四川省高速公路復雜網絡可視化圖形分析①

李康+++湯伶俐

摘 要：基于四川省社會經濟的發展和高速公路建設取得的成績，運用復雜網絡理論和Gephi復雜網絡可視化軟件生成四川省高速公路復雜網絡可視化圖形，分析該復雜網絡的主要特性及存在的主要問題，探索交通網絡復雜運行規律和機理，為政府相關職能部門的交通運輸網絡規劃、基礎設施建設以及科學管理提供新的視角和決策依據參考。

關鍵詞：高速公路 復雜網絡 四川省 Gephi

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0021-03

1 四川省社會經濟發展及交通建設現狀

在緩慢復蘇的世界經濟發展背景下，中國經濟由高速轉向中高速增長的“新常態”。四川省委省政府在新的國際國內政治經濟環境下，認真貫徹執行黨中央、國務院的決策部署，正確把握發展大局，2014年全省實現生產總值2.85萬億元（增長8.5%）；城鎮居民人均可支配收入增長9%①（參見圖1）。

在交通方面，四川省2014年公路、鐵路、航空和水路等主要運輸方式完成貨物周轉量2474.4億噸公里；完成旅客周轉量1584.0億人公里；高速公路通車里程5510公里③（參見圖2）。

基于四川省交通建設高速發展，高速公路通車里程不斷增長并形成復雜網絡，該文運用復雜網絡可視化圖形分析工具—GEPHI，對形成的高速公路復雜網絡拓撲結構及其性狀進行深入分析，為規劃、管理、建設等部門領導提供科學管理和決策的參考。

2 復雜網絡可視化圖形分析工具—GEPHI

Gephi是一款由多國工程師和科學家聯合研發、基于JVM的跨平臺開源免費軟件，主要用于分析各種復雜網絡和系統。

Gephi被用于對各種網絡和復雜系統的動態和分層圖的交互可視化研究，如：關聯分析、數據分析、社交網絡、生物網絡等復雜網絡分析。除通過輸入數據生成可視化圖形外，還能自動計算并生成網絡對應的特征參數分析圖，該功能對于“大數據”時代下海量數據的復雜關系分析顯得尤為重要。

3 基于Gephi的四川高速公路復雜網絡可視化圖形分析

3.1 四川省高速公路基礎數據

具體見表1。

3.2 基于Gephi的四川省高速公路復雜網絡生成圖

從圖3中可以看出，四川省高速公路復雜網絡共有節點476個，邊588條。形成的復雜網絡內射洪縣、南部縣、遂寧市、南充市、宜賓市和中江縣等市縣的節點度較大，聯接的高速公路較多，交通相對暢通。省內連接成都市的高速公路都是通過成都繞城高速經三環路達到市中心，因而成都市的省道連接數在圖中不高，而成都繞城節點度最高。

3.3 四川省高速公路復雜網絡可視化圖形特性分析

應用Gephi可視化圖形軟件，不但能夠得到省內高速公路復雜網絡的可視化圖形，而且能夠對生成網絡的拓撲特性自動分析并評估網絡特性。這是選取Gephi作為分析工具的主要原因。

從圖4中可以看出，四川省高速公路復雜網絡度值最大為10，整個網絡中超過75%的節點度大于等于2，這些站點可達性水平較高，承擔著全省大量的交通量。同時表明，近年來四川省高速公路密集建設，對四川省交通運輸水平提升成果明顯。

從圖5中可以看出，四川省高速公路加權網絡的平均路徑長度距離是12.53。表明四川省地域廣闊，尤其是山區高速公路使得局部區域的高速公路成為該地區唯一通達途徑。

從圖6中可以看出，接近中心性較好的站點多位于成都及其附件的網絡中心位置。這些節點連接道路數量相對較多，可達性較好，在網絡中交通流傳播速度快，影響范圍大，路段的抗毀性較高，因而會在局部區域提高公眾出行便利性和貨物運輸效率。但是，當出現擁擠或交通事故時，為減少其對整體路網的影響程度，可根據各站點接近中心性指標快速確定事故影響范圍，以便短時間內采取措施恢復交通。

從圖7中可以看到，四川省高速公路網絡的模塊化程度較高，同一模塊化區域內部連通性較好。

4 基于復雜網絡分析的四川省高速公路開發建設的對策建議

綜上所述，四川省高速公路網絡主要集中在成都、宜賓、遂寧、廣元、射洪、南部等市縣，南北走向與東西走向發展不平衡，重要收費站相對集中在成都市中心城區，在未來的高速公路建設中應減少與此類中心性指標較高節點的直接連接，防止車流量進一步增高，保證核心區域收費站安全暢通。為提高網絡整體運輸效率和連通性，建議避開與重要型節點直連，采用與周邊鄰近節點連接，必要時可考慮設置環線，以減少交通壓力，有效提高車流通過速度。

5 結語

從文中可以看到，應用Gephi來分析復雜網絡不僅可以生成表征節點連接關系的可視化圖形，而且能計算出相關參數，因而其應用前景廣大。

參考文獻

[1] 2015年四川省人民政府工作報告[EB/OL].http：//www.sc.gov.cn/10462/10464/10797/2015/2/5/10326259.shtml

[2] 四川公眾出行交通信息服務系統-四川路網[EB/OL].http：//www.scjtcx.cn.

[3] 高自友，吳建軍，毛保華，等.交通運輸網絡復雜性及其相關問題的研究[J].交通運輸系統工程與信息，2005，5（2）：79-84.

[4] 肖平.廣東省高速公路網結構復雜性分析[D].廣州：華南理工大學，2013.

注釋

① 數據來源：2015年四川省人民政府工作報告.

② 數據來源：四川省統計年鑒-2014年.

③ 數據來源：四川省人民政府網站.

④ 數據來源：中國高速網.

⑤ 數據來源：四川路網（http：//www.scjtcx.cn/apps/scroad.jsp）及百度（http：//www.baidu.com）.