我國樞紐機場航線網絡連通性研究

摘 要：為了全面了解我國樞紐機場的連通能力，準確把握其國內航線網絡構建的現狀與未來發展，基于航線網絡的空間結構建立機場航線網絡連通性指標模型，從空間航線網絡的連接質量角度研究了國內機場的連通性。研究結果表明我國主要機場五年來的指標變化與其發展模式相吻合，也驗證了模型的適用性。

關鍵詞：樞紐機場；航線網絡；連通能力；空間結構；連通性指標模型

引言

2012年國務院發布的《關于促進民航業發展的若干意見》中第一次從國家層面對機場規劃和建設提出具體要求：“著力把北京、上海、廣州機場建成功能完善、輻射全球的大型國際航空樞紐，培育昆明、烏魯木齊等門戶機場，增強沈陽、杭州、鄭州、武漢、長沙、成都、重慶、西安等大型機場的區域性樞紐功能”[1]。航線網絡是實現機場樞紐功能的決定因素，航線網絡連通性的優劣直接影響著航線網絡的效率。樞紐機場之間的可達與否，航班密集程度和航線利用率都能在航線網絡連通性的研究中得到直觀反映[2]。2011年Arvis和Shepherd提出了“直觀指標模型”[3]。“直觀指標模型”不僅能反映航線連通的數量，還能體現出連通性的質量。在Pearce和Reynolds-FeighanMcLay的研究中，采用“直觀指標模型”通過對不同機場賦值權重，使得通往一些“更有價值”的目的地機場能夠增加樞紐機場的連通質量[4][5]。2013年MichaelD. Wittman和William S. Swelbar在此模型基礎上加入了間接連通性，建立了機場連通質量指標（ACQI）模型[6]。ACQI模型在參數的計算中需要預先對機場等級進行劃分，增加了模型使用的限制，而且在權重賦值時需考慮單一機場和各等級機場的年平均客流量，因而對現實數據的依賴程度很大，缺乏對沒有明確等級劃分機場的連通性的適用性。

文章綜合考慮單一機場的直接連通性和間接連通性，基于航線網絡的空間結構建立機場航線網絡連通性指標模型。計算了2014年我國8個主要機場和北京、廣東、上海浦東、虹橋4個機場5年內的國內機場連通性指標值，分析了我國機場航線網絡的連通性質量，及其主要影響因素。

1 機場航線網絡連通性指標模型的建立

文章基于國內樞紐機場航線網絡的連通性研究，即認為在小型機場中不存在有一次經停的旅客中轉，并且當所研究機場與連通的機場之間既有直達航線又有一次經停航線時，統一當作直達機場來計算。

首先構建一個簡單的航線網絡，如圖1，機場i與機場j存在直達航班，與機場k不存在直達航班，但是可在某一直接連接機場j通過一次經停形成中轉航班，則機場i的連通性包括與機場j的直接連通性和與機場k的間接連通性。通過分析可以總結出增加單一機場的連通性可以有以下方法：

（1）增加通航機場的航班頻次；（2）增加輻射機場的數目，包括樞紐機場和小型機場；（3）時刻資源的優化，即在機場時刻容量限制的前提下，把有限的時刻資源分配到大型樞紐機場，而不是點對點的小型機場。

1.1 目標模型

由此建立目標函數，機場i的連通性指標Wi可以表示為：

Wi=NSi+？琢OSi

式中NSi為機場i的直接連通性指標值，OSi為機場i的間接連通性指標值，α指直達機場和存在一次經停機場對連通性計算影響程度不同而確定的加權系數。

基于研究的目的，采用網絡中心度特征向量[7]，研究直接連接機場與間接連接機場在中心機場航線網絡中所扮演的角色。表1是文章所用特征向量的含義。

基于航線網絡空間結構建立的機場航線網絡連通性指標模型可以清晰表現各機場的國內航線網絡連通性情況，將模型的特征向量帶入可得出機場i的連通性指標值Wi的表達公式如下：

1.2 參數選取

在本模型中，換算系數α是基于航線服務質量水平（Quality Service Index ，以下簡稱QSI）來確定的。換算系數α的精確值會根據不同的QSI模型而有所不同，但一般變化的范圍在0.03～0.2之間。即兩機場之間的直達航班對連通性的貢獻是中轉航班的5到33倍。近年來國外學者認為直達航班對連通性的貢獻應該是中轉航班的8倍左右。綜上，文章在模型計算中將α值設定為0.125。

本模型的航班時刻表數據來自全球權威的flightstats網站冬季航班時刻表。中國機場的航線長度通過地理坐標用matlab編程獲得。

1.3 機場連通性指標計算

通過單一機場連接國內各機場的航線長度取倒數求得各個機場與該機場的接近中心度。連接密度為機場i與機場j的直接連接航班頻次，反映出兩機場的連接緊密程度，其中fA為從機場i離港的航班頻次，fD為到達機場i的航班頻次，機場i的接近中心度函數表達式為：

