基于CiteSpace的国外城市绿地研究进展的知识图谱分析

王俊帝 刘志强 邵大伟 余慧 Wang Jundi Liu Zhiqiang Shao Dawei Yu Hui   2018-06-19 04:00:30

Knowledge Mapping Analysis of Foreign Urban Green Space Research Based on CiteSpace

摘要:国外的城市绿地研究经历了长期的体系建构与深入的理论积累,对其进行系统梳理与总结对于中国城市绿地研究具有重要借鉴价值。以“客观文献追踪”作为研究视角,将“Web of Science”数据库中1997—2017年的国外文献作为研究对象,依托科学计量分析软件CiteSpace的知识图谱绘制功能,展现国外城市绿地研究的学科及期刊分布特征、理论基础与研究热点。研究表明:1)国外研究已形成完整的研究网络体系且仍在快速拓展,既有体现共同知识基础的关键性文献节点,也有反映多类型研究主题的网络集群结构;2)研究视角、方法具有明显的多学科交叉与集成特征,研究对象由单一绿地转为群组绿地,研究内容由表象特征揭示向作用机理挖掘发展;3)“绿地维护城市生态环境”“人与绿地的关系”及“绿地管理”是热点研究领域。以期丰富城市绿地综述研究的视角与方法,并为进一步拓展我国城市绿地研究体系及内容提供参考。

关键词:风景园林;城市绿地;研究综述;知识图谱;CiteSpace;国外

文章编号:1000-6664(2018)04-0005-07

中图分类号:TU 986

文献标志码:A

收稿日期:2017-08-24

修回日期:2017-11-21

基金项目:国家自然科学基金项目“基于空间计量分析的中国市域建成区绿地率空间分异的格局、演变及其机理研究”(编号51778389)和苏州科技大学风景园林学学科建设共同资助

Abstract: The study of urban green space in foreign countries has experienced a long-term system construction and in-depth theoretical accumulation, so summarizing foreign research will be of important reference value for the study in China. This paper sets "literature tracking" as the perspective, takes foreign treatises from 1997 to 2017 in "Web of Science" database as study objects, and uses CiteSpace to show the distribution characteristics of disciplines and periodicals, theoretical basis and research hotspots of foreign study. The result shows: 1) Foreign study has already formed a research network system, not only has the critical document nodes which reflecting the common knowledge, but also has the network clusters which reflecting different kinds of topics. 2) The perspectives and methods are characterized by overlapping disciplines, the scope of the study objects continues to expand, and the research content changes from revealing the appearances to exploring mechanisms. 3) "The maintenance of urban ecology and environment", "the relationship with people" and "the management and governance" are the hotspots in foreign study. This paper aims to enrich the perspectives and methods of review research, and provide reference for expanding the research system and contents of urban green space in China.

Key words: landscape architecture; urban green space; review; mapping knowledge domains; CiteSpace; abroad

国外学界针对城市绿地开展了长期、广泛且深入的探究,在构建研究体系、开拓研究视角、创新研究方法等方面不断完善;与此同时,以解决当下部分城市发展问题为目标,形成了城市绿地研究的重点方向、主要内容及相应研究范式[1-2]。在中国城镇化持续推进、城市绿地快速发展的背景下[3-4],借鉴国外研究的已有成果,对于调整、完善及深化国内城市绿地研究具有重要意义。

针对国外城市绿地研究,中国学者不仅在宏观上梳理与总结了其发展历程[5-7]、理论体系[8-10]、研究方法[11-12]等,而且就国外城市绿地的生态效益[13-17]、空间布局[18-19]、规划管理[20-22]、促进居民健康[23-25]、指标体系建构[26-27]等方面的研究进行了专题剖析,为国内相应研究的开展提供了十分有益的启示。由于近年来国外相关研究呈迅速增加与更新的趋势,包含的学科及理论基础不断拓展,使得传统文献分析方法受到以下限制:一是较难在短期内从海量数据中有效揭示国外城市绿地研究的知识结构及其演进的总体特征;二是难以直观清晰地展现文献中所蕴含的潜在知识。因此,本文基于科学知识图谱分析工具CiteSpace①,对国外城市绿地研究相关文献进行可视化分析,直观呈现且系统总结其学科分布特点、核心期刊分布特征、代表文献及学者、研究热点及成果等,以期为我国的城市绿地研究提供参考。图1 国外城市绿地研究文献数量的年度变化图

