基于無標度網絡的城鄉客運網絡復雜性研究

李 波， 陳金山

(1．重慶交通大學交通運輸學院，重慶400074;2．福建農林大學 交通學院，福建福州350002)

基于無標度網絡的城鄉客運網絡復雜性研究

李 波1， 陳金山2

(1．重慶交通大學交通運輸學院，重慶400074;2．福建農林大學 交通學院，福建福州350002)

建立在城市道路與農村公路網基礎上的城鄉客運網絡是交通運輸網絡中一個特殊子類，具有運輸網絡的共性，也有與其他運輸網絡不同的特點。從城鄉客運網絡的特性出發分析其復雜性;基于無標度網絡分析城鄉客運網絡的復雜性;結合實例說明農村客運網絡的復雜性，并提出了一系列管理對策。

客運網絡; 交通運輸; 城鄉客運; 無標度網絡; 復雜性

城鄉客運網絡是近年來隨著統籌城鄉和城鄉一體化的發展而發展起來的。它是基于成熟的城鄉道路網絡上的一種無標度樹狀的復雜網絡。目前，城鄉客運網絡指的是以城區為中心，以鄉鎮為樞紐，以各行政村為結點，連接到建制村的一個無標度的樹狀網絡。隨著人們對網絡基礎理論認識的加深，有人將網絡研究的方法運用于交通運輸網絡的研究。國內一些學者通過分析農村客運特性，對農村客運網絡的布局模式進行了研究。其中，邢春對農村客運網絡布局模式與發展政策進行了研究;符禮明、孫正春等對運輸網絡建立了一系列結構穩定性的評價指標;張桓奇、張毅運用數學中的圖論方法，對農村客運線路網絡布局進行了研究。當前，對農村客運網絡的研究大都局限于對農村網絡模式和發展策略的定性研究范圍，定量的探索還僅限于用圖論和運籌學等傳統的理論方法。本文運用較為成熟且在城市交通網絡中應用較多的復雜網絡方法來定量分析無標度的樹狀城鄉客運網絡的復雜性。

一、城鄉客運網絡的特點

城鄉客運網絡是在城鄉一體化基礎上建立起來的，具體是指將城市公交與農村客運整合成一體，從而形成一個連接城鄉、布局合理、經營規范、安全便捷、服務優質、方便群眾出行的客運網絡。城鄉客運網是建立在由一個點集(村、屯、鄉、鎮、縣、中心城市)和線集(道路、橋梁)組成的大型復雜城市道路網和公路網上的。為了實現城鄉運輸一體化，將農村客運線路和干支線有序銜接，是解決問題的關鍵所在。

本文研究的城鄉客運網絡最典型的特點是由一個中心發散出來的多支點的樹狀網絡。而拓撲網絡的頂點和邊是構成圖的二大要素，村莊和道路是圖的要素，以V表示村點的集合，以E表示網絡頂點間(V i，Vj)的集合，則G=(V，E)為圖的表示，城鄉客運網絡是由不同層次的邊和不同重要程度的節點構成的。按網絡空間聚集程度來分，我國目前的城鄉客運網絡一般可以分為內外兩層網絡即內層網絡和外層網絡。具體來說，內層網絡是指城市公交車運營范圍內線路組的集合，而外層網絡則是指城市以外由農村客運短途班線(市縣班線、縣鎮班線、鎮村班線)組成的線路的集合，相互有機銜接的兩層網絡組成了城鄉客運網絡。

二、城鄉客運客流的特征

城鄉客運中的客流一般包括了兩部分，一部分是常處于城市內部和城市周圍近郊的出行者，這部分客流主要是以短距離通勤為主;另一部分是從鄉村到城市或城市到農村的客流，由于這部分客流的特征呈現了許多復雜性的特點，因而城鄉客運客流有以下特征。

(一)客流隨機性

客流的隨機性是由城鄉客運客流中的農村客源部分造成的。農村客流的隨機性決定了城鄉客流的隨機性。由于廣大農村出行者不同于城市中居民出行在一天的時間上有一定的規律性，他們在出行時間安排上有一定的自由性，從而農村客流在時間上具有不確定性，進而造成了城鄉客流在時間上的隨機性。

