基于網絡分析的機場連通性特征分析研究

杜晴

摘? 要：機場連通性特征可以反映出航空運輸網絡中機場所連通的航線資源狀況和機場所能夠提供的可達性供給基礎，為研究我國航空運輸網絡中機場的連通性特征，基于網絡分析方法對我國航空運輸網絡中機場的中心性指標進行測算，進而分析不同量級類型的機場連通性特征，對機場進一步改善航線資源、提高運營水平具有參考價值。

關鍵詞：機場連通性;中心性;網絡分析

中圖分類號：F512.99 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）04-0062-02

Abstract： The airport connectivity is the reflection of airlines resources in the air transportation network and can reflect the basis of the accessibility supply provided by the airport. The centrality indicators of airports in China's air transport network are measured and analyzed， and the connectivity characteristics of different weight types airport are analyzed.

Keywords： airport connectivity; centrality; network analysis

引言

截至2018年底，我國境內共有定期航班航線3996條，定期航班通航機場233家。航空運輸網絡中機場連通性的特征分析，對于反映我國航空運輸網絡的結構特性和各類型機場的連通特征具有重要意義。國內外不同領域學者對機場連通性進行了研究，針對機場連通性特征的研究主要有機場連通性測度研究[1]和機場航線網絡連通性水平分析[2]。前一類研究往往側重測度模型的研究，缺乏對連通性特征的分析;后者則側重整個網絡連通性水平的分析。本文以不同量級類型機場的視角，對我國機場連通性特征進行分析，為不同類型機場連通性的改善提供決策參考。

1 機場連通性

連通性可以分為直接、間接和機場連通性三種，其中直接連通性就是機場的直接可用航空服務情況，包括該機場直接通航目的地和服務頻率等。間接連通性是指通過某一航班從特定出發機場連接到樞紐機場進而可以到達的目的地范圍情況，這種通過中間（樞紐）機場提供的航線擴展擴大了出發機場連接目的地范圍的性質就是間接連通性。而機場連通性定義為機場的直接連通性和間接連通性的總和[3]。

2 網絡分析方法

網絡分析方法可以研究現實生活中的復雜網絡問題，航空運輸網絡是一種交通運輸復雜網絡，具有小世界和無標度特性[4]。機場作為航空網絡中的節點，機場評估其在航空網絡中的重要性（中心性）是通過機場節點與網絡中其他機場節點的連接的顯著水平進行的。因此節點的中心性能夠反映出機場的連通性特征。經典的節點中心性指標有度值、接近、介數和特征向量中心性等。連通圖G（V，E）用以描述現實網絡，V={v1，v2，…vn}描述網絡中的節點集合，n為網絡中節點總個數;E={e1，e2，……el}用來描述網絡中的邊，l為網絡中邊的數量，An×n為圖的鄰接矩陣，aij=1表示節點vi，vj之間有邊，aij=0表示節點vi，vj之間沒有邊。

度中心性是描述目標節點重要性的直觀指標，用節點的直接連邊條數表征，表達式為：DC（i）= ，其中，DC（i）為節點vi的度值中心性，n-1為度值的最大可能值。接近中心性描述目標節點到網絡中其他節點的效率，以目標節點到其他節點的平均距離的倒數來表征。不同于度中心性只考慮目標節點的直接連接，接近中心性將目標節點的間接連接全部考慮在內。接近中心性的表達式為：CC（i）= ，CC（i）為節點vi的接近中心性，dij為節點vi，vj間的最短路徑長度。介數中心性是衡量節點作為其他節點間連接橋梁的指標，等于通過該節點的最短路徑數目與所有最短路徑數目的比值，體現了一個節點經由目標節點到達任意其他節點的必要程度，表達式如下：BC（i）= ，其中，BC（i）為節點vi的介數中心性，gst為節點vs，vt之間的最短路徑數，gst（i）為節點vs，vt之間經過節點vi的最短路徑數。特征向量中心性認為一個節點的重要性既取決于其連接節點的數量，也取決于其相連節點的重要性，記xi為節點vi的重要性度量值，則特征向量中心性的表達式如下：EC（i）=xi=c∑ aijxj，其中，c為一個比例常數，aij為鄰接系數，x=[x1，x2，xi，…，xn]T，經過多次迭代到達穩態時，可以寫成如下形式：x=cAx，其中x是矩陣A對應最大特征值的特征向量。

