物流網絡大數據虛擬實驗仿真平臺

陸隨年

摘要：深入了解物流網絡的特征，才能對城市物流網絡的規劃和管理工作提供更有效、更可靠的理論基礎。開發物流網絡大數據虛擬實驗仿真平臺，可以通過綜合運用大數據下建立的物流節點吸引力評價體系，對城市物流網絡中的節點進行優劣判斷，為新建節點提供參考依據;同時仿真實驗提供的物流網絡拓撲結構可視化演化平臺，為優化網絡結構、改善網絡性能提供了先決條件。

Abstract： In-depth understanding of the characteristics of logistics networks can provide a more effective and reliable theoretical basis for the planning and management of urban logistics networks. The development of a virtual experiment simulation platform for big data in the logistics network can comprehensively use the attractive evaluation system of logistics nodes established under big data to judge the advantages and disadvantages of the nodes in the urban logistics network to provide a reference for new nodes; The visualization and evolution platform of the logistics network topology provides a prerequisite for optimizing the network structure and improving network performance.

關鍵詞：物流網絡;大數據;吸引力;拓撲結構演化

0? 引言

城市貨運網絡作為交通網絡的一種，屬于復雜網絡的范疇[1-3]。利用城市貨運網絡理論研究貨物運輸網絡不僅僅是對網絡拓撲結構的研究，還要將其反推到現實網絡的演化中，從而揭示現實網絡的演化規律[4]，最終目的是利用理論研究的成果實現對現實網絡有效控制。本文將通過分析物流網絡的評價體系以及演化機制，構建合理的貨物運輸網絡演化模型，并對武漢市的貨物運輸網絡進行演化分析。

1? 物流網絡大數據實驗仿真理論框架

本實驗系統包括兩個子模塊：一個是物流節點吸引力評價體系，旨在通過物流節點的吸引力的大小評價物流節點的優劣，為評價優化及布局規劃提供依據[5]，從而進行優化;另一個是建立城市物流網絡拓撲結構演化平臺，對網絡拓撲結構動態演化過程進行可視化處理，為尋求最優物流網絡結構提供了基礎。

1.1 物流節點吸引力評價體系

城市物流節點吸引力的大小代表著物流節點對城市貨物的吸引、集聚、存儲、加工、疏散等物流工作的能力。

1.1.1 評價體系建立過程

首先結合實際案例使用德爾菲法調查和分析影響物流節點吸引力的因素指標，其次利用數學統計等方法對吸引力影響因素進行量化以及權值的分配。然后開展探索性因子分析[6];根據探索性因子分析結果，分析量表的內容效度、結構效度、關聯效度。形成物流節點吸引力影響因素評價指標體系。

1.1.2 物流節點吸引力模型

Fij代表i與j之間的吸引力;G是引力系數，取10;M為產業的相關系數;Z是節點吸引度與點權之和;Si表示物流節點吸引度;dij為物流節點i與j之間的距離;win表示與i節點相連的邊權之和，即i節點點權。

1.2 城市物流網絡拓撲結構演化平臺

1.2.1 城市物流網絡拓撲結構演化模型構造

為模擬物流網絡演化過程，基于節點吸引力，考慮城市物流網絡的特性，參考BA模型來計算節點之間的連接概率。然后采用BBV模型進行節點的權重演化。本文構建的演化模型就是針對于新加入一級節點后對整個網絡結構的影響。

