2022全球工程前沿
全球工程前沿 EngineeringFronts 目录 引言1 第一章研究方法2 1工程研究前沿遴选2 1.1论文数据获取与预处理2 1.2论文主题挖掘3 1.3研究前沿确定与解读4 2工程开发前沿遴选4 2.1专利数据获取与预处理4 2.2专利主题挖掘5 2.3开发前沿确定与解读5 3发展路线图5 4术语解释5 第二章领域报告7 一、机械与运载工程7 1工程研究前沿7 1.1Top10工程研究前沿发展态势7 1.2Top3工程研究前沿重点解读11 2工程开发前沿19 2.1Top10工程开发前沿发展态势19 2.2Top3工程开发前沿重点解读23 二、信息与电子工程33 1工程研究前沿33 1.1Top10工程研究前沿发展态势33 1.2Top3工程研究前沿重点解读38 2工程开发前沿49 2.1Top10工程开发前沿发展态势49 2.2Top3工程开发前沿重点解读54 三、化工、冶金与材料工程65 1工程研究前沿65 1.1Top12工程研究前沿发展态势65 1.2Top3工程研究前沿重点解读69 2工程开发前沿78 2.1Top10工程开发前沿发展态势78 2.2Top3工程开发前沿重点解读82 四、能源与矿业工程92 1工程研究前沿92 1.1Top12工程研究前沿发展态势92 1.2Top4工程研究前沿重点解读96 2工程开发前沿109 2.1Top12工程开发前沿发展态势109 2.2Top4工程开发前沿重点解读114 I 全球工程前沿 EngineeringFronts 五、土木、水利与建筑工程124 1工程研究前沿124 1.1Top10工程研究前沿发展态势124 1.2Top3工程研究前沿重点解读128 2工程开发前沿138 2.1Top10工程开发前沿发展态势138 2.2Top3工程开发前沿重点解读142 六、环境与轻纺工程150 1工程研究前沿150 1.1Top10工程研究前沿发展态势150 1.2Top3工程研究前沿重点解读154 2工程开发前沿163 2.1Top10工程开发前沿发展态势163 2.2Top3工程开发前沿重点解读167 七、农业174 1工程研究前沿174 1.1Top11工程研究前沿发展态势174 1.2Top3工程研究前沿重点解读179 2工程开发前沿190 2.1Top11工程开发前沿发展态势190 2.2Top3工程开发前沿重点解读195 八、医药卫生202 1工程研究前沿202 1.1Top10工程研究前沿发展态势202 1.2Top3工程研究前沿重点解读209 2工程开发前沿221 2.1Top10工程开发前沿发展态势221 2.2Top3工程开发前沿重点解读227 九、工程管理241 1工程研究前沿241 1.1Top10工程研究前沿发展态势241 1.2Top4工程研究前沿重点解读245 2工程开发前沿260 2.1Top10工程开发前沿发展态势260 2.2Top4工程开发前沿重点解读264 总体组成员277 II 引言 工程科技是改变世界的重要力量，工程前沿代表工程科技未来创新发展的重要方向。当今时代，世界之变、时代之变、历史之变正以前所未有的方式展开，新一轮科技革命和产业变革持续深入演进，人类社会面临前所未有的挑战。前瞻把握世界科技发展动向，准确识变、科学应变、主动求变，已成为各国的共同选择。 为研判工程科技前沿发展趋势，敏锐抓住科技革命新方向，中国工程院作为国家工程科技界最高荣誉性、咨询性学术机构，自2017年起开展全球工程前沿研究项目，每年研判并发布全球近百项工程研究前沿和工程开发前沿，以期发挥学术引领作用，积极引导工程科技和产业创新发展。 2022年度全球工程前沿研究项目依托中国工程院9个学部及中国工程院《工程》系列期刊，联合科睿唯安开展研究工作。