基于文献计量的地下管线地理信息研究进展

章琪雅^{1, 2}，费敏³，张君阳³，李雅婷^{1, 2}，

黄韵^{1, 2}，宋彦文^{1, 2}，赵宇^{1, 2}，张书亮^{1, 2}

1. 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室，南京 210023；
 2. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，南京 210023；
 3. 浙江省测绘科学技术研究院，杭州 311100

摘  要：为系统揭示我国地下管线地理信息领域的研究现状与趋势，本文采用文献计量法对2004~2024年中国知网（CNKI）核心期刊数据库收录的1731篇文献进行分析。利用CiteSpace与VOSviewer，结合统计分析、网络分析与知识图谱方法，从规模、合作、热点与趋势四个方面来梳理领域发展脉络。研究表明：总体呈现初步探索—快速发展—融合创新三阶段演进，政策驱动与技术迭代共同推动了该领域的持续发展；研究主体多以小规模协同为主，跨学科合作相对薄弱；专业地下管线地理信息研究已由单一管线的精细建模逐步转向智能平台的构建；综合地下管线地理信息研究紧跟测绘行业发展，依托时空智能等技术，正逐步实现管线信息的全生命周期智慧化和智能化。未来研究应注重推动构建新型管线测绘范式、推进管线地理实体智能建模、拓展多学科融合路径，通过行业大模型与社会化应用赋能我国地下管线地理信息系统的智能化与城市可持续发展。

关键词：地下管线；管线信息化；时空分析；文献计量学；知识图谱

引用格式：章琪雅, 费敏, 张君阳, 李雅婷, 黄韵, 宋彦文, 赵宇, 张书亮. 2025. 基于文献计量的地下管线地理信息研究进展. 时空信息学报, 32(5): 546-554

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1  引  言

地下管线是城市物质流、能量流和信息流的主要通道，在城市规划、建设与管理中的重要性日益凸显（储征伟等，2014；龚敏霞等，2015）。受管线管理模式和管线空间数据应用目的差异的影响，当前地下管线分为服务于城市规划的综合地下管线和为管线权属单位提供管线运维服务的专业地下管线。自2014年《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发〔2014〕27号）实施以来，我国地下管线建设逐步形成综合地下管线与专业地下管线并存的双轨制发展格局。随着城市化进程的加速，两类地下管线数据均已成为城市空间信息的重要资源，但其固有的多源性与离散性导致地下管线地理信息在数据完整性、现势性等方面仍面临严峻挑战（刘强等，2004；孟志义，2011）。

面对上述挑战，学界围绕地下管线数据治理与技术创新展开了多方面的探索。鉴于国内外研究重点差异较大，本文主要关注国内相关研究。在数据组织层面，管线时空数据模型（殷丽丽等，2006）、管线几何网络模型（杨伯钢和张保钢，2009），以及分布式地下管线数据库架构（朱顺痣等，2009）相继被提出，有效解决了管线数据动态更新与跨部门数据共享的难题。在技术应用层面，地下管线数据的技术应用已从三维可视化（吕希奎等，2020）、建筑信息模型（building information model，BIM）、管线建模（陈功亮等，2024），发展到管线数据数字孪生（王光耀等，2024），显著提升了管线的空间分析能力。然而，当前研究仍缺乏系统性，主要表现为：①技术路径呈现碎片化，如管线三维建模与GIS集成标准尚未统一，阻碍其协同应用。②各类管线数据标准不统一，使得跨行业协作困难，制约了研究成果的系统整合与实践应用（孟慧和王飞娟，2013）。近年来，相关标准体系的完善与跨行业协作进展缓慢，这一瓶颈在实际应用中依然存在。③部分研究通常将综合地下管线与专业地下管线混同分析，忽视了二者在应用目的和数据需求上的结构性差异（张书亮等，2013；王帅等，2023）。因此，系统梳理地下管线地理信息领域的研究显得尤为重要。

此外，文献计量分析法已广泛应用于生物学（陈天阳等，2019）、环境科学（张江周等，2025）、地理学（尚宇真等，2023；苗保亮等，2024）等领域，而针对地下管线地理信息领域的相关研究尚不多见。因此，本文结合文献计量分析法和统计学方法，系统梳理近20年来国内地下管线地理信息领域的相关研究成果，从规模、合作、热点与趋势四个方面来梳理领域发展脉络。

