情景意识相关研究进展与趋势分析
——基于CiteSpace的可视化对比研究

吴 文 李溪辰 汪璐 胡 威

（湖南工学院安全与管理工程学院,湖南 衡阳 421002）

情景意识（situation awareness）是与人因安全密切相关的要素之一，在人因工程领域得到了相当广泛的关注，虽然情景意识研究最初来自军事和航空领域，但现在被认定为任何复杂人机交互系统的关键研究主题[1]。情景意识的定义目前比较受认可的是Mica R.Endsley于1995年提出的，是指在特定的时间和空间内对环境中各种要素的知觉，对其意义的理解，及预测它们随后的状态[2]。有研究者认为，随着信息技术和自动化水平的提高，在复杂的动力系统中，其信息呈现方式（巨量信息有限显示）[3]、规程（计算机化的规程）[4]、控制（软控制）[5]、任务（界面管理任务）[6]、班组的交流和合作[7]等，都影响着操作者的情景意识。经过近30年的发展，情景意识得到了更多研究者的关注，尤其是随着科技的发展，人们越来越关注复杂工业系统中人的因素，对情景意识的研究所涉及的领域也越来越广泛，如驾驶、核电乃至医疗等领域。为了系统梳理情景意识的研究脉络，本文主要利用陈超美教授[8-9]开发的信息可视化软件CiteSpace对国内外有关情景意识的文献进行梳理，对情景意识的研究热点及未来的发展趋势进行分析。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

本文采用文献计量和科学图谱的方法，全面分析国内外情景意识相关研究现状，综合运用可视化软件CiteSpace中关键词共现、聚类、突现度分析等功能，比较国内外情景意识相关研究的热点主题、演进脉络及发展趋势的异同。CiteSpace能在探究分析中心度排序以及关键词词频的基础上，呈现所研究领域的研究热点以及重点内容；在汇聚相关关键词之后，凸显其存在的共性，从而获得联系密切的关键词组类，形成类型丰富的主题词，较为全面地揭示情景意识研究重点的时期变化，并展现研究内容的未来发展趋势。

1.2 数据来源

本文以中国知网（CNKI）作为中文文献数据来源，Web of Science（WoS）作为外文文献数据来源。

中国知网是目前中国文献数据最全面的网上数字资源库，收录文献总量超过2亿篇。在中国知网以“主题=情景意识”为检索条件，共检索出相关文献457篇，文献分布在1995—2023年5月。

Web of Science是全球最大、覆盖学科最多的综合性学术信息资源库，收录了各研究领域最具影响力的9 000多种核心学术期刊。在Web of Science核心数据库中以“主题=situation awareness”为检索条件，检索时间范围为1995年1月1日至2023年5月20日，共检索出2 729篇相关文献，剔除了一些征稿启事、信息通报等无关信息后，按照相关性排序选取了前998篇文献作为本研究的外文文献数据源。

2 文献时间分布

从文献的时间变化趋势可以直观地看到某研究内容在一定时间内热度的变化，是衡量研究主题在某个时间段内发展态势的重要指标，对分析该领域发展动态和预测未来发展趋势具有重要的意义。通过对国内外文献进行逐年分析（见图1），发现1995年国外学者开始关注情景意识的研究，到2004年迎来一个爆发期，发文数量达到17篇，此后基本呈现上升趋势，在2021年达到一个高峰期，发文数量达到112篇；而国内有关情景意识的文献在2005年以前只有零星介绍，不成系统，2005年之后基本呈现上升的趋势，在2021年、2022年发文数量均达到43篇。总体而言，国内对情景意识的研究起步相对国外较晚，发文数量也远低于国外，但无论是国内还是国外，总体发文数量均呈现上升态势，这说明21世纪以来，国内外研究者对情景意识的关注呈现出攀升的态势。

