域，其中引文數量最高的為《中國安全科學學報》，說明該期刊是較為關注情景意識這一主題的中文核心期刊。

3.2 重要作者分析

3.2.1 國外情景意識研究的重要作者分析

在CiteSpace軟件中將Node Type設置為“Author”，閾值設置為“5”，其余默認，得到發文量靠前的重要作者有3位，分別是來自美國南安普頓大學汽車人因工程領域的Neville A.Stanton（21篇）、前美國空軍首席科學家Mica R.Endsley（12篇）以及悉尼科技大學人工智能領域的Jie Lu（8篇）。這3位作者的主要研究領域均涉及人因工程領域，其中Mica R.Endsley對情景意識的研究是最早的，影響也是最廣泛的[10]，她于1995年發表的論文“Toward a theory of situation awareness in dynamic systems”中提出的情景意識理論受到國內外學者的普遍認可，Research Gate上的相關數據顯示，截至2023年5月這篇文章已有高達10 980次引用。

3.2.2 國內情景意識研究的重要作者分析

利用CiteSpace對中文作者進行分析，將Node Type設置為“Author”，閾值設置為“3”。國內情景意識相關文獻的作者比較分散，發文較多的作者分別為李鵬程（10篇）、張力（8篇）、戴立操（8篇）、金肖（4篇）、王炎鑫（3篇）。其中，李鵬程、張力、戴立操、金肖以及王焱鑫等作者聯系較為緊密。通過進一步在CNKI上檢索他們發表的論文數據，發現其研究情景意識主要集中在核電人因領域。影響力最高的李鵬程、張力、戴立操等人一起于2016年在《系統工程理論與實踐》期刊上發表了《核電廠數字化主控室操縱員的情景意識可靠性模型》一文，目前被引量為21。這篇文章主要提出了數據驅動的情景意識因果模型，認為操縱員的心智水平、工作態度、壓力水平及系統狀態呈現的水平等四個因素直接影響著操縱員的情景意識的可靠性[11]。

3.3 研究熱點

3.3.1 國外情景意識研究的熱點分析

對文獻的關鍵詞進行分析，可以深入了解某領域的研究熱點[12]。利用CiteSpace對國外情景意識研究文獻的關鍵詞進行分析，將Node Type設置為“Keyword”，閾值設置為“T40”，得到圖2。由圖2可知，出現頻次前十的關鍵詞除了situation awareness（情景意識）之外，其余為performance（績效）、systems（系統）、decision making（決策）、model（模型）、automation（自動化）、workload（工作負荷）、management（管理）、safety（安全）、information（信息）。從這些關鍵詞，不難看出國外關于情景意識的研究主要延續自Mica R.Endsley所提出的情景意識模型。情景意識包含著對當前環境中關鍵元素的認知，對當前狀態的理解以及對未來狀態的預計三個層次。識別影響情景意識的因素有個體因素、系統和任務因素等。

圖2 國外情景意識研究熱點知識圖譜

之后，再對高頻關鍵詞、摘要以及標題進行聚類，獲得的主要聚類分別是Cognitive Workload（認知負荷）、non-technical skill（非技術性技能）、comparative study（對比研究）、safty-critical system（關鍵安全系統）、operating room（控制室）、patient safety（病患安全）、perceptual cycle approach（感知循環法）、automated driving（自動駕駛）。這8個聚類代表了情景意識研究的具體熱點：一是與情景意識相關的環境要素，主要有safty-critical system（關鍵安全系統）、operating room（控制室）以及automated driving（自動駕駛）；二是與情景意識相關的個體認知層面的要素，主要有Cognitive Workload（認知負荷）、non-technical skill（非技術性技能）；三是對情景意識研究方法的探討，主要是comparative study（對比研究）以及perceptual cycle approach（感知循環法）等，其中感知循環法是一種在人因工程領域比較常見的事后評價手段，該方法認為操作者和他們所處的環境之間存在一種相互的、循環的關系。

3.3.2 國內情景意識研究熱點分析

通過對國內情景意識研究文獻的關鍵詞進行分析，得到圖3。由圖3可知，出現頻次前十的關鍵詞除了“情景意識”之外，其余為“人為因素”“人機交互”“飛行安全”“安全績效”“航行安全”“飛行員”“管制員”“自動駕駛”“測量方法”。

圖3 國外情景意識研究熱點知識圖譜

這些關鍵詞中，“飛行安全”“安全績效”“航行安全”等主要與安全相關，說明國內對情景意識的研究著重聚焦于防范風險、保證安全。一般而言，具有良好情景意識的操作者具備識別失誤鏈或者在事故發生前將其破斷的能力，能隨時知曉與識別出與團隊、任務相關的風險因素。喪失情景意識則表明一個失誤鏈正在形成，容易產生安全事故。低情景意識產生高風險，而高情景意識減少風險[13]。

此外，“人為因素”“人機交互”“自動駕駛”等關鍵詞突出了情景意識中有關人的要素。情景意識作為人因工程領域的一個重要課題，與個體和團隊的經驗與訓練、操縱與操作技能、身體情況與心理狀態、對情況的適應與熟悉程度等人的要素密切相關。