2  数据与方法

1）数据处理

基于中国知网（CNKI）核心期刊库（下文简称CNKI），结合先验知识和文献预读结果，构建检索策略为：以包括电力、电信、给水、排水、燃气、热力、工业、专业等关键词在内的管线类型为第一组主题词，以GIS、地理信息为第二组主题词，以管线、管道、管网、管廊为第三组主题词，进行逻辑“并”组配，形成完整检索逻辑；检索时间设定为2004年1月1~2024年12月31日。经数据清洗，共获取1731篇目标文献，包括学术期刊1062篇、学位论文669篇。

为深入分析不同类型管线研究的发展特征，基于人工标注结果，构建并训练贝叶斯分类模型，通过Python脚本将上述文献按照综合地下管线、专业地下管线进行分类。

2）研究方法和工具选择

文献计量分析法是用数学、统计学等计量分析工具来定量描述、评价和预测学术现状与发展趋势的研究方法，具有客观性强、定量化的宏观分析优势（任全娥，2020；邱均平等，2022）。本文运用文献计量与统计方法，结合CiteSpace与VOSviewer，从规模、合作、热点与趋势来系统分析，直观呈现研究领域的核心议题与发展动态。CiteSpace适用于深入挖掘主题和领域比较分析；VOSviewer则在可视化网络结构方面更具优势（张力等，2011）。主要步骤为：①利用CiteSpace统计年发文量，对关键词的时间线和研究趋势进行分析；②利用VOSviewer构建作者合作网络、机构合作网络及关键词共现网络。详细研究流程如图1所示。

3  研究进展

3.1  年发文量分析

发文量的可视化分析可直观反映研究领域动态结构和发展规律（郭洪飞等，2020）。如图2所示，发文量呈现阶段性变化，自2017年达峰后，有所回落，但整体仍维持较高水平，反映该领域已由初步探索走向相对成熟，具备持续研究潜力。结合发文变化趋势与国家政策导向、技术革新等因素，其发展过程可划分为如下三个阶段：①初步探索期（2004~2009年），发文量稳步增长。伴随城市化加速，城市地下管线建设需求攀升，住建部门对管线信息化管理关注度提升，研究主要围绕传统测绘技术在地下管线领域的具体应用展开（路玲玲等，2008；洪立波等，2008；王智和周世明，2008）。②快速发展期（2010~2017年），发文量达到历史峰值。受智慧城市建设政策推动，以GIS为核心的地理信息技术快速发展并迭代升级，为地下管线的信息化管理提供了有力的技术支撑。尤其是2017年发布的《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》进一步明确了地下管线智能化的管理方向，推动了聚焦三维建模、数据集成等方面研究的迅速增长（解智强等，2010；贾蓉，2015；王洪昌等，2016；闫晨，2016）。③深化转型期（2018~2024年），发文量呈波动下降趋势。在新型城镇化政策的推动下，研究开始探索地下管线地理信息在城市更新、韧性城市建设中的融合应用，重点逐步转向多源数据协同管理、管线健康监测与智慧化管控等精细化方向，呈现从“量的积累”向“质的提升”过渡的态势（吴海颖等，2019；魏子雄等，2022；吴刚等，2023；丁彩霞和黄涧秋，2024）。

3.2  研究者和机构共现分析

由图3（a）看出，发文量大于三篇的作者有84位。总体上，领域内作者合作网络呈现以下特征：①跨团队协作不足。虽然形成了以南京师范大学张书亮、云南大学解智强、自然资源部第六地形测量队陈勇等学者为核心的若干研究团队，但团队间合作交流相对有限。这一现象或源于该领域研究的复杂性与专业性，各团队通常专注于特定细分方向开展研究。②合作团队规模与资源分布失衡。领域内共形成50个合作组合，不同合作组合中作者数量差异显著，反映了不同研究方向或子领域在研究热度和资源投入方面存在明显分化。③作者合作网络联结相对薄弱。总之，合作组合之间缺乏有效联系，相对封闭的研究格局在一定程度上制约了领域内协同研究的深入开展。

由图3（b）可看出，合作次数大于四篇的机构有91个，共形成67个机构合作组合。机构合作呈现以下主要特征：①以小团体形式合作为主，一定程度上反映了各机构在研究方向、地域分布及资源优势等方面的相似性与互补性。②规模较大的团体主要集中于自然地理学和测绘学、建筑科学与工程等学科领域。这可能源于地下管线地理信息研究的跨学科属性。③参与机构以城市规划、测绘地理信息等领域的事业单位及高等院校为主，其业务与研究需求高度契合。④合作模式逐渐从单一的高校内部合作向校企合作转化。总之，尽管合作模式有所拓展，整体合作网络仍呈现分散性与封闭性，跨区域、跨领域的系统性合作机制尚不健全，需进一步推动资源整合、强化机构间的跨域合作研究。