通過判斷機場j是否與機場i存在航班計算程度中心度，反映在其航線網絡中各機場的聯系可能性大小，文章利用整數規劃中的0-1規劃確定各個機場與該機場的程度中心度，表達式如下：

利用該模型的三個特征向量可以分別求出機場i的航線網絡直接連通性指標值NSi與間接連通性指標值OSi，求和即為該模型的目標函數Wi。

綜上，得出機場i的連通性指標值Wi的計算公式為：

2 我國機場連通性研究

文章采用機場航線網絡連通性模型計算得出的三個指標NS、OS、W，可以清晰反映各機場的國內航線網絡連通性情況，且易于比較分析。通過計算我國8個主要大型機場和北京、廣州、上海機場近年來的國內機場航線網絡連通性指標，對國內機場航線網絡連通質量進行定量評估。

2.1 國內機場航線網絡連通性情況

從表2中可以看出北京首都國際機場相較于我國其他大型國際機場的指標值最高，表明北京首都國際機場的國內航線網絡連通性最好。北京首都國際機場的航線網絡覆蓋了我國大多數的大中型機場，并且和上海、廣州等機場的航班頻次較多，從而使其航線網絡的直接連接性和間接連通性相較其他航空公司都有明顯的優勢。然而，北京的間接連通性約占整體連通性的2.23%，處于較低水平，表明其連通質量主要依賴于直達航班。除北京、廣州以外，其他大型國際機場的國內航線網絡連通性呈現出較為平均的態勢。

機場航線網絡連通質量指標模型不僅能夠清晰表現各機場國內航線網絡連通性情況，還可以對機場的功能定位和發展情況提出參考依據。上海兩場明顯低于西安、深圳、昆明等城市機場，原因是上海兩場的運力更多集中在國際航線中，并且兩場分散了一些國內的運力，在連通性方面形成了城市機場群的協同發展，而其他國內的大型機場則較好地承擔著國家區域樞紐的功能。

2.2 樞紐機場航線網絡連通性變化

圖2顯示了我國四大樞紐機場從2010年至2014年的變化情況，整體趨于增長。北京首都國際機場、廣州白云國際機場2010到2013中的國內航線網絡增長比例較小，2014年在容量幾乎達到限制的情況下取得較快增長，說明網絡的空間連通性是可以通過航線網絡的優化取得提高的，然而國內連通性的增強一定程度上會阻礙國際航線網絡的發展。上海浦東國際機場的國內航線網絡連通性低于虹橋國際機場，其原因是浦東機場以國際航線為主的國際樞紐和虹橋以國內航線為主的地區樞紐戰略定位的差異化發展。

3 結束語

本研究基于航線網絡的空間結構建立機場航線網絡連通性指標模型，計算了我國8個主要大型機場和北京、廣州、上海機場近年來的國內機場航線網絡連通性指標，并分析計算結果，驗證其對單一機場航線網絡連通性研究的適用性，反映了該模型能夠準確地評價樞紐機場的連通質量，并可對機場未來的航線網絡連通性變化進行準確預測，為我國樞紐機場航線網絡建設提供真實可靠的參考。

參考文獻

[1]國務院.國務院關于促進民航業發展的若干意見[EB/OL].[2012]. http：//www. gov.cn/zwgk/2012-07/12/content_2181497.htm.

[2]DeLaurentis， D. E.P. Han， and T. Kotegawa.“Network-Theory Approach for Analyzing Connectivity in Air Transportation Networks.”[J].Journal of Aircraft， 2008，45（5）：1669-1679.

[3]Arvis， J.F. and B. Shepherd. “The Air Connectivity Index： Measuring Integration in the Global Air Transport Network.” The World Bank[J]. Policy Research Working Paper， 2011：5722.

[4]Pearce，B.“Investing in Air Transport Connectivity to Boost National Productivity and Economic Growth.” In J. Blanke and T. Chiesaed. The Travel and Tourism Competitiveness Report 2007： Furthering the Process of Economic Development[J]. Davos： World Economic Forum，2007.

[5]Reynolds-Feighan， A. and P. McLay. “Accessibility and attractiveness of European airports： A simple small-community perspective.”[J].Journal of Air Transport Management，2006，12：313-323.

[6]MichaelD. Wittman， William S. Swelbar.Modeling Changes in Connectivity at U.S. Airports： A small Community Perspective [J]. MIT Small Community Air Service White Paper，2013，2.

[7]任新惠.我國機場航線網絡連通性水平及切斷點損失分析[J].交通運輸系統工程與信息，2012，12（6）：192-197.

作者簡介：金嗣博（1992-），男，遼寧人，碩士，主要研究方向為空中交通管理、樞紐機場。