復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下上海市加油站布局特征研究

施佳怡 郭進(jìn)利

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)與汽車工業(yè)的發(fā)展，加油站成為重要的配套基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)其布局合理性可有效改善城市交通系統(tǒng)。從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角將上海市180個中石油加油站作為節(jié)點(diǎn)，形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并應(yīng)用商業(yè)數(shù)據(jù)平臺（BDP）可視化數(shù)據(jù)分析工具獲得布局圖，研究其布局特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同服務(wù)半徑下的加油站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D均具有小世界網(wǎng)絡(luò)特征，高度值的加油站點(diǎn)聚集在市區(qū)，不同區(qū)域的加油站分布存在差異性。因此未來布局規(guī)劃可重點(diǎn)考慮郊區(qū)，圍繞重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理布局。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò);布局特征;可視化;加油站

DOI：10. 11907/rjdk. 182837 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2019）009-0146-04

Research on the Layout Characteristics of Shanghai Gas Stations

from the Perspective of Complex Networks

——Take China National Petroleum Corporation as an Example

SHI Jia-yi，GUO Jin-li

（School of Management，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract： With the development of the economy and the automobile industry， the gas station as an important infrastructure to strengthen the rationality of its layout plays a decisive role in improving the city's transportation system. From the perspective of complex network， this paper takes 180 China National Petroleum Corporation gas stations as nodes to form a network topology map， and uses BDP （commercial data platform） visual data analysis tool to obtain the layout map， and then studies its layout characteristics. The results show that the network topology map of the gas Stations under different service radius has the characteristics of small world network and the gas stations with height values are concentrated in the urban area. There are differences in the distribution of gas stations in different areas. Future layout planning can focus on the status of the suburbs and rational layout should be made around important nodes.

Key Words： complex network; layout characteristics; visualization; gas station

0 引言

加油站作為城市交通必不可少的配套設(shè)施，其布局合理性、規(guī)范性對城市交通體系具有舉足輕重的作用。本文從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角分析中石油在上海市的布局特征，借助商業(yè)數(shù)據(jù)平臺（BDP）可視化數(shù)據(jù)分析工具探討其布局規(guī)劃不合理之處，并提出進(jìn)一步改善建議，使加油站布局更好地適應(yīng)上海市未來車輛與經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，為市民提供生活便利，同時緩解上海市交通壓力。

1 相關(guān)研究綜述

1.1 加油站選址

于林[1]對影響加油站選址的因素進(jìn)行定性分析，得出確定加油站位置時主要考慮因素;馬義飛、高榮[2]選取某路段加油站構(gòu)建布局模型，并用案例驗(yàn)證模型實(shí)用性;陳紅[3]利用輻射選址法，根據(jù)加油站保本銷量對加油站進(jìn)行選址研究;楊德峰[4]依照財務(wù)指標(biāo)定量分析加油站選址，將評價模型得到的結(jié)果作為評價指標(biāo)運(yùn)用于運(yùn)營業(yè)績分析;孫寶鳳等[5]采用蒙特卡洛模擬方法，協(xié)調(diào)覆蓋區(qū)域內(nèi)加油需求與服務(wù)能力之間的平衡關(guān)系。

1.2 加油站空間布局

崔靜[6]通過構(gòu)建分配模型，確定加油站規(guī)模與用戶耗費(fèi)的關(guān)系;馬小毅等[7]依據(jù)加油站供油能力及空間布局，構(gòu)建了空間布局評價方法;朱春節(jié)[8]基于差異化原則、集約原則等布局原則，提出加油站布局方法;王成龍[9]利用集合覆蓋模型優(yōu)化站點(diǎn)分布，提高加油站網(wǎng)絡(luò)整體功能。

目前國內(nèi)關(guān)于加油站選址布局的研究主要基于規(guī)劃布局原則及影響選址的因素，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角對加油站網(wǎng)絡(luò)布局特征進(jìn)行的研究較為少見。

2 加油站復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2.1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

本文數(shù)據(jù)主要由2018年高德數(shù)據(jù)供應(yīng)商提供的上海市15個區(qū)和1個縣的180個中石油加油站點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)組成。基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，以中石油加油站點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，根據(jù)不同半徑確定每個站點(diǎn)包含的范圍，若包含區(qū)域有重疊，則認(rèn)為站點(diǎn)間存在關(guān)系;反之，站點(diǎn)間不存在關(guān)系。通過站點(diǎn)間的關(guān)系矩陣構(gòu)建一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，從而得到上海市中石油加油站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，在此基礎(chǔ)上分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及布局特征。另外，運(yùn)用BDP可視化數(shù)據(jù)分析工具，將上海市中石油加油站的經(jīng)緯度導(dǎo)入BDP平臺提供的高德地圖中，探討其布局特征與地理意義，并提出改善建議。

