物流視角下福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性分析

潘靜靜 蔡繼堯

摘?要：交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)是物流活動(dòng)的基礎(chǔ)設(shè)施載體，對(duì)物流效率有重要影響。本文選取福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，搜集福建省公路、鐵路和水路數(shù)據(jù)，構(gòu)建了福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，進(jìn)行福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性分析，并借助GIS軟件進(jìn)行可視化。結(jié)果表明：福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的典型特征，部分地市的經(jīng)濟(jì)、物流發(fā)展情況與其在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的地位不相匹配，并據(jù)此提出福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：物流工程;交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò);復(fù)雜網(wǎng)絡(luò);拓?fù)涮卣?/p>

引言：福建省位于我國(guó)東南部的沿海地帶，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和戰(zhàn)略部署上都有著重要的地位。隨著福建“21世紀(jì)海上絲綢之路”核心區(qū)物流樞紐建設(shè)，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)作為物流活動(dòng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施載體，對(duì)物流效率有重要的影響。對(duì)福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性進(jìn)行分析，研究交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)制，有助于提出改善福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案，從而促進(jìn)物流運(yùn)輸效率提升，進(jìn)而推動(dòng)福建省核心區(qū)物流樞紐建設(shè)發(fā)展。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是分析交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的主流方法。高自友等探討了交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，并以北京市公交網(wǎng)絡(luò)為例，給出結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對(duì)公交網(wǎng)絡(luò)中的樞紐站點(diǎn)進(jìn)行選址的建議。胡一竑基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，結(jié)合管理科學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真、交通流分配模型等技術(shù)對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性進(jìn)行分析。莫輝輝等通過(guò)分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在航空、軌道交通、城市交通中的應(yīng)用，指出交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)由需求網(wǎng)絡(luò)、組織網(wǎng)絡(luò)、徑路網(wǎng)絡(luò)和設(shè)施網(wǎng)絡(luò)四種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，具有網(wǎng)絡(luò)化復(fù)合結(jié)構(gòu)。李進(jìn)認(rèn)為應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究交通網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，提出不僅要研究網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦?，還要探索交通網(wǎng)絡(luò)的空間特性及其優(yōu)化，從而提高交通網(wǎng)絡(luò)的抗災(zāi)變與抗攻擊能力。付佳和林建濱基于高速公路規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而對(duì)福建省高速公路網(wǎng)的布局優(yōu)化進(jìn)行了研究，劉成則對(duì)福建鐵路網(wǎng)絡(luò)布局進(jìn)行分析，并結(jié)合城市體系空間結(jié)構(gòu)，提出福建省鐵路網(wǎng)絡(luò)調(diào)整策略。余增濤分析了福建省67個(gè)縣域構(gòu)成的交通網(wǎng)絡(luò)密度、交通鄰近度、可達(dá)性指標(biāo)，得出福建省交通優(yōu)勢(shì)度?？梢?，關(guān)于福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的研究有待完善。本文以福建省為例，選取了度與度分布、介數(shù)、平均路徑長(zhǎng)度和聚類系數(shù)四個(gè)指標(biāo)，分析了交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

一、復(fù)雜性指標(biāo)選取

（1）度值。度是描述單個(gè)節(jié)點(diǎn)屬性最簡(jiǎn)單也是最重要的概念之一。在無(wú)向網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)i的度ki定義為與節(jié)點(diǎn)直接連接的邊的數(shù)目。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)度值越大，就代表著與該節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，該節(jié)點(diǎn)在其網(wǎng)絡(luò)中的重要程度也就越高。

（1）

其中，A為鄰接矩陣，其元素aij表示，若兩個(gè)相鄰的縣域i和j之間至少有一條運(yùn)輸線路經(jīng)過(guò)時(shí)aij=1，否則為0。

（2）介數(shù)。介數(shù)是指經(jīng)過(guò)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑的數(shù)目，節(jié)點(diǎn)i的介數(shù)定義為：

