物流视角下福建省交通运输网络的复杂性分析

　　摘 要：交通运输网络是物流活动的基础设施载体，对物流效率有重要影响。本文选取福建省交通运输网络为研究对象，搜集福建省公路、铁路和水路数据，构建了福建省交通运输网络，利用复杂网络理论，进行福建省交通运输网络的复杂性分析，并借助GIS软件进行可视化。结果表明：福建省交通运输网络具有复杂网络的典型特征，部分地市的经济、物流发展情况与其在交通运输网络中的地位不相匹配，并据此提出福建省交通运输网络优化建议。

　　关键词：物流工程;交通运输网络;复杂网络;拓扑特征

　　《物流技术与应用》(月刊)创刊于1996年，由北京科技大学主办。本刊是物流行业知名的精品名刊;广泛报道物流热点、实用技术、经典案例、最新信息.

　　引言：福建省位于我国东南部的沿海地带，在国家经济发展和战略部署上都有着重要的地位。随着福建“21世纪海上丝绸之路”核心区物流枢纽建设，交通运输网络作为物流活动的重要基础设施载体，对物流效率有重要的影响。对福建省交通运输网络的复杂性进行分析，研究交通运输网络的运行机制，有助于提出改善福建省交通运输网络的设计方案，从而促进物流运输效率提升，进而推动福建省核心区物流枢纽建设发展。

　　复杂网络是分析交通运输网络复杂性的主流方法。高自友等探讨了交通运输网络的复杂性，并以北京市公交网络为例，给出结合复杂网络对公交网络中的枢纽站点进行选址的建议。胡一竑基于复杂网络理论，结合管理科学、计算机仿真、交通流分配模型等技术对交通网络复杂性进行分析。莫辉辉等通过分析复杂网络理论在航空、轨道交通、城市交通中的应用，指出交通运输网络由需求网络、组织网络、径路网络和设施网络四种网络结构组成，具有网络化复合结构。李进认为应用复杂网络理论研究交通网络具有实际应用价值，提出不仅要研究网络的拓扑特性，还要探索交通网络的空间特性及其优化，从而提高交通网络的抗灾变与抗攻击能力。付佳和林建滨基于高速公路规模进行预测，从而对福建省高速公路网的布局优化进行了研究，刘成则对福建铁路网络布局进行分析，并结合城市体系空间结构，提出福建省铁路网络调整策略。余增涛分析了福建省67个县域构成的交通网络密度、交通邻近度、可达性指标，得出福建省交通优势度。可见，关于福建省交通运输网络复杂性的研究有待完善。本文以福建省为例，选取了度与度分布、介数、平均路径长度和聚类系数四个指标，分析了交通运输网络的复杂性。

　　一、复杂性指标选取

　　(1)度值。度是描述单个节点属性最简单也是最重要的概念之一。在无向网络中，节点i的度ki定义为与节点直接连接的边的数目。网络中的节点度值越大，就代表着与该节点相连的节点数量越多，该节点在其网络中的重要程度也就越高。

　　(1)

　　其中，A为邻接矩阵，其元素aij表示，若两个相邻的县域i和j之间至少有一条运输线路经过时aij=1，否则为0。

　　(2)介数。介数是指经过某个节点的最短路径的数目，节点i的介数定义为：

　　(2)

　　其中，为从节点到节点的最短路径数目，为从节点s到节点t的条最短路径中经过节点i的最短路径数目。节点的介数越大，意味着节点在连通整个网络中所起到的重要性越大。

　　(3)平均路径长度。网络中连接节点i与j的边数最少的路径称为最短路径，而平均路径长度定义是任意两点间路径长度的平均值，即：

　　(3)

　　其中，N表示为网络节点的数量，表示为连接节点i和j的最短路径上的边的数目。交通运输网络中，平均路径长度可以反映出交通运输网络的效率以及交通运输网络的连通性。

　　(4)聚类系数。节点i的聚类系数定义为节点i的ki个邻居节点之间实际存在的邻居对数目和总的可能存在的邻居对数目之比，即：

　　(4)

　　其中，Ei表示为i节点i的ki个邻居节点之间实际存在的边数。整个网络的聚类系数则为网络中所有节点的聚类系数的平均值。聚类系数有助于分析节点之间连通的强度，通常用于判断运输效率高低。

　　二、福建省交通运输网络复杂性分析

　　1.数据收集及处理

　　研究数据来源于《福建省统计年鑒2018》、《福建省中长期铁路网规划(2017年)》、《福建省普通国省干线公路网布局规划(2012-2030年)》和《福建省“十三五”综合交通运输发展专项规划》。将福建省行政区规划的68个县域作为节点，公路、铁路和水路的路网作为边，构建出福建省交通运输网络。

　　2.复杂性分析结果

　　借助Matlab软件计算选取的四个交通运输网络复杂性指标，通过GIS软件进行可视化，结果如下图所示。

　　图 福建省交通运输网络复杂性指标计算结果

　　(1)度值计算结果如图(a)所示。福建省交通运输网络图中度值前三的县域为闽清、古田何永泰，其中闽清与古田在地理位置相似，因为临近福州港，闽清连接着福州与福建省西部内陆地区，而古田则连接着福州与福建省北部地区以及邻省的交通运输路线，因此两地度值较高。永泰连接着福建省沿海地区的南北地区，因此度值也相对较高。而福建省南部有着泉州港、厦门港以及莆田港，交通运输线路较为的分散，度值分布相对分散。除沿海城市以外，福建省大多数内陆县域的度值都比较低，福建省作为沿海省份，度值的分布基本符合福建省的特性由内陆至沿海逐渐变高，多数度值高的县域分布于福建省的主要港口城市附近以及连接港口城市具有纽带作用的县域。

　　(2)介数值计算结果如图(b)所示。福建省交通运输网络中介数靠前的县域是闽清、古田和沙县。介数值越大，也就说明了经过该县域的最短路径越多，反映了该县域的重要性。从地理位置上看，闽清和古田起到连接福州与其他县域的作用，而沙县位于福建省内陆，作为运输纽带连接着内陆与沿海县域的运输路线。介数排名前三的县域辐射了福建省大部分地区。而福建省南部介数值较高的节点县域主要分布在泉州、厦门和龙岩附近，主要连接福建省南部内陆与沿海县域之间的交通运输线路。内陆与邻省接壤的城市或一些沿海港口城市作为交通运输的起点或者终点，这些县域的介数都相对较低。