城市軌道交通及傳統公交網絡可視化研究

劉學軍 孫文高

近年來，隨著城市軌道交通的快速發展，傳統公交網絡和城市軌道交通網絡漸漸融為一體。但由于城市軌道交通存在不可避免在缺點， 因此不可能替代公交系統。只有將兩種交通系統有效銜接，才能實現城市交通系統效益最大化。

一 、引言

本文建立一種可視化分析城市軌道交通及傳統公交網絡綜合交通模型，并通過pajek仿真軟件計算該網絡模型的特征參數，得到該網絡的部分特性。為后續城市交通網絡的分析及向城市管理部門建議奠定理論基礎。

二 、研究過程

（一） 研究數據獲取

研究城市公交及城軌交通網絡的特點，首先要獲取有效的研究數據。筆者收集了西北某省會城市的交通網絡數據。一個站點通過公交和地鐵可能有許多站點鏈接，從而使該站點節點與許多其他站點節點建立了關系。并構成城市軌道及公交運輸網絡。

（二） 數據處理

數據的清洗與處理是一項繁瑣的工作。本文選取PAJEK軟件完成數據的處理，采用兩種方法完成數據轉換，第一種，本文將原始實驗數據導入EXCEL，然后利用EXCELtoPAJEK獲取仿真數據，第二種方法本文將數據轉化成.TXT格式，再利用TXTtoPAJEK完成數據提取。

（三） 研究視角及網絡特性分析

本文通過社會網絡研究形成的分析概念與特征，密度、中心度、凝聚系數、平均路長等作為研究網絡特性的指標。

1.節點度

度值體現站點節點的影響力及對網絡的重要程度。節點的度越大，意味著節點越“重要”。網絡所有節點度的平均值定義為網絡的平均度。一方面考察節點的度值，同時計算了節點的入度和出度。選擇典型節點，計算了度、入度、出度數值，度值較大的節點有1、10、13、14、15、16，這是交通網絡中的中心節點。入度值較大的有1、10、13、14、32，出度值較大有1、10、13、14、15、16、17、32。整體上看度值較大的節點不多，較為平均，這正反映了公交網絡的特點。

2.平均路長

網絡平均路徑長度稱為網絡的特征路徑長度。數值大小表明節點能夠連接到其他節點的難易程度，用兩節點之間的連線數來表征。研究表明，盡管許多實際的復雜網絡節點數巨大，但網絡的平均路徑長度卻小得驚人。本文仿真結果公交網絡平均路長為4。這說明公交運輸網絡層次相對簡單。

3.聚類系數

聚類系數表示所有網絡節點的聚類系數平均值。本文公交網絡仿真結果為0.02923 。說明公交網絡是沿路線布置站點的特點。也表明一旦網絡中部分關鍵節點一旦癱瘓，其它節點就很難快速形成新的傳輸路徑。同時也說明該網絡并不是一個小世界網絡。

4.網絡節點的核心及最大連通子圖

復雜網絡理論表明：重要節點相對于整個網絡節點數目來說非常少，并且重要節點之間聯系非常緊密。如果其中少量重要節點受到攻擊，整個網絡就可能陷于癱瘓。

三、城軌交通及公交網絡可視化仿真與分析

城市交通網絡的形成存在多種方法，可以將交通網絡抽象成為一個加權網絡。將交叉路口的站點看作節點，而將道路抽象為邊。兩個站點之間最短路徑就是兩站之間需要轉車的次數再加1;本文采用后一種方法仿真，仿真結果如圖1、圖2所示。

從仿真結果可見，城市交通網絡有如下特征：網絡大小差別較大;多路車都會經過幾個不同的站點;整個城市交通網絡存在幾個大的站點，新開設的站點容易與之相連;城市交通網絡具有無標度網絡的特性。

四 、結語

本文對城市交通網絡進行可視化仿真研究，分析結果如下：1.整個交通網絡節點度值呈冪律分布，網絡節點的平均距離為4.0，聚類系數較小。2.網絡優化后，度值大于10的用戶僅有23位。可見交通網絡的穩健性、脆弱性和這些節點相關聯。3.重點考慮擁堵重要節點的交通流形成機理以及城市交通網絡的演化規律，提出緩解和預防交通擁堵的道路規劃及控制策略。（作者單位：西安交通工程學院 ?中興通信學院）