图2 国外城市绿地研究学科分布网络图谱

图3 国外城市绿地研究出现快速增长的学科分布

1 研究方法与文献数据采集

1.1 知识图谱及CiteSpace工具简介

知识图谱概念源于美国国家科学院在2003年组织的旨在探讨知识选取与整合的学术研讨会。知识图谱分析是以某知识域作为研究对象,以科学文献作为基础数据,展现科学知识内在发展进程与结构关系的一种图像分析方法,具有显示知识分布图形与演变谱系的双重特性[28]。该方法属于科学计量学范畴,自2005年被引入我国后,在文献计量研究中已得到广泛应用,研究领域主要集中在图书馆与档案管理、管理科学、教育学等方面。近年来,该方法在地理学、生态学、城乡规划学等学科也已初步得到应用,而在风景园林学科少有涉及。

随着数据和信息可视化发展,CiteSpace已成为目前最流行且具有代表性的绘制知识图谱的工具之一。该软件由美国陈超美教授于2003年基于Java语言开发,至今仍处于更新完善过程中。CiteSpace的独到之处在于通过深度挖掘科研文献的共被引数据(包括学科、期刊、参考文献、关键词等),考察相关知识领域的知识结构,探测其发展动向,并以彩色图谱形式加以呈现[29]。CiteSpace分析国外文献的数据源是Web of Science数据库,其绘制的图谱主要以节点与连线的方式呈现,节点大小反映相关被引数据出现频次的高低,节点间连线的粗细反映被引数据间联系的强弱,所示颜色代表被引数据出现的时间区间。

1.2 文献数据采集

为保证文献数据完整性且具有高解释度,研究基于Web of Science核心合集数据库,以主题=(“urban green space”OR“urban green”) AND文献类型=(Article)AND语言=(English)进行检索,将时间范围定为1997—2017年②;通过使用CiteSpace的除重功能,最终获取976篇文献。从图1可看出,国外城市绿地研究的核心文献发表量大致分2个阶段:1997—2008年间文献数量较少且处于缓慢增长状态;2009年至今文献大量涌现,且呈现继续增长趋势。

2 国外城市绿地研究文献的学科及期刊分布

2.1 文献学科分布

使用CiteSpace对976篇文献的学科分布结构进行知识图谱绘制,共得到54个节点和彼此间的165条连线(图2)。可以发现:1) Environmental Sciences、Ecology、Urban Studies是文献量最多的三大学科④,其次分别是Geography、Forestry、Plant Sciences、Biodiversity&Conservation等,说明国外城市绿地在上述学科内已被广泛研究。2) Environmental Sciences、Ecology、Urban Studies、Engineering等学科的中介中心性均大于0.1⑤,表明此类学科在城市绿地研究领域的拓展过程中与其他学科的联系更为广泛,发挥了加强多学科联系的枢纽作用。进而采用CiteSpace突发性检测功能⑥分析学科分布时序演变,发现分布在Geography和Ecology的相关文献出现了一个较长时间(2000—2008年)的增加(图3),表明国外城市绿地研究已被更多学科关注。

2.2 文献共被引期刊分布

对共被引期刊进行知识图谱分析,可考察城市绿地研究领域知识传播的主要来源及其类型与特征。在CiteSpace中将网络节点设置为被引期刊进行统计发现(表1):1)自然科学类与社会科学类的期刊均有涉及,但以生态环境、风景园林、城乡规划等类型的期刊为主。2)Landscape and Urban Planning与Urban Forestry & Urban Greening的刊载量远大于其他刊物且中介中心性较高,在一定程度上引领了国外城市绿地研究的前沿。