图1 国内外情景意识相关文献逐年分布情况

3 国内外情景意识相关研究分析

3.1 核心期刊分析

3.1.1 国外情景意识研究核心期刊分析

将国外相关文献数据导入Citespace软件中，将Node Type设置为“Cited Journal”，阈值设置为“T80”，其余选用默认值，得到的国外情景意识研究的核心期刊共被引知识图谱，国外有关情景意识研究的共被引期刊来源主要为Human Factors、Ergonomics、Safety SCI、Accident Analysis and Prevention、Applied Ergonomics等安全与工效学相关期刊，这5本期刊的引文数量分别为241篇、172篇、161篇、127篇、123篇。通过计算中心度，得到排名前三的期刊为Human Factors、Ergonomics、Applied Ergonomics等人因工效学类期刊，其中心度得分分别为0.29、0.18和0.11。这说明这三本期刊中关于情景意识的文章质量较高，对相关研究有重要的支撑作用，其中Human Factors的被引频次以及中心度是最高的，说明该期刊在情景意识研究领域属于核心期刊。

3.1.2 国内情景意识研究核心期刊分析

由于Citespace无法系统地进行中文期刊共被引分析，本文通过CNKI可视化分析国内的期刊来源数据，发现目前情景意识相关文献的期刊分布较为分散，除了硕博论文外，主要集中在《中国安全科学学报》（12篇）、《安全与环境学报》（12篇）、《航天医学与医学工程》（12篇）等杂志。这说明国内的情景意识研究方向与国外的研究方向存在一定的重合，主要集中在安全、航天等工程领域，其中引文数量最高的为《中国安全科学学报》，说明该期刊是较为关注情景意识这一主题的中文核心期刊。

3.2 重要作者分析

3.2.1 国外情景意识研究的重要作者分析

在CiteSpace软件中将Node Type设置为“Author”，阈值设置为“5”，其余默认，得到发文量靠前的重要作者有3位，分别是来自美国南安普顿大学汽车人因工程领域的Neville A.Stanton（21篇）、前美国空军首席科学家Mica R.Endsley（12篇）以及悉尼科技大学人工智能领域的Jie Lu（8篇）。这3位作者的主要研究领域均涉及人因工程领域，其中Mica R.Endsley对情景意识的研究是最早的，影响也是最广泛的[10]，她于1995年发表的论文“Toward a theory of situation awareness in dynamic systems”中提出的情景意识理论受到国内外学者的普遍认可，Research Gate上的相关数据显示，截至2023年5月这篇文章已有高达10 980次引用。

3.2.2 国内情景意识研究的重要作者分析

利用CiteSpace对中文作者进行分析，将Node Type设置为“Author”，阈值设置为“3”。国内情景意识相关文献的作者比较分散，发文较多的作者分别为李鹏程（10篇）、张力（8篇）、戴立操（8篇）、金肖（4篇）、王炎鑫（3篇）。其中，李鹏程、张力、戴立操、金肖以及王焱鑫等作者联系较为紧密。通过进一步在CNKI上检索他们发表的论文数据，发现其研究情景意识主要集中在核电人因领域。影响力最高的李鹏程、张力、戴立操等人一起于2016年在《系统工程理论与实践》期刊上发表了《核电厂数字化主控室操纵员的情景意识可靠性模型》一文，目前被引量为21。这篇文章主要提出了数据驱动的情景意识因果模型，认为操纵员的心智水平、工作态度、压力水平及系统状态呈现的水平等四个因素直接影响着操纵员的情景意识的可靠性[11]。

3.3 研究热点

3.3.1 国外情景意识研究的热点分析

对文献的关键词进行分析，可以深入了解某领域的研究热点[12]。利用CiteSpace对国外情景意识研究文献的关键词进行分析，将Node Type设置为“Keyword”，阈值设置为“T40”，得到图2。由图2可知，出现频次前十的关键词除了situation awareness（情景意识）之外，其余为performance（绩效）、systems（系统）、decision making（决策）、model（模型）、automation（自动化）、workload（工作负荷）、management（管理）、safety（安全）、information（信息）。从这些关键词，不难看出国外关于情景意识的研究主要延续自Mica R.Endsley所提出的情景意识模型。情景意识包含着对当前环境中关键元素的认知，对当前状态的理解以及对未来状态的预计三个层次。识别影响情景意识的因素有个体因素、系统和任务因素等。