本文所構建的模型演化機制如下：

①建立初始網絡：將節點的數量初始化為n0。

②引入新節點：每個新引入的節點n與已存在的m（飽和度）個節點連接，其與節點i的連接概率為。

k為節點度數;Fij為節點i、j之間的吸引力;原有節點等級越高，α取值越大;參數β的取值取決于連接節點的等級。

③優先連接：對新增節點進行非遞減排序，對前m個節點進行優先連接。

④權重演化：讓概率最大的節點之間進行結構演化，每次演化需要對權重進行更新，直到所有連接全部完成。

1.2.2 物流網絡拓撲結構演化動態演示實現流程

對于整個網絡拓撲結構的實現過程，其中用到的關鍵技術就是運用Gephi和ArcGIS軟件將整個演化的過程動態表現出來，主要步驟有：

①分析整個城市物流結構，利用Google Map確定一級節點、二級節點和三級節點及其相關地理信息，在ArcGIS中進行節點標定。

②通過吸引力因子分析得到節點的度和節點間吸引力，設計初始網絡模型。

③根據城市貨運網絡模型分析得出一、二、三級節點之間的連接（從屬）關系，將連接關系編輯為邊數據導入到Gephi中，實現可視化，模擬動態演化圖。

④在初始網絡中加入新的一級節點，通過模型進行演化得出更有效的網絡結構;在更新的網絡中賦予新節點不同的吸引力進而分析最優網絡。

⑤修正飽和度，從而獲得節點不變、網絡結構類型不變的、具有不同平均度的新網絡的基本網絡參數。

2? 實驗平臺運用

選取武漢市為例，綜合考慮后選取7個物流園區作為一級物流節點、31個二級物流節點和148個三級物流節點作為研究對象。

2.1 建立武漢市物流節點評價體系

根據問題的特點，采用德爾菲法對專家進行了意見征求，并經過加權計算，選取32項影響因素指標，主要體現在物流節點所在行政區的人口、產業等32個方面。

基于熵權法來評價指標權值和標定模型，建立的物流節點相互吸引力計算模型，計算物流節點相互吸引力大小，檢驗計算模型的可靠程度。

使用SPSS軟件因子分析功能，輸入所有186個物流節點數據，得出成份得分系數矩陣，計算各成分中特征值的貢獻率和累計貢獻率。提取特征值大于1的8個節點，并且其累計貢獻率為87.842%（如圖1所示）。即用這8個成份來綜合反映物流節點吸引力影響因素。

結合成份系數矩陣表和各因素標準值圖，按照相關公式計算各個物流節點的綜合得分，并對得分大小進行非遞增排序。對載荷最大的幾種因子進行篩選，并依此計算節點吸引度。根據計算結果，我們選取了十三個因素作為計算物流吸引力的因子。

2.2 武漢市物流網絡拓撲結構動態演化

在使用Google Map、ArcGIS對武漢市的各級物流節點進行標定后，導入已得的節點坐標和新引力，運用1.2.1模型計算，得節點連接概率情況并導入Gephi中，得到原始武漢市物流網絡圖（圖3）。

①物流網絡初始狀態設置：在Gephi中導入初始網絡的節點數據，初始網絡由23個節點構成，通過對邊的權重賦值，得到初始網絡連接狀態。

②對問題進行編碼。

③進行網絡節點的動態演化，實現城市貨運網絡結構的可視化。

④改變網絡演化模型程序代碼中的節點連接個數（初始設定為2）。分別改為5、10、15，重新演化后得到下圖所示的節點不變、網絡結構模型類型不變的不同平均度的新網絡的邊數據。如圖4所示。

3? 結語

網絡拓撲結構與其自身的功能有著密切的關系，研究網絡拓撲結構，建立合理的節點評價體系，有助于理解網絡結構和網絡行為之間的關系。基于城市物流節點的吸引力，本實驗在充分考慮影響物流節點因素的大數據基礎上，為評價物流網絡節點優劣搭建了實驗平臺;同時建立了城市物流拓撲網絡的動態仿真平臺，利用ArcGIS和Gephi模擬了網絡的演化過程。通過更改節點之間的連接個數，更新演化，得到具有新的平均度的網絡。為后續網絡的性能、形態優化研究提供了基礎。

參考文獻：

[1]Markus Hesse， Jean-Paul Rodrigue. Transport geography of logistics and freight Distribution. Journal of Transport Geography[J].2004，6：171-184.

[2]AMARAL L A N， SCALA A， BARTHELEMY M， et al. Class of small-world networks[J]. PNAS，2000，97（21）：11149-11152.

[3]KLEMM K， EGUILUZ V M. Highly clustered scale-free networks[J]. Phys Rev E，2002，65：036123.

[4]ZHU Han， WANG Xin-ran， ZHU Jian-yang. Effect of aging on network structure[J]. Phys Rev E，2003，68：056121.

[5]周靜.港口對物流的吸引力評價研究[J].南北橋，2012年5月.

[6]VANRAAN A F J. On growth， ageing， and fractal differentiation of science[J]. Scientometrics，2000，47（2）：347-362.