之后，再對高頻關鍵詞、摘要以及標題進行聚類，獲得的主要聚類分別是安全績效、人機交互、人為因素、管制員、煤礦安全、事故發生、因素識別、告警。從這8個聚類不難看出，國內對情景意識的研究主要是從安全方面出發，安全績效、煤礦安全、事故發生、告警等主題都與之相關。此外，從人的角度出發研究情景意識，主要關注的是人機交互、人為因素等主題。

3.4 研究趨勢分析

3.4.1 國外情景意識的研究趨勢分析

關鍵詞突現度可以反映一段時間內影響力較大的研究領域。在國外情景意識研究文獻的關鍵詞分析中得到18個突現詞，如圖4所示。其中，突現度排在前十位的關鍵詞依次為task analysis（任務分析）、dynamic systems（動態系統）、decision making（決策）、operating room（控制室）、model（模型）、work（工作）、experience（經驗）、hazard perception（危險感知）、working memory（工作記憶）、knowledge（知識）。

圖4 國外情景意識研究關鍵詞突現度圖譜

從時間序列來看，2010年以前的突現詞主要有dynamic systems（動態系統）、operating room（控制室）、knowledge（知識）。2010—2019年的突現詞有teamwork（團隊工作）、systems（系統）、work（工作）、health care（健康護理）、hazard perception（危險感知）、working memory（工作記憶）、experience（經驗）、human error（人因失誤）、human factors（人為因素）。2020年至今的主要突現詞有task analysis（任務分析）、model（模型）、machine learning（機器學習）、time（時間）、prediction（預測）、human factor（人為因素）等。

從這些突現詞的突現度和突現時間節點可以看出研究者的研究興趣的階段性轉變。在早期，研究主要集中在主控室的動力系統等方面；進入2010年后，逐漸開始關注團隊情景意識，團隊情景意識包含個體情景意識以及由溝通代理的個體之間的情景意識的共享[14]；到了2020年，隨著信息化、智能化的不斷發展，人們越來越關注對操作任務的分析，主要通過機器學習、構建模型等方法預測與評估人員的情景意識。

從突現詞的影響周期來看，dynamic systems（動力系統）最長，達12年，其次是operating room（控制室），為8年。這說明雖然情景意識的研究領域不斷擴展，但主要還是集中于控制室中人員在對復雜動力系統進行操作過程中的情景意識。

3.4.2 國內情景意識的研究趨勢分析

對國內情景意識研究關鍵詞的突現詞進行階段性分析，如圖5所示，發現突現度排名前十位的關鍵詞為“自動駕駛”“安全績效”“管制員”“飛行安全”“工作負荷”“交通安全”“航行安全”“測量方法”“人為差錯”“影響因素”等。這些關鍵詞主要出現在2010年以后，說明國內有關情景意識的研究相對滯后于國外。

圖5 國內情景意識研究關鍵詞突現度圖譜

此外，從時間序列來看，國內有關情景意識的研究整體較為分散，持續時間較短，為1～4年，說明國內有關情景意識的研究尚缺乏一個持續、核心的主題，大部分學者的關注點在于安全與人的要素，相關研究尚不夠深入。

值得注意的是，“自動駕駛”“創業學習”“人機共駕”等關鍵詞一直持續到2023年，說明國內關于情景意識的研究主要集中在汽車駕駛領域的自動駕駛、智能駕駛等方面。另外，人員培訓方面也引發了一些關注。

4 結論

本文利用可視化分析工具Citespace對國內外情景意識研究文獻的時間分布、核心期刊、重要作者、研究熱點及研究趨勢進行了整理和分析，得出了以下結論：

（1）從檢索的國內外文獻數量來看，國內有關情景意識的研究相對較少，發文數量低于國外，研究起步時間也要略晚于國外。從關鍵詞突現度分析來看，直到2010年之后，國內對于情景意識的研究才真正地熱起來。

（2）從情景意識研究文獻的核心期刊分布來看，國內外研究主要集中在人因工程領域，其中國外主要期刊是Human Factors，國內主要期刊是《中國安全科學學報》。

（3）從情景意識研究文獻的發文者來看，國外研究的重要作者有Neville A.Stanton、Mica R.Endsley、Jie Lu等，其中Neville A.Stanton發文數量最多，Mica R.Endsley的文章影響力最大。而國內研究情景意識成績比較突出的作者為李鵬程、張力、戴立操等，其主要關注核電人因領域。

（4）通過對國內外研究熱點的分析，發現國內外關于情景意識的研究熱點存在一定的重合，例如都關注安全以及復雜系統中人的要素。但是側重點略有不同。國外的文獻更多從情景意識的構成出發，關注與情景意識有關的環境要素、人的要素，以及從方法論角度去評估情景意識。而國內的研究主要從宏觀角度探討與情景意識有關的人的要素以及安全的防范。

（5）通過對國內外研究趨勢的分析，未來在智能化、信息化背景下，研究情景意識是大的趨勢，采用機器學習、模型建構等方法來預測和評估人員的情景意識將成為研究熱點。特別是在智能駕駛領域，情景意識可能會成為未來一段時間的研究熱點。

本研究尚存在一些不足，由于數據庫的局限性以及文獻數量的限制，某些數據可能不夠準確，分析結果也可能存在偏差。后續研究可以綜合多個數據庫，采用其他可視化知識圖譜分析工具，對更廣泛的文獻進行研究，使相關結果更加全面、深入。