图4 国外城市绿地研究高被引文献及作者分布时间序列图谱⑦

3 国外城市绿地研究的重要文献走势及主要知识基础

3.1 重要文献走势

高频被引文献在相关研究领域重要程度更强且具有代表性。利用CiteSpace对文献的共引成果进行图谱分析,可展示国外城市绿地研究重要文献的发展脉络。由图4可见,自2006年后高频被引文献呈快速增多态势,研究基础不断夯实与拓展。对相关文献进行梳理发现,国外早期针对城市绿地的研究大多缘于重视城市居民健康水平及生活质量的提升,在绿地改善居民生理及心理健康状况[30]、恢复工作压力[31]、增强幸福感[32]等方面取得重要成果,并在此基础上进一步探讨了居民对绿地的使用及评价[33]。随着城市化进程加快以及城市气候环境改变,城市绿地研究重点转向深入探讨城市生态环境问题的解决,在缓解城市热岛效应、保护生物多样性、减轻雨洪灾害等方面取得较大突破[34-35];随着绿地发展阶段演进及新技术涌现,针对绿地管理和维护模式及方法[36],以及绿地空间格局演变[37]等方面的研究快速增多。近年来,相关研究注重于综合探讨绿地与城市生态环境及居民使用整体效益的关系[38]。

3.2 主要知识基础

高频被引文献共同组成了研究领域的知识基础。进一步对被引次数较多的前10篇文献进行整理发现:1)Maas J有2篇文献入选,均以研究绿地与居民健康关系作为主题;2)被引次数最多的文献是Tzoulas K等发表的“Promoting ecosystem and human health in urban areas using Green Infrastructure: A literature review”,共被引60次(表2)。通过研读及剖析被引次数最多的10篇文献,发现研究主题集中在“城市绿地与居民健康关系”“城市绿地降温及生物多样性保护功能”“城市绿地价值认知”3个方面,在一定程度上反映了国外城市绿地研究的重要知识基础。

1)城市绿地与居民健康关系研究。(1)Maas J等率先实证了不同城镇化水平地区的城市绿地促进居民健康的差异特征,且将流行病学相关理论与已有数据成果融入研究过程,创新了学界仅探讨单一绿地对使用者健康影响的研究思路与方法[39]。(2) Fuller R A等着重关注绿地质量差异及演变对居民心理健康的影响,定量测度了加强绿地生物多样性对心理健康提升的作用机制,不仅促使学界对健康的关注转向心理方面,且在实证影响机制方面做了尝试[40]。(3)Mitchell R等创新提出了以完善城市绿地为手段,缓解由社会经济不平等导致的居民健康不公平问题,并利用分层统计模型对4 000万人的大数据进行模拟实现,从而引导后期绿地研究更关注于弱势群体的健康状况[41]。

2)城市绿地降温及生物多样性保护功能研究。(1)Bowler D E等率先提出研究绿地对周边乃至整个城市的降温作用及机理,且强调对多类型绿地降温效应的持续性监控与评估[34],引领学界对绿地降温效应的关注由绿地内部转向外部。(2)Goddard M A等强调了将私人花园作为城市生物多样性保护的重要场所,不仅在微观上分析了私人花园的植物构成、大小、类型等对保护生物多样性的作用,而且在社区与城市尺度上解析了花园之间的连通对于物种保护的意义,为后续开展专项研究奠定了理论基础[42]。

3)城市绿地价值认知研究。(1)James P等业内数10位学者,在总结欧洲关于城市绿地内涵、构成、使用、评价及管理等方面已有研究成果的基础上,提出了基于多学科及跨学科视角重新审视绿地对于人及城市的价值,同时认为未来研究应着重探讨绿地及其自身价值在经济社会与气候环境变化背景下的演化特点[1]。(2)Wolch J R等基于社会整体长期稳定及可持续发展的视角,提出将绿地使用作为城市环境正义的重要内容之一,且在对比不同国家间城市绿地发展模式及特点的基础上,通过推演发现美国现有绿地规划政策将造成城市绿地价值的中产阶级化,对绿地价值认知及发展模式做了新的思考[38]。