(二)客流潮汐性

客流的潮汐性是最能充分體現城鄉客運一體化的特征之一。由于城鄉客運的一體化給城市周邊的農民進城務工帶來了便利，這部分進出城客流在早、晚上下班高峰期內造成了一天周期性的潮汐性。具體表現為:早高峰是以進城方向客流為主，晚高峰則是以出城方向的客流為主。

(三)客流分散性

客流的分散性是由于農村客流部分所具有的。由于鄉村村落零星散落在各個地區，客流從而具有分散性。這種客流的分散性在我國欠發達的中、西部偏遠農村地區顯得更加突出。

(四)客流差異性

客流的差異性是由于城鄉客運一體化本身所具有的，具體表現為城市及近郊地區的客流集中程度高，而農村地區的客流集中程度低。城鄉客運中兩層網絡的客源的特性不同造就這一差異性。由于城市及近郊地區其社會經濟發展快、人口高度集中，客流集中程度就相對高。而在偏遠的農村地區，由于其社會經濟發展相對滯后，農村人口居住相對分散，客流集中程度就低。

三、城鄉客運一體化面臨的問題

在我國大力建設社會主義新農村的背景下，各個地方都提出了適合自已的城鄉客運網絡發展模式，但是在城鄉客運一體化網絡的構建過程中遇到了一些實際困難，主要有以下幾方面的問題。

道路基礎設施方面，外層的農村客運道路網的覆蓋率較低，網絡外圍末梢的鄉村道路等級過低，線型條件也不符合規范，行車條件較差。尤其在我國某些偏遠的中西部地區，這種情況更加普遍，甚至有相當比例的農村道路還處于等外公路等級，不符合發展城鄉客運的條件。

運營調度方面，城鄉客運網絡的兩層子網絡一體化集約化程度較低，即內層網絡與外層網絡在運力供給上沒有達到一個動態的平衡狀態，內外網絡的運力不匹配，從而造成了運力資源的浪費。在我國某些落后的地區，由于運營管理水平有限，在春運前后農村客流的高峰期內，常常會有“乘車難”、“乘客出行需提前預約”等現象出現，這嚴重阻礙了城鄉客運一體化的發展。

網絡結構方面，我國許多地區的城鄉客運網絡已具雛形，但在許多方面不成熟。由于外層農村網絡的節點連接度不夠，從而使得整個網絡的通達性不好，這樣就增加了換乘的出行機率，給出行帶來了諸多不便。

四、無標度樹狀網絡

(一)概念及特征

無標度網絡是在小世界網絡研究興起后，復雜網絡研究領域的一個重要方面。無標度樹狀網絡是指網絡的度分布符合冪率分布，由于缺乏一個描述問題的特征尺而被稱為無標度樹狀網絡。增長性和偏好依附性是其常見的兩個特征。無標度網絡具有小世界的網絡特征、聚類性和網絡彈性。

(二)網絡模型及復雜性指標

本次采用Barabasi和Albert(1999)提出的一個無標度網絡演化模型(即BA模型)。此網絡是基于一般網絡的復雜網絡。BA模型無標度結構的網絡具有兩個重要的自組織特性:增長與優先連接。BA無標度網絡模型的構造算法如下:

1．增長性。從一個具有m0節點的初始網絡開始，每次引入一個新的節點并且連接到m個已存在的節點上，其中 m≤m0。

2．擇優連接性。新節點與已經存在于網絡中節點i的連接概率Πi與節點i的度ki滿足以下關系:經過t步之后，便可得到一個具有N=t+m0個節點和mt條邊的無標度網絡。

