基于無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性研究

李 波， 陳金山

(1．重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶400074;2．福建農(nóng)林大學(xué) 交通學(xué)院，福建福州350002)

基于無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性研究

李 波1， 陳金山2

(1．重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶400074;2．福建農(nóng)林大學(xué) 交通學(xué)院，福建福州350002)

建立在城市道路與農(nóng)村公路網(wǎng)基礎(chǔ)上的城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)是交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)特殊子類，具有運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的共性，也有與其他運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)不同的特點(diǎn)。從城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的特性出發(fā)分析其復(fù)雜性;基于無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)分析城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性;結(jié)合實(shí)例說(shuō)明農(nóng)村客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，并提出了一系列管理對(duì)策。

客運(yùn)網(wǎng)絡(luò); 交通運(yùn)輸; 城鄉(xiāng)客運(yùn); 無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò); 復(fù)雜性

城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)隨著統(tǒng)籌城鄉(xiāng)和城鄉(xiāng)一體化的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。它是基于成熟的城鄉(xiāng)道路網(wǎng)絡(luò)上的一種無(wú)標(biāo)度樹(shù)狀的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。目前，城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)指的是以城區(qū)為中心，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為樞紐，以各行政村為結(jié)點(diǎn)，連接到建制村的一個(gè)無(wú)標(biāo)度的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)。隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論認(rèn)識(shí)的加深，有人將網(wǎng)絡(luò)研究的方法運(yùn)用于交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的研究。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者通過(guò)分析農(nóng)村客運(yùn)特性，對(duì)農(nóng)村客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的布局模式進(jìn)行了研究。其中，邢春對(duì)農(nóng)村客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)布局模式與發(fā)展政策進(jìn)行了研究;符禮明、孫正春等對(duì)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)建立了一系列結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo);張桓奇、張毅運(yùn)用數(shù)學(xué)中的圖論方法，對(duì)農(nóng)村客運(yùn)線路網(wǎng)絡(luò)布局進(jìn)行了研究。當(dāng)前，對(duì)農(nóng)村客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的研究大都局限于對(duì)農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)模式和發(fā)展策略的定性研究范圍，定量的探索還僅限于用圖論和運(yùn)籌學(xué)等傳統(tǒng)的理論方法。本文運(yùn)用較為成熟且在城市交通網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較多的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法來(lái)定量分析無(wú)標(biāo)度的樹(shù)狀城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

一、城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)是在城鄉(xiāng)一體化基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，具體是指將城市公交與農(nóng)村客運(yùn)整合成一體，從而形成一個(gè)連接城鄉(xiāng)、布局合理、經(jīng)營(yíng)規(guī)范、安全便捷、服務(wù)優(yōu)質(zhì)、方便群眾出行的客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)是建立在由一個(gè)點(diǎn)集(村、屯、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、縣、中心城市)和線集(道路、橋梁)組成的大型復(fù)雜城市道路網(wǎng)和公路網(wǎng)上的。為了實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)運(yùn)輸一體化，將農(nóng)村客運(yùn)線路和干支線有序銜接，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

本文研究的城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)最典型的特點(diǎn)是由一個(gè)中心發(fā)散出來(lái)的多支點(diǎn)的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)。而拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的頂點(diǎn)和邊是構(gòu)成圖的二大要素，村莊和道路是圖的要素，以V表示村點(diǎn)的集合，以E表示網(wǎng)絡(luò)頂點(diǎn)間(V i，Vj)的集合，則G=(V，E)為圖的表示，城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)是由不同層次的邊和不同重要程度的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的。按網(wǎng)絡(luò)空間聚集程度來(lái)分，我國(guó)目前的城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)一般可以分為內(nèi)外兩層網(wǎng)絡(luò)即內(nèi)層網(wǎng)絡(luò)和外層網(wǎng)絡(luò)。具體來(lái)說(shuō)，內(nèi)層網(wǎng)絡(luò)是指城市公交車(chē)運(yùn)營(yíng)范圍內(nèi)線路組的集合，而外層網(wǎng)絡(luò)則是指城市以外由農(nóng)村客運(yùn)短途班線(市縣班線、縣鎮(zhèn)班線、鎮(zhèn)村班線)組成的線路的集合，相互有機(jī)銜接的兩層網(wǎng)絡(luò)組成了城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。