2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2.2.1 研究對象

中石化公司在上海市的站點(diǎn)市場占有率接近70%，中石油公司近20% [8]。由于前者覆蓋率較大，在研究其布局特征時存在一定難度，因此本文選擇市場占有率較小的中石油加油站點(diǎn)布局情況作為研究對象，不僅數(shù)據(jù)處理量比較合理，而且可以清晰地觀察其布局特征、展現(xiàn)基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)論。

2.2.2 假設(shè)條件

加油站服務(wù)半徑與其所在區(qū)域、道路及周圍環(huán)境、設(shè)施等有關(guān)，所以在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型時，為防止其它因素干擾對網(wǎng)絡(luò)特征的研究，需預(yù)先假設(shè)：①加油站點(diǎn)均同質(zhì);②無權(quán)無向網(wǎng)絡(luò);③兩個加油站點(diǎn)間存在邊時在鄰接矩陣中記錄1，反之為0。

2.2.3 半徑設(shè)置

根據(jù)集合覆蓋模型和建設(shè)部發(fā)布的《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》，城市公共加油站服務(wù)半徑宜為0.9～1.2km[10]。因此，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型時，分別以0.9km和1.2km作為上海市中石油加油站服務(wù)半徑，再運(yùn)用Python計(jì)算得出180個加油站任意兩點(diǎn)間的直線距離。首先以0.9km為服務(wù)半徑，運(yùn)用Excel篩選出站點(diǎn)間距離小于服務(wù)半徑之和（1.8km）的加油站，并認(rèn)定其加油站服務(wù)范圍存在重疊，定義加油站之間有邊存在，同時在網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)鄰接矩陣中將對應(yīng)元素設(shè)置為1，反之為0;然后以相同方式，得到以1.2km為服務(wù)半徑時的鄰接矩陣;得到兩個180×180的鄰接矩陣后，導(dǎo)入UCINET軟件，得到兩個服務(wù)半徑對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，如圖1、圖2所示。圖中的點(diǎn)對應(yīng)上海市180個中石油加油站點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的邊代表兩個加油站之間存在關(guān)系。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及意義

本文從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角對加油站網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，主要參數(shù)包括：網(wǎng)絡(luò)密度、度、度中心性、平均路徑長度、K-核和聚類系數(shù)。網(wǎng)絡(luò)密度主要反映網(wǎng)絡(luò)稀疏性與稠密化程度，度可以刻畫單個節(jié)點(diǎn)屬性，度中心性代表單個節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位，平均路徑長度與網(wǎng)絡(luò)度可以描述網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系性，聚類系數(shù)與K-核可以刻畫網(wǎng)絡(luò)集中程度[11]。若一個網(wǎng)絡(luò)具有較大的網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)與較小的平均最短路徑長度，則說明該網(wǎng)絡(luò)具有小世界網(wǎng)絡(luò)特征。

3 拓?fù)湫再|(zhì)與布局特征

3.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征

3.1.1 整體網(wǎng)絡(luò)特征

朱陳平等[12]在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究中提出，現(xiàn)實(shí)中大部分復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)均具有稀疏性。本文研究對象為上海市中石油加油站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)不同半徑形成兩個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， ?0.005 2和0.007 8的平均網(wǎng)絡(luò)密度體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)稀疏性。同時，由表1可知兩個網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)均較高，平均路徑長度均較小。因此，上海市加油站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)同樣具有小世界網(wǎng)絡(luò)特征。

3.1.2 局部特征

0.9km服務(wù)半徑的加油站點(diǎn)網(wǎng)路最大K-核為3-核，1.2km服務(wù)半徑的加油站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)最大K-核為4-核，說明后者網(wǎng)絡(luò)凝聚力比前者強(qiáng)。根據(jù)表2可知，0.9km半徑復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的度均值為0.922，表示1個站點(diǎn)平均與1個站點(diǎn)連接，連接數(shù)越小，對于站點(diǎn)之間共享服務(wù)區(qū)域越不利。該網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)度值為3，有10個節(jié)點(diǎn)，占總數(shù)的5.56%;度值為2的節(jié)點(diǎn)有46個，占總數(shù)的25.56%。由此說明度值為3的10個節(jié)點(diǎn)在0.9 km半徑的網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位。

3.2 空間布局特征

通過BDP可視化數(shù)據(jù)分析工具將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及加油站站點(diǎn)空間分布對應(yīng)，直觀分析上海市中石油加油站空間布局特征。