图2 国外情景意识研究热点知识图谱

之后，再对高频关键词、摘要以及标题进行聚类，获得的主要聚类分别是Cognitive Workload（认知负荷）、non-technical skill（非技术性技能）、comparative study（对比研究）、safty-critical system（关键安全系统）、operating room（控制室）、patient safety（病患安全）、perceptual cycle approach（感知循环法）、automated driving（自动驾驶）。这8个聚类代表了情景意识研究的具体热点：一是与情景意识相关的环境要素，主要有safty-critical system（关键安全系统）、operating room（控制室）以及automated driving（自动驾驶）；二是与情景意识相关的个体认知层面的要素，主要有Cognitive Workload（认知负荷）、non-technical skill（非技术性技能）；三是对情景意识研究方法的探讨，主要是comparative study（对比研究）以及perceptual cycle approach（感知循环法）等，其中感知循环法是一种在人因工程领域比较常见的事后评价手段，该方法认为操作者和他们所处的环境之间存在一种相互的、循环的关系。

3.3.2 国内情景意识研究热点分析

通过对国内情景意识研究文献的关键词进行分析，得到图3。由图3可知，出现频次前十的关键词除了“情景意识”之外，其余为“人为因素”“人机交互”“飞行安全”“安全绩效”“航行安全”“飞行员”“管制员”“自动驾驶”“测量方法”。

图3 国外情景意识研究热点知识图谱

这些关键词中，“飞行安全”“安全绩效”“航行安全”等主要与安全相关，说明国内对情景意识的研究着重聚焦于防范风险、保证安全。一般而言，具有良好情景意识的操作者具备识别失误链或者在事故发生前将其破断的能力，能随时知晓与识别出与团队、任务相关的风险因素。丧失情景意识则表明一个失误链正在形成，容易产生安全事故。低情景意识产生高风险，而高情景意识减少风险[13]。

此外，“人为因素”“人机交互”“自动驾驶”等关键词突出了情景意识中有关人的要素。情景意识作为人因工程领域的一个重要课题，与个体和团队的经验与训练、操纵与操作技能、身体情况与心理状态、对情况的适应与熟悉程度等人的要素密切相关。

之后，再对高频关键词、摘要以及标题进行聚类，获得的主要聚类分别是安全绩效、人机交互、人为因素、管制员、煤矿安全、事故发生、因素识别、告警。从这8个聚类不难看出，国内对情景意识的研究主要是从安全方面出发，安全绩效、煤矿安全、事故发生、告警等主题都与之相关。此外，从人的角度出发研究情景意识，主要关注的是人机交互、人为因素等主题。

3.4 研究趋势分析

3.4.1 国外情景意识的研究趋势分析

关键词突现度可以反映一段时间内影响力较大的研究领域。在国外情景意识研究文献的关键词分析中得到18个突现词，如图4所示。其中，突现度排在前十位的关键词依次为task analysis（任务分析）、dynamic systems（动态系统）、decision making（决策）、operating room（控制室）、model（模型）、work（工作）、experience（经验）、hazard perception（危险感知）、working memory（工作记忆）、knowledge（知识）。

图4 国外情景意识研究关键词突现度图谱

从时间序列来看，2010年以前的突现词主要有dynamic systems（动态系统）、operating room（控制室）、knowledge（知识）。2010—2019年的突现词有teamwork（团队工作）、systems（系统）、work（工作）、health care（健康护理）、hazard perception（危险感知）、working memory（工作记忆）、experience（经验）、human error（人因失误）、human factors（人为因素）。2020年至今的主要突现词有task analysis（任务分析）、model（模型）、machine learning（机器学习）、time（时间）、prediction（预测）、human factor（人为因素）等。