二、城鄉(xiāng)客運(yùn)客流的特征

城鄉(xiāng)客運(yùn)中的客流一般包括了兩部分，一部分是常處于城市內(nèi)部和城市周?chē)嫉某鲂姓?，這部分客流主要是以短距離通勤為主;另一部分是從鄉(xiāng)村到城市或城市到農(nóng)村的客流，由于這部分客流的特征呈現(xiàn)了許多復(fù)雜性的特點(diǎn)，因而城鄉(xiāng)客運(yùn)客流有以下特征。

(一)客流隨機(jī)性

客流的隨機(jī)性是由城鄉(xiāng)客運(yùn)客流中的農(nóng)村客源部分造成的。農(nóng)村客流的隨機(jī)性決定了城鄉(xiāng)客流的隨機(jī)性。由于廣大農(nóng)村出行者不同于城市中居民出行在一天的時(shí)間上有一定的規(guī)律性，他們?cè)诔鲂袝r(shí)間安排上有一定的自由性，從而農(nóng)村客流在時(shí)間上具有不確定性，進(jìn)而造成了城鄉(xiāng)客流在時(shí)間上的隨機(jī)性。

(二)客流潮汐性

客流的潮汐性是最能充分體現(xiàn)城鄉(xiāng)客運(yùn)一體化的特征之一。由于城鄉(xiāng)客運(yùn)的一體化給城市周邊的農(nóng)民進(jìn)城務(wù)工帶來(lái)了便利，這部分進(jìn)出城客流在早、晚上下班高峰期內(nèi)造成了一天周期性的潮汐性。具體表現(xiàn)為:早高峰是以進(jìn)城方向客流為主，晚高峰則是以出城方向的客流為主。

(三)客流分散性

客流的分散性是由于農(nóng)村客流部分所具有的。由于鄉(xiāng)村村落零星散落在各個(gè)地區(qū)，客流從而具有分散性。這種客流的分散性在我國(guó)欠發(fā)達(dá)的中、西部偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)顯得更加突出。

(四)客流差異性

客流的差異性是由于城鄉(xiāng)客運(yùn)一體化本身所具有的，具體表現(xiàn)為城市及近郊地區(qū)的客流集中程度高，而農(nóng)村地區(qū)的客流集中程度低。城鄉(xiāng)客運(yùn)中兩層網(wǎng)絡(luò)的客源的特性不同造就這一差異性。由于城市及近郊地區(qū)其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快、人口高度集中，客流集中程度就相對(duì)高。而在偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，由于其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，農(nóng)村人口居住相對(duì)分散，客流集中程度就低。

三、城鄉(xiāng)客運(yùn)一體化面臨的問(wèn)題

在我國(guó)大力建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的背景下，各個(gè)地方都提出了適合自已的城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展模式，但是在城鄉(xiāng)客運(yùn)一體化網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過(guò)程中遇到了一些實(shí)際困難，主要有以下幾方面的問(wèn)題。

道路基礎(chǔ)設(shè)施方面，外層的農(nóng)村客運(yùn)道路網(wǎng)的覆蓋率較低，網(wǎng)絡(luò)外圍末梢的鄉(xiāng)村道路等級(jí)過(guò)低，線型條件也不符合規(guī)范，行車(chē)條件較差。尤其在我國(guó)某些偏遠(yuǎn)的中西部地區(qū)，這種情況更加普遍，甚至有相當(dāng)比例的農(nóng)村道路還處于等外公路等級(jí)，不符合發(fā)展城鄉(xiāng)客運(yùn)的條件。