（2）

其中，為從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的最短路徑數(shù)目，為從節(jié)點(diǎn)s到節(jié)點(diǎn)t的條最短路徑中經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)i的最短路徑數(shù)目。節(jié)點(diǎn)的介數(shù)越大，意味著節(jié)點(diǎn)在連通整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所起到的重要性越大。

（3）平均路徑長(zhǎng)度。網(wǎng)絡(luò)中連接節(jié)點(diǎn)i與j的邊數(shù)最少的路徑稱為最短路徑，而平均路徑長(zhǎng)度定義是任意兩點(diǎn)間路徑長(zhǎng)度的平均值，即：

（3）

其中，N表示為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，表示為連接節(jié)點(diǎn)i和j的最短路徑上的邊的數(shù)目。交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，平均路徑長(zhǎng)度可以反映出交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的效率以及交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的連通性。

（4）聚類系數(shù)。節(jié)點(diǎn)i的聚類系數(shù)定義為節(jié)點(diǎn)i的ki個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間實(shí)際存在的鄰居對(duì)數(shù)目和總的可能存在的鄰居對(duì)數(shù)目之比，即：

（4）

其中，Ei表示為i節(jié)點(diǎn)i的ki個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間實(shí)際存在的邊數(shù)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)則為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)的平均值。聚類系數(shù)有助于分析節(jié)點(diǎn)之間連通的強(qiáng)度，通常用于判斷運(yùn)輸效率高低。

二、福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性分析

1.數(shù)據(jù)收集及處理

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于《福建省統(tǒng)計(jì)年鑒2018》、《福建省中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2017年）》、《福建省普通國(guó)省干線公路網(wǎng)布局規(guī)劃（2012-2030年）》和《福建省“十三五”綜合交通運(yùn)輸發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》。將福建省行政區(qū)規(guī)劃的68個(gè)縣域作為節(jié)點(diǎn)，公路、鐵路和水路的路網(wǎng)作為邊，構(gòu)建出福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。

2.復(fù)雜性分析結(jié)果

借助Matlab軟件計(jì)算選取的四個(gè)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性指標(biāo)，通過(guò)GIS軟件進(jìn)行可視化，結(jié)果如下圖所示。

圖?福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

（1）度值計(jì)算結(jié)果如圖（a）所示。福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)圖中度值前三的縣域?yàn)殚}清、古田何永泰，其中閩清與古田在地理位置相似，因?yàn)榕R近福州港，閩清連接著福州與福建省西部?jī)?nèi)陸地區(qū)，而古田則連接著福州與福建省北部地區(qū)以及鄰省的交通運(yùn)輸路線，因此兩地度值較高。永泰連接著福建省沿海地區(qū)的南北地區(qū)，因此度值也相對(duì)較高。而福建省南部有著泉州港、廈門港以及莆田港，交通運(yùn)輸線路較為的分散，度值分布相對(duì)分散。除沿海城市以外，福建省大多數(shù)內(nèi)陸縣域的度值都比較低，福建省作為沿海省份，度值的分布基本符合福建省的特性由內(nèi)陸至沿海逐漸變高，多數(shù)度值高的縣域分布于福建省的主要港口城市附近以及連接港口城市具有紐帶作用的縣域。

（2）介數(shù)值計(jì)算結(jié)果如圖（b）所示。福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中介數(shù)靠前的縣域是閩清、古田和沙縣。介數(shù)值越大，也就說(shuō)明了經(jīng)過(guò)該縣域的最短路徑越多，反映了該縣域的重要性。從地理位置上看，閩清和古田起到連接福州與其他縣域的作用，而沙縣位于福建省內(nèi)陸，作為運(yùn)輸紐帶連接著內(nèi)陸與沿海縣域的運(yùn)輸路線。介數(shù)排名前三的縣域輻射了福建省大部分地區(qū)。而福建省南部介數(shù)值較高的節(jié)點(diǎn)縣域主要分布在泉州、廈門和龍巖附近，主要連接福建省南部?jī)?nèi)陸與沿?？h域之間的交通運(yùn)輸線路。內(nèi)陸與鄰省接壤的城市或一些沿海港口城市作為交通運(yùn)輸?shù)钠瘘c(diǎn)或者終點(diǎn)，這些縣域的介數(shù)都相對(duì)較低。