（1）站點(diǎn)空間分布不合理。由表2、圖3所示，0.9km服務(wù)半徑內(nèi)，度值為3的10個中石油加油站分布在靜安區(qū)、奉賢區(qū)和浦東新區(qū)，其中，有5個加油站分布在靜安區(qū)。由表3、圖4所示，1.2km服務(wù)半徑內(nèi)，度值高的13個中石油加油站主要分布在市區(qū)，分別是靜安區(qū)、虹口區(qū)、徐匯區(qū)和長寧區(qū)。其中，有9個度值高的加油站分布在靜安區(qū)。由此可見，起關(guān)鍵作用的中石油加油站基本分布在靜安區(qū)，并且度值低的加油站點(diǎn)布局也比較分散，空間布局非常不合理。

（2）度值大的站點(diǎn)聚集。由圖3、圖4所示，度值較高的節(jié)點(diǎn)主要聚集在靜安區(qū)，并且在市區(qū)高度值節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系更緊密，傾向于集聚成片分布。由圖4可以清晰地看到以靜安區(qū)為中心的周邊市區(qū)，加油站點(diǎn)的凝聚力顯著強(qiáng)于其它區(qū)域。另外，在各郊區(qū)中，有4個度值為3的加油站分布在奉賢區(qū)，也具有較強(qiáng)的凝聚力。

（3）不同區(qū)域區(qū)別對待。節(jié)點(diǎn)度值越大說明其在網(wǎng)絡(luò)中越重要，與多個節(jié)點(diǎn)之間存在聯(lián)系。因此，較大度值的節(jié)點(diǎn)主要分布在市區(qū)，說明中石油加油站更傾向于在交通與經(jīng)濟(jì)更為發(fā)達(dá)的市區(qū)設(shè)置加油站點(diǎn)，不重視郊區(qū)的發(fā)展。各區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)度之和數(shù)值越大并不代表該區(qū)域加油站點(diǎn)數(shù)量越多，如長寧區(qū)只有一個加油站點(diǎn)，但由表5可知，以1.2km為服務(wù)半徑時，它的節(jié)點(diǎn)度為6，說明該站點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要地位，也進(jìn)一步說明，中石油在郊區(qū)加油站分布不均勻，各區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)聯(lián)系性較小，布局分布合理性有待進(jìn)一步提高。

4 改善建議

本文在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下，研究上海市中石油加油站空間布局，發(fā)現(xiàn)其存在以下問題，并提出相應(yīng)改善建議。

（1）除靜安區(qū)加油站點(diǎn)聯(lián)系密切，其它各區(qū)加油站點(diǎn)聯(lián)系相對稀疏，不同服務(wù)半徑下的加油站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D均具有小世界網(wǎng)絡(luò)特征。因此，需改善郊區(qū)加油站布局，使郊區(qū)加油站的選址盡可能在服務(wù)半徑之內(nèi)，增強(qiáng)加油站點(diǎn)之間的聯(lián)系性，提高加油站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（2）高度值的加油站點(diǎn)聚集在市區(qū)，使市區(qū)加油站凝聚力大于郊區(qū)。雖然市區(qū)交通及商業(yè)比較發(fā)達(dá)，但郊區(qū)發(fā)展?jié)摿Υ蟆⑺俣瓤?。因此，可將加油站設(shè)置在郊區(qū)發(fā)達(dá)的樞紐位置，提高其凝聚力。

（3）不同區(qū)域內(nèi)加油站分布存在差異性：①度值高的節(jié)點(diǎn)在靜安區(qū)聚集程度很高，有成片分布傾向。由表5可知，靜安區(qū)節(jié)點(diǎn)度值大于3的節(jié)點(diǎn)度值總和為47，明顯高于其它片區(qū)。由于市區(qū)發(fā)展程度高于郊區(qū)，所以中石油更偏向在市區(qū)集中設(shè)置加油站點(diǎn)，并且站點(diǎn)之間聯(lián)系密切;②郊區(qū)加油站點(diǎn)分布非常不均勻，例如在寶山區(qū)，只有7個加油站點(diǎn)，而浦東新區(qū)有42個加油站點(diǎn)。未來中石油在規(guī)劃加油站點(diǎn)時，可以重點(diǎn)考慮郊區(qū)現(xiàn)狀，圍繞郊區(qū)重要節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行合理的空間布局，提高中石油在上海市的凝聚力和影響力，為市民更好地提供便利。

5 結(jié)語

本文基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角，探索上海市中石油加油站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)布局特征，針對中石油加油站空間布局空間布局不合理之處，提出改善建議。加油站點(diǎn)布局受很多不確定因素影響，本文僅從地理距離角度構(gòu)建加油站點(diǎn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，并沒有考慮其發(fā)展趨勢;同時，本文以中石油加油站為研究對象，沒有考慮中石化等競爭對手對其抗毀性的影響，以上問題是下一步研究內(nèi)容。

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（責(zé)任編輯：江 艷）