图5 国外城市绿地研究热点分布网络图谱③

4 国外城市绿地研究热点分析

关键词是文献核心思想及内容的浓缩与提炼,高频关键词可反映出热点研究领域。利用CiteSpace对文献关键词进行知识图谱绘制(图5),发现除urban green space以外,出现频率最高的关键词分别有ecosystem service、health、environment、biodiversity、physical activity等,且此类关键词的中介中心性较高,在一定程度上体现了研究时段内国外城市绿地研究的热点领域。进而对主要关键词进行聚类统计(表3),发现研究热点主要集中在“城市绿地对生态环境的维护”“城市绿地与人的关系”及“城市绿地管理”3个方面。

4.1 热点1:维护生态环境的城市绿地

1)以价值评估为基础,提升绿地生物多样性保护功能。前期研究主要针对不同类型城市绿地生物多样性保护价值进行评估,构建绿地特征属性与其内部物种属性间的关系[35]。而近年来,部分学者对绿地生物多样性保护提出质疑,认为在城市尺度上,生物多样性热点分布与绿地布局不存在显著关系,且独立绿地将导致物种同质化。为解决上述问题Łopucki R等强调协调绿地规划与城市生物多样性保护总体要求[43];Hostetler M等提出增强绿地构成的异质性,加强多类型绿地间的连通来保护物种多样性[44]。

2)精测绿地降温实效,挖掘多尺度热岛效应作用机理。前期研究多针对单一或少数几个独立绿地内部的降温效果进行实地观测,进而掌握不同类型绿地的降温特点及差异。近年来研究范围不断扩大,研究目标聚焦于缓解城市整体温度的上升,Kubota T等已精确测算绿地的面积、植被丰富度等对周边区域温度的影响,以及缓解城市尺度上热岛效应的内在机制[45];Park J等利用遥感影像、计算机模拟技术等方法,定量分析城市尺度下绿地与不同区域温度的空间关系,数值模拟绿地最佳区位选取[46]。

3)探讨布局规划新范式,量化绿地环境缓解效能。相关研究集中于净化空气、减弱噪声2个方面。(1)在减轻空气污染方面,前期注重于探测不同绿地吸附污染气体的特性及差异。近年来研究尺度及深度不断拓展,Bottalico F等利用遥感数据构建空间模型,呈现绿地布局与空气污染分布间的关系[47];Selmi W等使用i-Tree Eco模型挖掘不同布局特征绿地净化空气的作用机理[48]。(2)在吸音降噪方面,前期研究集中于评估绿地对居住区减噪的影响[49];而近期研究较多运用地理加权回归模型、皮尔森相关性分析等方法,量化多尺度绿地空间布局对噪声污染的缓解机理[50-51]。

4)开展雨水径流模拟实验,对接城市雨洪安全保障系统。前期研究多采用土壤及水文评价模型、径流路径模拟等方法,对雨水花园、绿色屋顶等类型绿地减缓雨水径流进行实验[52-53]。近年来部分学者提出:仅测试孤立绿地减缓雨水径流作用,而未统筹考虑其他因素,将使研究成果对保障城市整体雨洪安全存在局限性[54]。针对上述问题,Dhakal K P等采用水文学与生态学理论,探讨绿地与城市排水系统等其他雨洪管理设施协同作用的实现机理[55];Kim H W等通过提取景观生态指标,探讨绿地空间布局对城市雨洪安全的影响[56]。

4.2 热点2:强调以人为本的城市绿地

1)重视居民认知与评价,满足不同类型人群使用需求。前期研究多采用电话访谈、现场调研等方法,针对特定区域内居民使用绿地特点、满意度及自身利益实现进行考察[33]。随着研究领域拓展与技术方法更新,目前研究多基于城市尺度协调居民生活空间与绿地空间分布的关系,且深入探讨不同类型人群的需求差异[57-58]。Ives C D等采用公众参与式的GIS,数字化呈现不同尺度生活空间内居民对绿地的认知、使用及差异,同时解析了居民整体认知及使用的演变情况[59];Dennis M等深入探讨了老人、儿童等特殊群体对绿地改善社区小气候、给予归属感、提供观感体验等功能的需求特点[60]。