3.3  热点主题分析

关键词共现图谱可反映研究热点，基于CiteSpace分别构建专业地下管线、综合地下管线的文献关键词共现网络，提取关键词分别为2589个、866个。分别设置筛选频次阈值大于等于7、3，经数据整理，最终分别提取88个核心关键词用于热点主题分析。

1）专业地下管线地理信息关键词主题分析

由图4（a）看出，该领域已在燃气、给水、排水、工业类别的专业地下管线的场景化应用中形成了多个热点，其主要依托GIS、信息管理系统与三维可视化等技术的支撑。如GIS技术在供水管网的拓扑分析与爆管预警，以及综合管廊的三维结构展示与运维态势模拟中发挥核心驱动作用（王玲玲等，2012；王卫兵等，2015；彭璇璇等，2018）；BIM在排水管网的三维模拟与管网建设、改造中实现了关键技术突破（李慧莉等，2016；冯伟民和张敏，2019）。信息管理系统、空间数据库节点凸显了各类专业地下管线研究对信息管理与数据库建设的高度重视，动态更新节点的缺失说明实时数据采集与模型迭代能力不够，揭示了地下管线数据现势性的不足（解智强和高忠，2019）。另外，燃气、排水、热力等专业地下管线各自成团且节点连线稀疏，综合管网、综合管廊等节点的出现，充分说明专业地下管线技术发展已经相对成熟，但是跨行业技术集成与综合尚处于起步阶段。总体而言，专业地下管线地理信息领域依托空间数据库和信息管理系统推进数据治理与场景化应用，已初步构建起以GIS和三维可视化为核心的分析模型体系；然而，现有研究仍局限于单一行业或技术路径，跨领域知识难以有效融合。一方面，专业模型间的技术耦合仍显薄弱，难以支撑复杂场景下的综合决策；另一方面，智能推演能力受限于语义表达不统一与数据协同不足，难以实现高效、动态的推理过程。

2）综合地下管线地理信息关键词主题分析

由图4（b）看出，不同于专业地下管线研究仅聚焦于单一管网的建模或运维应用，该研究强调跨管线综合平台和全生命周期管理机制的搭建与完善。如GIS、综合管廊节点，部分研究将GIS可视化分析与管廊空间布局深度融合，实现城市地下一体化监测与展示（吕希奎等，2020；许云骅等，2021）；在信息系统与系统设计层面，既强调面向专业技术人员的综合系统开发，也注重面向现场运维人员的易用化功能（许梦媛等，2016；宋雪等，2024）；数据共享、数据模型节点凸显了统一数据模型与接口标准化的重要性。总之，综合地下管线地理信息已形成系统性研究范式。具体地，通过分析多源管线间的差异，对其进行相似性匹配和标准化处理（龚敏霞等，2015）、构建基于地理实体的一体化表达模型（房彩丽和张书亮，2017）、开发专业性与易用性的综合系统（邓晓红等，2018；崔国静等，2020），从而形成了一体化平台驱动与标准化数据支撑的范式。

然而，当前研究仍存在如下三个不足之处。一是，系统难以及时响应管线老化、荷载突变等实时风险；二是，多源管线数据融合中管理责任主体模糊；三是，已有模型的高精度要求与应用场景的实时响应需求存在结构性脱节。

3.4  关键词聚类时间线及研究趋势分析

基于CiteSpace，对各聚类中关键词的发展历史与时长进行可视化。通过对关键词时间线图谱的可视化分析，可进一步对专业地下管线、综合地下管线地理信息领域的研究热点及未来发展趋势进行综合分析。

1）专业地下管线地理信息研究趋势分析

由图5（a）看出，专业地下管线地理信息研究发展历程可划分为三个阶段。第一阶段（2004~2010年），聚焦于单一专业地下管线的GIS平台应用，以供水管网、排水管网簇等为主体，集中开展管网拓扑建模、爆管风险评估等精细化研究，各专业地下管线研究形成独立的发展轨迹；第二阶段（2010~ 2020年），物联网等关键词出现，逐步从数据展示转向面向应用的综合管理；第三阶段（2020~2024年），综合管廊簇继续演进，以综合管廊、智慧水务等为热点，研究跨系统、多尺度的管网集成管理，结合大数据、云计算和人工智能，实现风险模拟、应急管理与智能决策支持，标志着地下管线地理信息走向智慧化与智能化发展。另外，风险评价簇长期活跃，表明从管网漏损分析到城市内涝模拟等议题始终紧扣社会对管线安全、城市韧性与公共利益的核心诉求。总体而言，该领域已由单管线GIS应用逐步走向管线融合治理。