（3）平均路徑長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果如圖（c）所示。節(jié)點(diǎn)平均路徑小表示該節(jié)點(diǎn)在運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的連通性好，但不可避免地需要考慮到實(shí)際地理位置的因素。從圖（c）中可以看出福建省各縣域的平均路徑長(zhǎng)度由外向內(nèi)逐漸減小，分布規(guī)律明顯，基本符合實(shí)際地理位置上位于中央位置節(jié)點(diǎn)平均路徑較小的分布規(guī)律。通過(guò)Matlab軟件計(jì)算，福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度為3.819，說(shuō)明福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的平均路徑較短，反映了福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的連通性較好。

（4）聚類系數(shù)計(jì)算結(jié)果如圖（d）所示。當(dāng)聚類系數(shù)為1時(shí)，意味著網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)相互連接。在福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，大部分的節(jié)點(diǎn)縣域聚類系數(shù)的值都在中等水平，意味著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較松散，各縣之間的交通運(yùn)輸連通強(qiáng)度一般。經(jīng)過(guò)Gephi軟件的計(jì)算可以得到福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)為0.438，結(jié)合其平均路徑長(zhǎng)度，可見，福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)具有典型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征。

三、政策建議

為了給出促進(jìn)物流運(yùn)輸效率提升的福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議，對(duì)福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)與物流發(fā)展的協(xié)同性進(jìn)行分析。首先，使用離差法對(duì)福建省所有縣域的四個(gè)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

（5）

其中，表示第i個(gè)縣域在第j個(gè)復(fù)雜性指標(biāo)上的計(jì)算結(jié)果，表示所有縣域在第j個(gè)復(fù)雜性指標(biāo)上的取值，表示第i個(gè)縣域在第j個(gè)復(fù)雜性指標(biāo)上計(jì)算結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化值。將在四個(gè)復(fù)雜性指標(biāo)上的平均值，作為縣域的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征綜合值，并根據(jù)各縣域在其所屬地級(jí)市中的地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）比重進(jìn)行加權(quán)求和，得到福建省9個(gè)地市的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征綜合值。

其次，將各地市交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征綜合值與福建省地區(qū)生產(chǎn)總值、貨運(yùn)量進(jìn)行比對(duì)分析，結(jié)果如下表所示。

表?福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)與物流發(fā)展的協(xié)同性分析

從表1中可以看出：（1）福建省9個(gè)地市的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征綜合值排名前三的分別為廈門、福州與泉州，與福建省的GDP、貨運(yùn)量排名前三的地市一致，說(shuō)明在福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，廈門、福州與泉州處于核心地位，且在福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的地位與經(jīng)濟(jì)、物流發(fā)展情況相匹配。（2）龍巖、莆田和三明在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征綜合值上差距不大，但是，相較于三明和龍巖，莆田的GDP和貨運(yùn)量都不及三明和龍巖，貨運(yùn)量?jī)H約為龍巖和三明的一半，這說(shuō)明了莆田在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的地位與經(jīng)濟(jì)、物流發(fā)展情況不相匹配，有較大的提升空間。莆田是福州與廈門、泉州之間的運(yùn)輸紐帶，合理規(guī)劃莆田的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)將有助于福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)連通性和物流運(yùn)輸效率的提高。（3）漳州和南平的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征綜合值偏低，在整個(gè)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的地位相對(duì)靠后。然而，漳州是連接福建與廣東的重要紐帶，存在較大貨運(yùn)量上需求，其在交通運(yùn)輸網(wǎng)路中的地位卻與之不相匹配，反映出漳州的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍需要完善，也將有助于福建省物流運(yùn)輸效率的提高。（4）寧德在福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的地位處于中間位置，但其GDP、貨運(yùn)量上都排在靠后位置，說(shuō)明寧德在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)勢(shì)沒有完全得以發(fā)揮，交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的利用還不夠完善。