2)以促进居民健康为中心,提升绿地整体社会效益。相关研究由分析单体绿地对个体使用者健康的短期作用,演化到剖析跨区域绿地对居民整体健康状况的长期影响,在近期研究中更注重在宏观尺度上挖掘绿地对于提升社会整体健康水平的影响机制[30]。Akpinar A等通过采用成本效益分析模型和回归模型,测定了城市绿地的空间尺度、分布特征、与居住用地间距离等规划要素对城市居民消除疲劳、提高工作效率等方面的影响机制[61]。

4.3 热点3:城市绿地管理

1)构建多方利益相关者合作模式,强调空间管理策略制定。国外针对绿地管理模式的研究由重点分析引入市场机制、设计契约合同与服务条款、制定管理与监督框架等[36],演变到引导居民自主参与、挖掘官民合作机制、构筑管理协调互动组织方式等多方利益相关者合作的管理模式[62]。与此同时,在绿地管理内容研究方面,前期偏重于开发及应用实施管理的新技术及机具,注重日常维护、修复与更新,而近年来多数学者更关注于多尺度空间管理顶层策略制定,从而有力对接城市总体发展规划[63]。

2)以对接智慧城市发展为目标,融合前沿理论与科技。前期对绿地管理的认识多为保证其可持续发展,而近年国外学者将绿地作为智慧城市物联网中监测生态环境的平台,管理目标为有效调节气候变化、降雨、污染等对城市的干扰[64]。绿地管理方法不断更新,Kronenberg J等运用无线电识别设备、传感网络技术等收集绿地内部及周边信息,构建绿地信息通信系统和空间属性数据库[65];Luvisi A等总结提出运用虚拟现实技术、无人机摄像等方法对绿地进行全天候监控,同时将绿地动态数据与智能手机联通,便于使用者更好认知绿地内部特征及价值,激发自主管理意识[66]。

5 结论及建议

5.1 结论

本文基于“文献追踪”研究视角,采用信息可视化软件CiteSpace对近20多年来国外城市绿地研究的核心文献进行知识图谱分析,客观呈现已有研究的学科及期刊分布、知识基础及研究热点,在一定程度上拓展了对国外城市绿地研究进展的已有认识,主要结论如下。

1)国外城市绿地研究领域已形成较为完整的研究网络体系,既有作为研究知识基础的关键文献节点,也有体现研究主题及热点分布关系的共引网络连线及结构。研究视角多元,结合了生命科学、社会科学、自然科学等领域知识;研究方法合理选取地理学、信息学、统计学等学科的前沿技术与模型;研究范围由单一绿地向群组绿地转变,进而涵盖了城市、国家、全球等层面。

2)“对城市生态环境维护”是当前国外城市绿地研究的主要部分,且相关研究的比重仍在增加;“人与绿地关系”的研究起步早且持续时间长;“城市绿地管理”的研究正处于快速增多阶段。国外早期研究以调研、评估、模拟实验等方法就表象特征进行解析,而近期则已形成定量与定性结合的研究范式,揭示现象背后的外部联系、本质原因及实现过程。

3)国外城市绿地研究呈现快速增加趋势,且随着经济社会发展与气候变化,社会及环境问题仍可能是其未来关注的重要方面。在未来研究中,基于多学科视角持续更新对绿地本身内涵、价值,及其与城市、人等外部要素间关系的认知,可能会成为其他问题得以推进的基础。而面对城市发展过程中的新问题,研究可能倾向在更大尺度上探讨绿地提升社会及环境综合效益的内在机制。