2）综合地下管线地理信息研究趋势分析

由图5（b）看出，综合地下管线地理信息研究的发展历程亦可划分为三个阶段。第一阶段（2004~ 2010年），探索阶段，以数据库、信息系统为代表的关键词节点密集出现，侧重于管线数据的采集、管理与信息化研究；第二阶段（2010~2020年），管理系统、三维、综合管廊节点相继出现，研究视角由单一管线转向多管线综合管理，由单一的数据分析转向应用层面；第三阶段（2020~2024年），以智慧城市、数字孪生为代表，进一步强调虚拟现实、智能化应用研究。不同聚类间连线日益增多更是直观反映了该领域从分散到系统集成、再到全流程数字化治理的演进路径。总体而言，该领域从数字化建模起步，历经管廊一体化与多源数据融合验证，最后转向全流程数字孪生与智能运维。

4  结  语

4.1  结  论

本文运用CiteSpace和VOSviewer系统梳理了国内地下管线地理信息领域近20年的研究成果与发展路径，以期为领域后续研究提供更加科学、系统的研究见解，推动地下管线地理信息领域的持续发展。

（1）地下管线地理信息领域的研究总体呈现先增长后逐步回落的波动趋势，2017年达到峰值后逐渐回落转向应用深化阶段。

研究者以小规模协同为主；机构多为事业单位和高校，且机构间合作呈小团体化。这制约了该领域的集成创新，未来应进一步打破部门壁垒，构建跨部门协同机制。

（2）专业地下管线地理信息领域的研究，从专业地下管线GIS精细建模与风险评估转向物联网技术驱动的跨行业应用验证，再到多网数据一体化与智能运维平台搭建。虽然各专业地下管线分析模型和精细建模能够显著提升管线“一张图”的专业分析服务水平，但是跨行业技术集成多源数据语义融合不足仍制约着综合治理的深度转型。

综合地下管线地理信息领域的研究，从早期单管线数字化建模的分散探索到管廊一体化驱动的融合阶段，再转向数字孪生支撑的智能闭环治理，最终形成一体化平台驱动与标准化数据支撑的综合地下管线研究范式。

地下管线地理信息研究历经二十余年发展，已从基础测绘工程演进为融合实体认知、时空融合与服务创新的研究范式。然而，知识关联松散与热点交叉薄弱问题暴露出当前研究体系的割裂性，即专业地下管线模型与综合平台尚未形成知识闭环，阻碍了地下管线地理信息研究的智慧化转型进程。

4.2  展  望

研究结果表明，地下管线地理信息领域的发展始终面临规律性的基础科学难题和关键技术瓶颈。为推动该领域向智能化、精准化与可持续化发展，建议未来重点开展以下相关研究。

（1）从管线测绘到新型管线测绘。传统管线测绘沿袭基础测绘和地形图构建的思路。从管线测绘到新型管线测绘，亟需开展新型管线测绘理念设计、顶层规划、统筹组织等工作。综合考虑城市的发展特点和管线信息化技术需求，围绕新型管线测绘相关的理论、方法、技术和应用开展研究，构建新型地下管线GIS建设新范式。

（2）从管点、管线到地理实体。综合地下管线与专业地下管线在要素分类、数据结构、实体表达、数据应用方面存在差异。未来需要进一步利用城市多源异构管线信息资源，开展顾及多模态数据智能匹配与语义融合的管线地理实体自动化建模研究，推动管线地理实体表达模型的优化。

（3）从管线分析到管线时空智能。现有管线模型对复杂城市系统的动态调控响应不足，人工智能与行业场景融合深度有限。亟需研发面向海量管线数据与领域知识的行业大模型，推动领域向数字化、智能化转型升级，加快形成管线新质生产力。

（4）从专业地下管线到社会化管线。当前管线信息化技术创新乏力，“脸谱化”应用严重，尚不能将数据和系统真正推广至管线权属单位、政府各管线职能部门之外的社会化用户。未来应健全统一标准与跨部门数据共享机制，提高管线资源的利用范围和水平，推动管线数据的社会化应用，打通管线应用的“最后一公里”。

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