3 我國機場連通性特征分析

3.1 機場類型劃分

本文依據機場的旅客吞吐量將我國機場劃分為千萬級機場、其他機場及支線機場三種類型。其中，千萬級機場即旅客吞吐量為1000萬以上的機場，旅客吞吐量介于200萬人次與1000萬人次之間的機場為其他機場，旅客吞吐量低于200萬（含）的機場為支線機場。根據2018年機場生產統計公報中的吞吐量數據，截至2018年，我國千萬級機場有37家，支線機場有167家，其他機場29家，平均吞吐量分別為2856萬，52萬，417萬。

3.2 基于中心性指標值的機場連通性特征分析

利用python的networkx包對我國233家定期通航機場的中心性指標進行計算，三種類型機場的中心性指標平均值（歸一化處理后）如圖1所示，各量級類型內部機場間及不同量級類型間變異系數如表1所示。

圖1 我國三種類型機場中心性指標平均值

表1 中心性指標值變異系數

三種類型機場的四種中心性指標均存在以下關系：千萬級機場>其他機場>支線機場。度值中心性指標和特征向量中心性指標反映出機場的直接連通性，前者直接表征了機場與其直接相連接的機場之間的航線連接情況，后者則是反映了機場的直飛航線的重要性價值，結果說明，千萬級機場的通航機場在航空網絡中的重要性最高，具有較多的通航點數量和較高航線平均價值，其次為其他類型機場，支線機場則最小。度值和特征向量中心性的差異性表現出不同機場具有不同水平的航線供給資源。三種類型間機場的度值和特征向量中心性變異系數較大（表1），這說明不同量級水平機場的直接連通性變異程度較高，即不同量級機場間的直接通航點數量及質量之間差異較大。

機場中介中心性反映目標節點機場可提供中轉機會，圖1表明千萬級機場在網絡中起到中轉作用最大，其次是其他機場，支線機場則提供較少的中轉可能。表1表明中介中心性的變異系數最大，不同類型機場的樞紐連通性特征差異較大，支線機場極小的中介中心性也反映出支線機場在航空網絡中主要連通點對點的城市對航線;吞吐量200-1000萬人次的其他機場較千萬級機場的中介中心性差距也較大，說明除了千萬級機場以外的其他干線機場的樞紐連通性存在較大的提升空間。接近中心性將機場的間接連通性也考慮在內，接近中心性的變異系數比度值中心性的變異系數低約0.72，說明間接連接可以有效縮小不同類型機場間的連通性差異，機場間接連通性的提升可有效促進機場連通性整體水平的提高。

從不同量級類型內部機場間的差異來看，支線機場中心性指標值之間的變異程度較大，度值中心性、特征向量中心性以及中介中心性的變異系數均高于其他兩種量級的機場，處于最高水平，接近中心性變異系數雖非最大，但接近于最高水平的千萬級機場間的變異系數。因此，支線機場間的連通性變異程度最高，發展較不平衡。

4 結束語

本文運用網絡分析的方法計算了我國機場的中心性指標值，并基于不同的旅客吞吐量量級劃分機場類型，對各類型機場的中心性指標值進行分析，對比研究了不同類型機場間的中心性情況，進而分析了機場連通性特征。結果表明：機場中心性與機場的量級具有相關性，不同量級類型的機場間直接連通性的差異較大，支線機場間的連通性差異大于其他兩種類型的機場間差異;千萬級機場、支線機場以外的其他干線機場的樞紐連通性有待提高;不同類型機場間的間接連通性相對直接連通性差異較小，機場可利用間接連通性的提升有效改善機場連通性整體水平。

參考文獻：

[1]Zhu Zhenran， Zhang Anming， Zhang Yahua. Connectivity of intercity passenger transportation in China： A multi-modal and network approach[J]. Journal of Transport Geography，2018，71：263-276.

[2]彭挺，劉海洲，毛建民.中國國內航線網絡連通性提高策略[J].武漢理工大學學報，2017，39（06）：40-46.

[3]Burghouwt， G， Redondi， R， Connectivity in air transport networks： an assessment of models and applications[J]. Journal of Transport Economics and Policy，2013，47（1）：35-53.

[4]曾小舟.基于復雜網絡理論的中國航空網絡結構實證研究與分析[D].南京航空航天大學，2012.