根據(jù)上述分析提出以下建議：（1）繼續(xù)優(yōu)化福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的四個(gè)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果來(lái)看，福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)效率偏低，原因是福建省內(nèi)各縣域之間仍有許多相鄰的節(jié)點(diǎn)沒有存在相連的邊，即沒有直達(dá)的交通運(yùn)輸線路。例如從仙游到南安，尤溪到大田，永安到清流等，這些縣域盡管相鄰，但是需要經(jīng)過(guò)其他縣域才能抵達(dá)，這將會(huì)大大降低物流運(yùn)輸效率。因此，適當(dāng)增加相鄰縣域之間的運(yùn)輸線路，將增加整個(gè)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的密度，縮短交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的平均最短路徑。（2）合理完善莆田和漳州的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，暢通福州與廈泉之間、福建與廣東之間的物流通道。（3）充分發(fā)揮寧德在交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢(shì)，通過(guò)政策引導(dǎo)，促進(jìn)福建省與浙江省物流往來(lái)，使其經(jīng)濟(jì)、物流發(fā)展情況與其在福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的地位相匹配。（4）大力發(fā)展福建省鐵路網(wǎng)建設(shè)。相比于福建省公路網(wǎng)，福建省的鐵路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且輻射范圍較小，不僅大大降低了海鐵聯(lián)運(yùn)的可能性，并且影響了福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)整體連通性，大力建設(shè)福建省鐵路網(wǎng)，將有助于完善福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升福建省物運(yùn)輸效率。

四、小結(jié)

本文以福建省行政區(qū)規(guī)劃的68個(gè)縣域?yàn)楣?jié)點(diǎn)，公路、鐵路和水路的路網(wǎng)為邊，構(gòu)建了福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，并借助復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性進(jìn)行分析，并與福建省經(jīng)濟(jì)、物流發(fā)展情況進(jìn)行比對(duì)。研究發(fā)現(xiàn)，福建省交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)具有典型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征，各地市的交通運(yùn)輸發(fā)展存在不平衡，部分地市節(jié)點(diǎn)與其在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的地位不相匹配;福建省主要交通運(yùn)輸以公路運(yùn)輸為主，鐵路運(yùn)輸有待進(jìn)一步加強(qiáng)。盡管較為全面地掌握了福建省的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性情況，但是研究仍存在不足之處，構(gòu)建交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的邊僅考慮是否有運(yùn)輸線路通過(guò)，復(fù)雜性指標(biāo)的選取未考慮到縣域的空間分布特征，在今后的研究中有待完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]高自友，吳建軍，毛保華，黃海軍.交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性及其相關(guān)問題的研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2005，（02）：79-84.

[2]胡一竑.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性研究[D].復(fù)旦大學(xué)，2008.

[3]莫輝輝，王姣娥，金鳳君.交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性研究[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2008，（06）：112-120.

[4]李進(jìn).交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性及其優(yōu)化研究[D].天津大學(xué)，2009.

[5]付佳.福建省高速公路網(wǎng)布局優(yōu)化研究[D].福建師范大學(xué)，2010.

[6]林建濱.福建省高速公路網(wǎng)規(guī)劃布局研究[D].廈門大學(xué)，2018.

[7]劉成.福建鐵路網(wǎng)絡(luò)布局及對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)的響應(yīng)[D].福建師范大學(xué)，2013.

[8]余增濤.福建省交通優(yōu)勢(shì)度與經(jīng)濟(jì)水平協(xié)調(diào)發(fā)展研究[D].福建師范大學(xué)，2017.

[9]汪小帆，陳關(guān)榮，李翔.網(wǎng)絡(luò)科學(xué)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，2012.

[10]Freeman?L?C.A?Set?of?Measures?of?Centrality?Based?on?Betweenness[J].Sociometry，1977，40（1）：35-41.

作者簡(jiǎn)介：潘靜靜（1984-?），女，福建仙游人，講師，主要研究方向：物流與供應(yīng)鏈管理