5.2 对我国城市绿地研究的建议

1)深化与完善以维护城市生态环境优先的城市绿地研究。国内研究绿地维护城市生态环境的热度呈快速增长趋势,在部分研究领域及整体体系构建等方面仍存在提升空间。(1)协调多种生态治理功能的融合研究,加强生态保护与居民活动的交互研究,构建多尺度绿地生态效益的整合研究,从而最大限度激发绿地生态系统服务功能。(2)重视理论研究与应用需求的对应性,将绿地生态价值评估、环境治理过程及机制等纳入政府实际决策。(3)注重积累长期原始指标数据,在选取模拟软件、设定算法模式及参数时,充分考虑我国国情及所在地区特点进行修正。

2)加强以提升居民福祉为中心目标的城市绿地研究。由于我国城市环境问题较突出,绿地研究多集中于探讨提升环境质量方面[67],但随着居民整体生活水平提高,以及绿地社会效益不断体现,未来研究可着重关注以下几点。(1)明确城市绿地规划建设目标新定位——满足居民使用需求、促进使用者身心健康,同时借鉴国外以服务居民为导向的城市绿地研究体系及范式。(2)结合医学、社会学、城乡规划学等多学科相关知识,重视多类型居民对绿地的认知与评价情况,基于多尺度剖析居民生活空间与绿地空间分布关系,最大化实现社会整体效益。

3)强化以城市可持续发展为导向的城市绿地管理研究。我国部分地区的城市绿地处于由快速建设转变为深度管理的阶段,针对绿地管理的研究建议如下。(1)整合、完善我国各类城市绿地管理条例,理顺政府职能部门与相关单位的事权及责任,重点分析公众参与的绿地管理模式与程序,保证管理体制合理与决策民主。(2)设定具有战略性的管理目标,制定多尺度及跨尺度空间的管理运作机制,既强调在宏观上顺应城市总体发展导向,也重视不同类型绿地管理策略及内容的分类制定,同时有效创新管理方法与技术。

注:文中图表均由王俊帝绘制。

注释:

①本文使用的CiteSpace是5.0.R5 SE(64-bit)版本。

②本文检索时间为2017年6月23日,通过检索不同高校的Web of Science核心合集数据库,发现1997年之前年份的文献量少且相关性不大,故将研究时段定为1997—2017年。

③图2、5是采用CiteSpace以1年作为时间分区(time slice)、每个时区内提取被引频次最高的前50篇文献(Top 50)的共被引数据、采用寻径算法(Pathfinder)生成的共被引网络知识图谱。

④Web of Science数据库收录文献所属学科类别为:生命科学与生物医学、自然科学、应用科学、艺术与人文科学、社会科学五大类,并且在此基础上扩展为151个小类。具体分类可参考http://images. webofknowledge.com/WOKRS56B5/help/zh_CN/ WOS/hp_subject_area_terms_easca.html。

⑤中介中心性是CiteSpace测度节点在网络中重要性的一个指标。CiteSpace通常用紫色圈对中介中心性不小于0.1的节点进行标注,代表该节点是连接2个不同领域的关键枢纽。

⑥突发性检测是CiteSpace用于考察研究对象在短期内出现频次突然增加的重要功能,可揭示研究对象(本文为学科分布)变化的新动态。

⑦图4是采用CiteSpace时区视图功能(timezone view)绘制的被引文献及作者的时序变化图谱。节点代表1篇被引文献,节点越大表示被引频次越多,为突出重点文献且保持各节点关系清晰,仅在图中标注频次最高的几个代表文献的作者。

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(编辑/李旻)

作者简介:

王俊帝

1990年生/男/江苏南通人/苏州科技大学建筑与城市规划学院,天平学院助教/研究方向为风景园林规划设计与理论(苏州 215011)

刘志强

1975年生/男/山东滨州人/苏州科技大学教务处副处长,建筑与城市规划学院副教授/研究方向为风景园林规划设计与理论(苏州 215011)

邵大伟

1982年生/男/山东济南人/苏州科技大学建筑与城市规划学院讲师/研究方向为风景园林规划设计、城乡规划(苏州 215011)

余慧

1980年生/女/安徽桐城人/苏州科技大学建筑与城市规划学院讲师/研究方向为风景园林规划设计、遗产保护(苏州 215011)

* 通信作者(Author for correspondence) E-mail: l_zhiqiang@163.com

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