研究以数据分析为基础，以专家研判为核心，遵从定量分析与定性研究相结合、数据挖掘与专家论证相佐证、工程研究前沿与工程开发前沿并重的原则，凝练获得95个工程研究前沿和93个 工程开发前沿，并重点解读29个工程研究前沿和29个工程开发前沿。 为提高前沿研判的科学性，在前五年实践经验的基础上，2022年度的研究工作进一步创新，在研究最初阶段探索制定技术体系，明确9大领域的技术边界和结构，梳理各分支技术之间的关联关系；在重点前沿解读过程中引入发展路线图工具，研判重点工程前沿未来5~10年的发展方向和趋势。 本报告是2022年度全球工程前沿项目研究成果，由两部分组成：第一部分为研究概况，主要说明研究采用的数据和研究方法；第二部分为领域报告，包括机械与运载工程，信息与电子工程，化工、冶金与材料工程，能源与矿业工程，土木、水利与建筑工程，环境与轻纺工程，农业，医药卫生和工程管理共9个领域分报告，分别描述与分析各领域工程研究前沿和工程开发前沿概况，并对重点前沿进行详细解读。 工程前沿研判是一项复杂且有挑战性的工作。六年来，项目研究聚焦全球工程科技发展的热点和难点，将前沿研究、学术论坛与期刊建设紧密结合，相互促进，逐步探索出一条别具特色的研究路径。工程前沿研究得到了来自我国工程科技界各领域、各机构近千位院士和专家的支持，在此向所有指导工程前沿研究的院士、参与工程前沿研究的专家表示感谢！ 第一章研究方法 工程是人类借助科学技术改造世界的实践活动。工程前沿指具有前瞻性、先导性和探索性，对工程科技未来发展有重大影响和引领作用的关键方向，是培育工程科技创新能力的重要指引。根据前沿所处的创新阶段，工程前沿可分为侧重理论探索的工程研究前沿和侧重实践应用的工程开发前沿。2022年度全球工程前沿研究采用专家与数据 多轮交互、迭代遴选研判的方法，通过专家研判与数据分析深度融合，在9个领域共遴选出95个工 程研究前沿和93个工程开发前沿，并重点解读29 个工程研究前沿和29个工程开发前沿。各领域前 沿数量分布如表1.1所示。 工程前沿研究基本流程包括三步：数据对接、数据分析和专家研判。数据对接，主要是领域专家和图书情报专家依据各领域的技术体系，制定论文和专利数据检索式，明确数据挖掘的范围；数据分析，主要是通过共被引聚类形成文献聚类主题、共词聚类形成专利地图，获得前沿主题；专家研判，主要是通过前沿主题筛选、前沿名称修订、专家研讨等方法逐步筛选确定前沿。同时，为弥补因数据 挖掘算法局限性或数据滞后所导致的前沿性不足，鼓励领域专家结合定量分析结果修正、归并、扩充前沿。研究实施流程如图1.1所示，其中绿色部分以数据分析为主，紫色部分以专家研判为主，红色方框为专家与数据多轮深度交互的过程。 1工程研究前沿遴选 工程研究前沿遴选包括两种途径：一是基于WebofScience数据库SCI期刊论文和会议论文数据，经数据挖掘聚类形成工程研究前沿主题；二是通过专家提名，提出工程研究前沿问题。以上结果经过专家研判论证、提炼得到备选工程研究前沿，再经过问卷调查和多轮专家研讨，遴选得出9个领 域95个工程研究前沿。 1.1论文数据获取与预处理 首先构建中国工程院9个学部领域技术体系与WebofScience学科的映射关系，获得每个领域对应的学术期刊和学术会议列表。经领域专家核实 表1.19个领域前沿数量分布 领域工程研究前沿/个工程开发前沿/个 信息与电子工程1010 机械与运载工程1010 能源与矿业工程1212 化工、冶金与材料工程1210 环境与轻纺工程1010 土木、水利和建筑工程1010 医药卫生1010 农业1111 合计9593 工程管理1010 与修订后，确定本年度重点分析的9个领域共计 12709本学术期刊和48260个学术会议。此外， 针对79种综合性国际学术期刊，采用单篇文章归类的方法，即根据文章参考文献的主要归属学科来确定相关期刊中单篇文章的研究领域。 针对每个领域的期刊论文和会议论文，参照WebofScience高被引论文确定方法，综合考虑期刊论文和会议论文差别、出版年等因素，筛选出2016—2021年期间发表的被引频次位于前10%的 高影响力论文（截至2022年1月），作为研究前 沿分析的基础数据集。