運(yùn)營(yíng)調(diào)度方面，城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的兩層子網(wǎng)絡(luò)一體化集約化程度較低，即內(nèi)層網(wǎng)絡(luò)與外層網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)力供給上沒(méi)有達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)，內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)力不匹配，從而造成了運(yùn)力資源的浪費(fèi)。在我國(guó)某些落后的地區(qū)，由于運(yùn)營(yíng)管理水平有限，在春運(yùn)前后農(nóng)村客流的高峰期內(nèi)，常常會(huì)有“乘車(chē)難”、“乘客出行需提前預(yù)約”等現(xiàn)象出現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙了城鄉(xiāng)客運(yùn)一體化的發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，我國(guó)許多地區(qū)的城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)已具雛形，但在許多方面不成熟。由于外層農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)連接度不夠，從而使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通達(dá)性不好，這樣就增加了換乘的出行機(jī)率，給出行帶來(lái)了諸多不便。

四、無(wú)標(biāo)度樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)

(一)概念及特征

無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)是在小世界網(wǎng)絡(luò)研究興起后，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方面。無(wú)標(biāo)度樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)的度分布符合冪率分布，由于缺乏一個(gè)描述問(wèn)題的特征尺而被稱為無(wú)標(biāo)度樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)。增長(zhǎng)性和偏好依附性是其常見(jiàn)的兩個(gè)特征。無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)具有小世界的網(wǎng)絡(luò)特征、聚類性和網(wǎng)絡(luò)彈性。

(二)網(wǎng)絡(luò)模型及復(fù)雜性指標(biāo)

本次采用Barabasi和Albert(1999)提出的一個(gè)無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)演化模型(即BA模型)。此網(wǎng)絡(luò)是基于一般網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。BA模型無(wú)標(biāo)度結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)重要的自組織特性:增長(zhǎng)與優(yōu)先連接。BA無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)造算法如下:

1．增長(zhǎng)性。從一個(gè)具有m0節(jié)點(diǎn)的初始網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始，每次引入一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)并且連接到m個(gè)已存在的節(jié)點(diǎn)上，其中 m≤m0。

2．擇優(yōu)連接性。新節(jié)點(diǎn)與已經(jīng)存在于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)i的連接概率Πi與節(jié)點(diǎn)i的度ki滿足以下關(guān)系:經(jīng)過(guò)t步之后，便可得到一個(gè)具有N=t+m0個(gè)節(jié)點(diǎn)和mt條邊的無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。

五、實(shí)例分析

內(nèi)江市位于四川省南部，地處沱江之濱，是一個(gè)典型的丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)市。它的總面積5386平方公里，現(xiàn)轄2個(gè)區(qū)(市中區(qū)、東興區(qū))，3個(gè)縣(威遠(yuǎn)縣、資中縣、隆昌縣)和2070個(gè)行政村。農(nóng)村人口380萬(wàn)，占總?cè)丝诒戎?0．23%，耕地面積有16萬(wàn)公頃，人均占有耕地0．0385公頃。本文以四川省內(nèi)江市農(nóng)村客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)為例，分析其網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。由于城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，本次選取的市(區(qū))、縣、鎮(zhèn)均為有良好成形路網(wǎng)相互連接的重要節(jié)點(diǎn)。本文將農(nóng)村客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)間連接類型分為市—區(qū)、市—縣、市—鎮(zhèn)、縣—鎮(zhèn)四種不同類型，具體的網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示:

圖1 內(nèi)江市農(nóng)村客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)圖

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件并結(jié)合無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行分析，得到內(nèi)江市農(nóng)村客運(yùn)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)擇優(yōu)連接性(從略)。

針對(duì)各指標(biāo)的結(jié)果，可以采取以下幾個(gè)方面的管理措施來(lái)加強(qiáng)內(nèi)江地區(qū)的城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的客流運(yùn)輸功能。

一是適當(dāng)增加內(nèi)江市至周邊幾個(gè)轄區(qū)線路的公交線路數(shù)，在一些客流集中的區(qū)域新開(kāi)通一些公交線路，緩減客流高峰期運(yùn)力不足的壓力。如增加公交線路的運(yùn)力和班次，從而加強(qiáng)內(nèi)江市區(qū)到所屬的市中區(qū)、東興區(qū)等區(qū)的聯(lián)系，方便市區(qū)內(nèi)居民的出行。