从这些突现词的突现度和突现时间节点可以看出研究者的研究兴趣的阶段性转变。在早期，研究主要集中在主控室的动力系统等方面；进入2010年后，逐渐开始关注团队情景意识，团队情景意识包含个体情景意识以及由沟通代理的个体之间的情景意识的共享[14]；到了2020年，随着信息化、智能化的不断发展，人们越来越关注对操作任务的分析，主要通过机器学习、构建模型等方法预测与评估人员的情景意识。

从突现词的影响周期来看，dynamic systems（动力系统）最长，达12年，其次是operating room（控制室），为8年。这说明虽然情景意识的研究领域不断扩展，但主要还是集中于控制室中人员在对复杂动力系统进行操作过程中的情景意识。

3.4.2 国内情景意识的研究趋势分析

对国内情景意识研究关键词的突现词进行阶段性分析，如图5所示，发现突现度排名前十位的关键词为“自动驾驶”“安全绩效”“管制员”“飞行安全”“工作负荷”“交通安全”“航行安全”“测量方法”“人为差错”“影响因素”等。这些关键词主要出现在2010年以后，说明国内有关情景意识的研究相对滞后于国外。

图5 国内情景意识研究关键词突现度图谱

此外，从时间序列来看，国内有关情景意识的研究整体较为分散，持续时间较短，为1～4年，说明国内有关情景意识的研究尚缺乏一个持续、核心的主题，大部分学者的关注点在于安全与人的要素，相关研究尚不够深入。

值得注意的是，“自动驾驶”“创业学习”“人机共驾”等关键词一直持续到2023年，说明国内关于情景意识的研究主要集中在汽车驾驶领域的自动驾驶、智能驾驶等方面。另外，人员培训方面也引发了一些关注。

4 结论

本文利用可视化分析工具Citespace对国内外情景意识研究文献的时间分布、核心期刊、重要作者、研究热点及研究趋势进行了整理和分析，得出了以下结论：

（1）从检索的国内外文献数量来看，国内有关情景意识的研究相对较少，发文数量低于国外，研究起步时间也要略晚于国外。从关键词突现度分析来看，直到2010年之后，国内对于情景意识的研究才真正地热起来。

（2）从情景意识研究文献的核心期刊分布来看，国内外研究主要集中在人因工程领域，其中国外主要期刊是Human Factors，国内主要期刊是《中国安全科学学报》。

（3）从情景意识研究文献的发文者来看，国外研究的重要作者有Neville A.Stanton、Mica R.Endsley、Jie Lu等，其中Neville A.Stanton发文数量最多，Mica R.Endsley的文章影响力最大。而国内研究情景意识成绩比较突出的作者为李鹏程、张力、戴立操等，其主要关注核电人因领域。

（4）通过对国内外研究热点的分析，发现国内外关于情景意识的研究热点存在一定的重合，例如都关注安全以及复杂系统中人的要素。但是侧重点略有不同。国外的文献更多从情景意识的构成出发，关注与情景意识有关的环境要素、人的要素，以及从方法论角度去评估情景意识。而国内的研究主要从宏观角度探讨与情景意识有关的人的要素以及安全的防范。

（5）通过对国内外研究趋势的分析，未来在智能化、信息化背景下，研究情景意识是大的趋势，采用机器学习、模型建构等方法来预测和评估人员的情景意识将成为研究热点。特别是在智能驾驶领域，情景意识可能会成为未来一段时间的研究热点。

本研究尚存在一些不足，由于数据库的局限性以及文献数量的限制，某些数据可能不够准确，分析结果也可能存在偏差。后续研究可以综合多个数据库，采用其他可视化知识图谱分析工具，对更广泛的文献进行研究，使相关结果更加全面、深入。