五、實例分析

內江市位于四川省南部，地處沱江之濱，是一個典型的丘陵地區農業市。它的總面積5386平方公里，現轄2個區(市中區、東興區)，3個縣(威遠縣、資中縣、隆昌縣)和2070個行政村。農村人口380萬，占總人口比重80．23%，耕地面積有16萬公頃，人均占有耕地0．0385公頃。本文以四川省內江市農村客運網絡為例，分析其網絡的復雜性。由于城鄉客運網絡的復雜性，本次選取的市(區)、縣、鎮均為有良好成形路網相互連接的重要節點。本文將農村客運網絡中的節點間連接類型分為市—區、市—縣、市—鎮、縣—鎮四種不同類型，具體的網絡模型如圖1所示:

圖1 內江市農村客運網絡圖

應用統計軟件并結合無標度網絡的節點指標進行分析，得到內江市農村客運節點網絡擇優連接性(從略)。

針對各指標的結果，可以采取以下幾個方面的管理措施來加強內江地區的城鄉客運網絡的客流運輸功能。

一是適當增加內江市至周邊幾個轄區線路的公交線路數，在一些客流集中的區域新開通一些公交線路，緩減客流高峰期運力不足的壓力。如增加公交線路的運力和班次，從而加強內江市區到所屬的市中區、東興區等區的聯系，方便市區內居民的出行。

二是在部分市縣、區縣一級客流量較大班線上適當延長運營時間，增加發班頻率，縮短發車時間的間隔。如增加資中縣、隆昌縣、威遠縣等縣級城市之間客運班車的發班頻率，縮短發車時間間隔。此外，市區與縣之間班車的發車頻率也可以適當增加，進而加強區與縣之間的聯系。

三是可以將縣城內部公交線與縣鎮班線客運車輛實行統一優化整合，集中管理和調配，線路、站點、調度室、停車場、加汽(油)站等資源實現共享，充分發揮城鄉一體化的政策優勢。如資中縣、威遠縣、隆昌縣等縣城可以充分發揮縣城城鄉一體化資源整合優勢，使得客運資源的供求平衡，達到資源的效益最大化。

四是在城鄉客運網絡外圍末梢的鎮—鄉級層面上，可以大力發展適合各個地區的多樣化小運力接駁小型客車，發車時間間隔可以是彈性的，以更好地適應鄉村客流的需求。還可以在不同高峰時段內采取不同的應對運力配置策略，如在春運等節假日高峰內增開需求響應式的大運量的客車，以滿足客流的需求。

六、結束語

城鄉客運網絡形式呈現多樣化，它受地域地形條件、人口規模、社會經濟發達狀況等多方面因素的影響。本文從基本的無標度的樹狀網絡出發，運用城市交通系統中復雜網絡分析方法對城鄉客運網絡復雜性進行了初步分析。這種分析對現實中的城鄉客運一體化的發展是十分必要的。然而，城鄉客運網絡是一個十分復雜的系統，本文僅從網絡的結構上來探究了無標度網絡的復雜性，沒有考慮到許多實際的運營與管理方面的因素。發展城鄉客運一體化網絡一定要從農村道路基礎設施、城鄉客流特征、運營調度管理等多方面綜合考慮，這樣才能更全面地把握城鄉客運發展中存在的問題。

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Abstract:Built on the urban road and rural road network，the urban and rural passenger transportation network is a special network subclass with transport network．It has the common characteristics of transportation network．Meanwhile it also has many characteristics which other traffic network have not．Firstly，from the aspect of characteristics of urban and rural passenger network，its complexity is analyzed．Secondly，based on the scale-free network，the complexity of the urban and rural passenger network is analyzed．Finally an example is set to illustrate the complexity of urban and rural passenger transportation network and a series of management countermeasures are proposed．

Key words:passenger network;transportation;urban and rural passenger transport;scale-free network;complexity

Complexity Research of Urban and Rural Passenger Transportation Network Based on the Scale－free Network

LI Bo1，CHEN Jin-shan2
(1．School of Traffic and Transport，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;2．School of Traffic，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China)

U12

A

1674－0297(2012)01－0025－03

2011－11－21

李 波(1985－)，男，四川內江市人，重慶交通大學碩士研究生，主要從事交通規劃與城市交通研究。

(責任編輯:張 璠)