二是在部分市縣、區(qū)縣一級(jí)客流量較大班線上適當(dāng)延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間，增加發(fā)班頻率，縮短發(fā)車(chē)時(shí)間的間隔。如增加資中縣、隆昌縣、威遠(yuǎn)縣等縣級(jí)城市之間客運(yùn)班車(chē)的發(fā)班頻率，縮短發(fā)車(chē)時(shí)間間隔。此外，市區(qū)與縣之間班車(chē)的發(fā)車(chē)頻率也可以適當(dāng)增加，進(jìn)而加強(qiáng)區(qū)與縣之間的聯(lián)系。

三是可以將縣城內(nèi)部公交線與縣鎮(zhèn)班線客運(yùn)車(chē)輛實(shí)行統(tǒng)一優(yōu)化整合，集中管理和調(diào)配，線路、站點(diǎn)、調(diào)度室、停車(chē)場(chǎng)、加汽(油)站等資源實(shí)現(xiàn)共享，充分發(fā)揮城鄉(xiāng)一體化的政策優(yōu)勢(shì)。如資中縣、威遠(yuǎn)縣、隆昌縣等縣城可以充分發(fā)揮縣城城鄉(xiāng)一體化資源整合優(yōu)勢(shì)，使得客運(yùn)資源的供求平衡，達(dá)到資源的效益最大化。

四是在城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)外圍末梢的鎮(zhèn)—鄉(xiāng)級(jí)層面上，可以大力發(fā)展適合各個(gè)地區(qū)的多樣化小運(yùn)力接駁小型客車(chē)，發(fā)車(chē)時(shí)間間隔可以是彈性的，以更好地適應(yīng)鄉(xiāng)村客流的需求。還可以在不同高峰時(shí)段內(nèi)采取不同的應(yīng)對(duì)運(yùn)力配置策略，如在春運(yùn)等節(jié)假日高峰內(nèi)增開(kāi)需求響應(yīng)式的大運(yùn)量的客車(chē)，以滿足客流的需求。

六、結(jié)束語(yǔ)

城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)形式呈現(xiàn)多樣化，它受地域地形條件、人口規(guī)模、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)狀況等多方面因素的影響。本文從基本的無(wú)標(biāo)度的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)出發(fā)，運(yùn)用城市交通系統(tǒng)中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性進(jìn)行了初步分析。這種分析對(duì)現(xiàn)實(shí)中的城鄉(xiāng)客運(yùn)一體化的發(fā)展是十分必要的。然而，城鄉(xiāng)客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，本文僅從網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)上來(lái)探究了無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，沒(méi)有考慮到許多實(shí)際的運(yùn)營(yíng)與管理方面的因素。發(fā)展城鄉(xiāng)客運(yùn)一體化網(wǎng)絡(luò)一定要從農(nóng)村道路基礎(chǔ)設(shè)施、城鄉(xiāng)客流特征、運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理等多方面綜合考慮，這樣才能更全面地把握城鄉(xiāng)客運(yùn)發(fā)展中存在的問(wèn)題。

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Abstract:Built on the urban road and rural road network，the urban and rural passenger transportation network is a special network subclass with transport network．It has the common characteristics of transportation network．Meanwhile it also has many characteristics which other traffic network have not．Firstly，from the aspect of characteristics of urban and rural passenger network，its complexity is analyzed．Secondly，based on the scale-free network，the complexity of the urban and rural passenger network is analyzed．Finally an example is set to illustrate the complexity of urban and rural passenger transportation network and a series of management countermeasures are proposed．

Key words:passenger network;transportation;urban and rural passenger transport;scale-free network;complexity

Complexity Research of Urban and Rural Passenger Transportation Network Based on the Scale－free Network

LI Bo1，CHEN Jin-shan2
(1．School of Traffic and Transport，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;2．School of Traffic，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350002，China)

U12

A

1674－0297(2012)01－0025－03

2011－11－21

李 波(1985－)，男，四川內(nèi)江市人，重慶交通大學(xué)碩士研究生，主要從事交通規(guī)劃與城市交通研究。

(責(zé)任編輯:張 璠)