各领域数据源概况如表1.1.1 所示。 1.2论文主题挖掘 基于基础数据集，利用共被引方法对高影响力论文进行聚类分析，获得每个领域的前沿聚类主题，每个聚类主题由一定数量的核心论文组成。其中，2016—2019年出版的期刊论文和会议论文，按照核心论文的数量、总被引频次、平均出版年、常被引论文占比依次筛选，每个领域获得35个不相似的文献聚类主题；2020—2021年出版的期刊论文和会议论文，按照核心论文的数量、总被引频次、常被引论文占比依次筛选，每个领域获得25个不相似的文献聚类主题。以上聚类分析中，如果各领域聚类主题有交叉，则递补不交叉的聚类主题，对 专家确定期刊与会议列表 技术体系 专家确定专利检索式 最终文献专利检索列表 专家提名前沿问题 专家提名前沿问题 候选前沿热点 论文数据分析 专利数据分析 专利地图 50+研究备选前沿 专家数据交互 专家补充前沿 50+开发备选前沿 问卷调查 会议研讨 10+个研究前沿 10+个开发前沿 文献专利数据分析 重点解读 重点解读 工程研究前沿工程开发前沿 表1.1.1 3+个研究前沿 各领域数据源概况 发展路线图 图1.1全球工程前沿研究流程 3+个开发前沿 序号 领域 期刊/本 会议/个 高影响力论文/篇 1 机械与运载工程 533 3026 96918 2 信息与电子工程 999 21306 220667 3 化工、冶金与材料工程 1209 4259 292796 4 能源与矿业工程 938 2682 149334 5 土木、水利和建筑工程 650 1284 71484 6 环境与轻纺工程 1362 1376 225197 7 农业 1363 934 165566 8 医药卫生 4835 12072 499690 9 工程管理 820 1321 55778 于没有聚类主题覆盖的学科，按照关键词进行定制检索和挖掘，最终筛选得到9个领域772个备选研 究热点（包括相似和不相似的主题），如表1.2.1 所示。 1.3研究前沿确定与解读 与论文数据处理挖掘同步，领域专家基于专业背景知识并结合其他综合性科技情报信息，如科技动态、科技政策、新闻报道等进行分析判断，提出工程研究前沿问题，并将其融入前沿确定的每个阶段。 在数据对接阶段，图书情报专家将领域专家提出的研究前沿问题转化为检索式，作为初始数据源的重要组成部分；在数据分析阶段，针对没有文献聚类主题覆盖的学科，领域专家提供关键词、代表性论文或代表性期刊，用于定制检索和挖掘；在专家研判阶段，领域专家对照文献聚类结果进行查漏补缺，对于未出现在数据挖掘结果中而专家认为重要的前沿进行第二轮提名，图书情报专家提供数据支撑。最终，领域专家对数据挖掘和专家提名的工程研究前沿素材进行归并、修订和提炼，而后经过问卷调查和多轮会议研讨，每个领域遴选出10余个工程研究前沿。 工程研究前沿确定后，各领域依据发展前景、 受关注度选取3（或4）个重点研究前沿，邀请前沿方向的权威专家从国家和机构布局、合作网络、发展趋势、研发重点等角度详细解读前沿。 2工程开发前沿遴选 工程开发前沿遴选同样包括两种途径：一是基于DerwentInnovation专利检索平台，对9个领域53个学科组中被引频次位于各学科组前10000的 高影响力专利家族进行文本聚类，获得53张专利地图，领域专家从专利地图中解读出备选工程开发前沿；二是通过专家提名，提出工程开发前沿问题。在这两种途径获得的备选开发前沿基础上，通过多轮专家研讨和问卷调查，最终遴选产生每个领域10余个工程开发前沿。 2.1专利数据获取与预处理 在数据对接阶段，基于DerwentInnovation专利数据库，采用德温特世界专利索引（DWPI）手工代码、《国际专利分类表》（IPC分类）、美国专利局分类体系（UC）等专利分类号和特定的技术关键词，初步
