物流視角下福建省交通運輸網絡的復雜性分析

　　摘 要：交通運輸網絡是物流活動的基礎設施載體，對物流效率有重要影響。本文選取福建省交通運輸網絡為研究對象，搜集福建省公路、鐵路和水路數據，構建了福建省交通運輸網絡，利用復雜網絡理論，進行福建省交通運輸網絡的復雜性分析，并借助GIS軟件進行可視化。結果表明：福建省交通運輸網絡具有復雜網絡的典型特征，部分地市的經濟、物流發展情況與其在交通運輸網絡中的地位不相匹配，并據此提出福建省交通運輸網絡優化建議。

　　關鍵詞：物流工程;交通運輸網絡;復雜網絡;拓撲特征

　　《物流技術與應用》(月刊)創刊于1996年，由北京科技大學主辦。本刊是物流行業知名的精品名刊;廣泛報道物流熱點、實用技術、經典案例、最新信息.

　　引言：福建省位于我國東南部的沿海地帶，在國家經濟發展和戰略部署上都有著重要的地位。隨著福建“21世紀海上絲綢之路”核心區物流樞紐建設，交通運輸網絡作為物流活動的重要基礎設施載體，對物流效率有重要的影響。對福建省交通運輸網絡的復雜性進行分析，研究交通運輸網絡的運行機制，有助于提出改善福建省交通運輸網絡的設計方案，從而促進物流運輸效率提升，進而推動福建省核心區物流樞紐建設發展。

　　復雜網絡是分析交通運輸網絡復雜性的主流方法。高自友等探討了交通運輸網絡的復雜性，并以北京市公交網絡為例，給出結合復雜網絡對公交網絡中的樞紐站點進行選址的建議。胡一竑基于復雜網絡理論，結合管理科學、計算機仿真、交通流分配模型等技術對交通網絡復雜性進行分析。莫輝輝等通過分析復雜網絡理論在航空、軌道交通、城市交通中的應用，指出交通運輸網絡由需求網絡、組織網絡、徑路網絡和設施網絡四種網絡結構組成，具有網絡化復合結構。李進認為應用復雜網絡理論研究交通網絡具有實際應用價值，提出不僅要研究網絡的拓撲特性，還要探索交通網絡的空間特性及其優化，從而提高交通網絡的抗災變與抗攻擊能力。付佳和林建濱基于高速公路規模進行預測，從而對福建省高速公路網的布局優化進行了研究，劉成則對福建鐵路網絡布局進行分析，并結合城市體系空間結構，提出福建省鐵路網絡調整策略。余增濤分析了福建省67個縣域構成的交通網絡密度、交通鄰近度、可達性指標，得出福建省交通優勢度。可見，關于福建省交通運輸網絡復雜性的研究有待完善。本文以福建省為例，選取了度與度分布、介數、平均路徑長度和聚類系數四個指標，分析了交通運輸網絡的復雜性。

　　一、復雜性指標選取

　　(1)度值。度是描述單個節點屬性最簡單也是最重要的概念之一。在無向網絡中，節點i的度ki定義為與節點直接連接的邊的數目。網絡中的節點度值越大，就代表著與該節點相連的節點數量越多，該節點在其網絡中的重要程度也就越高。

　　(1)

　　其中，A為鄰接矩陣，其元素aij表示，若兩個相鄰的縣域i和j之間至少有一條運輸線路經過時aij=1，否則為0。

　　(2)介數。介數是指經過某個節點的最短路徑的數目，節點i的介數定義為：

　　(2)

　　其中，為從節點到節點的最短路徑數目，為從節點s到節點t的條最短路徑中經過節點i的最短路徑數目。節點的介數越大，意味著節點在連通整個網絡中所起到的重要性越大。

　　(3)平均路徑長度。網絡中連接節點i與j的邊數最少的路徑稱為最短路徑，而平均路徑長度定義是任意兩點間路徑長度的平均值，即：

　　(3)

　　其中，N表示為網絡節點的數量，表示為連接節點i和j的最短路徑上的邊的數目。交通運輸網絡中，平均路徑長度可以反映出交通運輸網絡的效率以及交通運輸網絡的連通性。

　　(4)聚類系數。節點i的聚類系數定義為節點i的ki個鄰居節點之間實際存在的鄰居對數目和總的可能存在的鄰居對數目之比，即：

　　(4)

　　其中，Ei表示為i節點i的ki個鄰居節點之間實際存在的邊數。整個網絡的聚類系數則為網絡中所有節點的聚類系數的平均值。聚類系數有助于分析節點之間連通的強度，通常用于判斷運輸效率高低。

　　二、福建省交通運輸網絡復雜性分析

　　1.數據收集及處理

　　研究數據來源于《福建省統計年鑒2018》、《福建省中長期鐵路網規劃(2017年)》、《福建省普通國省干線公路網布局規劃(2012-2030年)》和《福建省“十三五”綜合交通運輸發展專項規劃》。將福建省行政區規劃的68個縣域作為節點，公路、鐵路和水路的路網作為邊，構建出福建省交通運輸網絡。

　　2.復雜性分析結果

　　借助Matlab軟件計算選取的四個交通運輸網絡復雜性指標，通過GIS軟件進行可視化，結果如下圖所示。

　　圖 福建省交通運輸網絡復雜性指標計算結果

　　(1)度值計算結果如圖(a)所示。福建省交通運輸網絡圖中度值前三的縣域為閩清、古田何永泰，其中閩清與古田在地理位置相似，因為臨近福州港，閩清連接著福州與福建省西部內陸地區，而古田則連接著福州與福建省北部地區以及鄰省的交通運輸路線，因此兩地度值較高。永泰連接著福建省沿海地區的南北地區，因此度值也相對較高。而福建省南部有著泉州港、廈門港以及莆田港，交通運輸線路較為的分散，度值分布相對分散。除沿海城市以外，福建省大多數內陸縣域的度值都比較低，福建省作為沿海省份，度值的分布基本符合福建省的特性由內陸至沿海逐漸變高，多數度值高的縣域分布于福建省的主要港口城市附近以及連接港口城市具有紐帶作用的縣域。

　　(2)介數值計算結果如圖(b)所示。福建省交通運輸網絡中介數靠前的縣域是閩清、古田和沙縣。介數值越大，也就說明了經過該縣域的最短路徑越多，反映了該縣域的重要性。從地理位置上看，閩清和古田起到連接福州與其他縣域的作用，而沙縣位于福建省內陸，作為運輸紐帶連接著內陸與沿海縣域的運輸路線。介數排名前三的縣域輻射了福建省大部分地區。而福建省南部介數值較高的節點縣域主要分布在泉州、廈門和龍巖附近，主要連接福建省南部內陸與沿海縣域之間的交通運輸線路。內陸與鄰省接壤的城市或一些沿海港口城市作為交通運輸的起點或者終點，這些縣域的介數都相對較低。