四川省高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視化圖形分析①

李康+++湯伶俐

摘 要：基于四川省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和高速公路建設(shè)取得的成績(jī)，運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和Gephi復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視化軟件生成四川省高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視化圖形，分析該復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的主要特性及存在的主要問(wèn)題，探索交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜運(yùn)行規(guī)律和機(jī)理，為政府相關(guān)職能部門的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及科學(xué)管理提供新的視角和決策依據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：高速公路 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) 四川省 Gephi

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（b）-0021-03

1 四川省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及交通建設(shè)現(xiàn)狀

在緩慢復(fù)蘇的世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，中國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速轉(zhuǎn)向中高速增長(zhǎng)的“新常態(tài)”。四川省委省政府在新的國(guó)際國(guó)內(nèi)政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，認(rèn)真貫徹執(zhí)行黨中央、國(guó)務(wù)院的決策部署，正確把握發(fā)展大局，2014年全省實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值2.85萬(wàn)億元（增長(zhǎng)8.5%）；城鎮(zhèn)居民人均可支配收入增長(zhǎng)9%①（參見圖1）。

在交通方面，四川省2014年公路、鐵路、航空和水路等主要運(yùn)輸方式完成貨物周轉(zhuǎn)量2474.4億噸公里；完成旅客周轉(zhuǎn)量1584.0億人公里；高速公路通車?yán)锍?510公里③（參見圖2）。

基于四川省交通建設(shè)高速發(fā)展，高速公路通車?yán)锍滩粩嘣鲩L(zhǎng)并形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，該文運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視化圖形分析工具—GEPHI，對(duì)形成的高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其性狀進(jìn)行深入分析，為規(guī)劃、管理、建設(shè)等部門領(lǐng)導(dǎo)提供科學(xué)管理和決策的參考。

2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視化圖形分析工具—GEPHI

Gephi是一款由多國(guó)工程師和科學(xué)家聯(lián)合研發(fā)、基于JVM的跨平臺(tái)開源免費(fèi)軟件，主要用于分析各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。

Gephi被用于對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和分層圖的交互可視化研究，如：關(guān)聯(lián)分析、數(shù)據(jù)分析、社交網(wǎng)絡(luò)、生物網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析。除通過(guò)輸入數(shù)據(jù)生成可視化圖形外，還能自動(dòng)計(jì)算并生成網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)分析圖，該功能對(duì)于“大數(shù)據(jù)”時(shí)代下海量數(shù)據(jù)的復(fù)雜關(guān)系分析顯得尤為重要。

3 基于Gephi的四川高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視化圖形分析

3.1 四川省高速公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

具體見表1。

3.2 基于Gephi的四川省高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)生成圖

從圖3中可以看出，四川省高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)共有節(jié)點(diǎn)476個(gè)，邊588條。形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)內(nèi)射洪縣、南部縣、遂寧市、南充市、宜賓市和中江縣等市縣的節(jié)點(diǎn)度較大，聯(lián)接的高速公路較多，交通相對(duì)暢通。省內(nèi)連接成都市的高速公路都是通過(guò)成都繞城高速經(jīng)三環(huán)路達(dá)到市中心，因而成都市的省道連接數(shù)在圖中不高，而成都繞城節(jié)點(diǎn)度最高。

3.3 四川省高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視化圖形特性分析

應(yīng)用Gephi可視化圖形軟件，不但能夠得到省內(nèi)高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可視化圖形，而且能夠?qū)ι删W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦宰詣?dòng)分析并評(píng)估網(wǎng)絡(luò)特性。這是選取Gephi作為分析工具的主要原因。

從圖4中可以看出，四川省高速公路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)度值最大為10，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中超過(guò)75%的節(jié)點(diǎn)度大于等于2，這些站點(diǎn)可達(dá)性水平較高，承擔(dān)著全省大量的交通量。同時(shí)表明，近年來(lái)四川省高速公路密集建設(shè)，對(duì)四川省交通運(yùn)輸水平提升成果明顯。

從圖5中可以看出，四川省高速公路加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度距離是12.53。表明四川省地域廣闊，尤其是山區(qū)高速公路使得局部區(qū)域的高速公路成為該地區(qū)唯一通達(dá)途徑。

從圖6中可以看出，接近中心性較好的站點(diǎn)多位于成都及其附件的網(wǎng)絡(luò)中心位置。這些節(jié)點(diǎn)連接道路數(shù)量相對(duì)較多，可達(dá)性較好，在網(wǎng)絡(luò)中交通流傳播速度快，影響范圍大，路段的抗毀性較高，因而會(huì)在局部區(qū)域提高公眾出行便利性和貨物運(yùn)輸效率。但是，當(dāng)出現(xiàn)擁擠或交通事故時(shí)，為減少其對(duì)整體路網(wǎng)的影響程度，可根據(jù)各站點(diǎn)接近中心性指標(biāo)快速確定事故影響范圍，以便短時(shí)間內(nèi)采取措施恢復(fù)交通。

從圖7中可以看到，四川省高速公路網(wǎng)絡(luò)的模塊化程度較高，同一模塊化區(qū)域內(nèi)部連通性較好。

4 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析的四川省高速公路開發(fā)建設(shè)的對(duì)策建議

綜上所述，四川省高速公路網(wǎng)絡(luò)主要集中在成都、宜賓、遂寧、廣元、射洪、南部等市縣，南北走向與東西走向發(fā)展不平衡，重要收費(fèi)站相對(duì)集中在成都市中心城區(qū)，在未來(lái)的高速公路建設(shè)中應(yīng)減少與此類中心性指標(biāo)較高節(jié)點(diǎn)的直接連接，防止車流量進(jìn)一步增高，保證核心區(qū)域收費(fèi)站安全暢通。為提高網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)輸效率和連通性，建議避開與重要型節(jié)點(diǎn)直連，采用與周邊鄰近節(jié)點(diǎn)連接，必要時(shí)可考慮設(shè)置環(huán)線，以減少交通壓力，有效提高車流通過(guò)速度。

5 結(jié)語(yǔ)

從文中可以看到，應(yīng)用Gephi來(lái)分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)不僅可以生成表征節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系的可視化圖形，而且能計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，因而其應(yīng)用前景廣大。

參考文獻(xiàn)

[1] 2015年四川省人民政府工作報(bào)告[EB/OL].http：//www.sc.gov.cn/10462/10464/10797/2015/2/5/10326259.shtml

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[3] 高自友，吳建軍，毛保華，等.交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性及其相關(guān)問(wèn)題的研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2005，5（2）：79-84.

[4] 肖平.廣東省高速公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性分析[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

注釋

① 數(shù)據(jù)來(lái)源：2015年四川省人民政府工作報(bào)告.

② 數(shù)據(jù)來(lái)源：四川省統(tǒng)計(jì)年鑒-2014年.

③ 數(shù)據(jù)來(lái)源：四川省人民政府網(wǎng)站.

④ 數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)高速網(wǎng).

⑤ 數(shù)據(jù)來(lái)源：四川路網(wǎng)（http：//www.scjtcx.cn/apps/scroad.jsp）及百度（http：//www.baidu.com）.