基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際航班網(wǎng)絡(luò)可視化分析

劉翔鴿 張婉伊

摘 要：全球航空流通作為跨國(guó)連通性的指標(biāo)之一，其航空網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的可視化關(guān)聯(lián)關(guān)系，能極大地表現(xiàn)中國(guó)城市與世界各國(guó)家、各城市之間的來(lái)往程度，具有很重要的研究和分析價(jià)值。為了分析我國(guó)與世界各地區(qū)往來(lái)密切程度及中國(guó)主要城市的對(duì)外聯(lián)系程度，選取了中國(guó)包括港澳臺(tái)在內(nèi)的60個(gè)民航機(jī)場(chǎng)，構(gòu)建中國(guó)主要城市與國(guó)際航線(xiàn)往來(lái)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)搜集2019年1，2月份中國(guó)國(guó)際航線(xiàn)流，采用 Gephi 軟件對(duì)該航線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的可視化分析，由此得出中國(guó)與世界各國(guó)各地的航班往來(lái)網(wǎng)絡(luò)，分析當(dāng)前中國(guó)與世界各國(guó)在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等方面的交流狀況，總結(jié)出中國(guó)各城市與國(guó)外城市之間往來(lái)的關(guān)聯(lián)程度，以及其背后的原因，并最終分析其潛在的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：航空網(wǎng)絡(luò); 可視化分析; 關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

一.研究背景

航空運(yùn)輸是一個(gè)衡量城市的重要指標(biāo)，一個(gè)城市的機(jī)場(chǎng)是與其他城市聯(lián)系的重要通道之一[1]。人們出國(guó)旅游、留學(xué)或者進(jìn)行國(guó)際貿(mào)易，高新科技產(chǎn)品的運(yùn)輸，大多是通過(guò)國(guó)際航班這一重要途徑的。城市設(shè)立的國(guó)際機(jī)場(chǎng)的連通城市量、航線(xiàn)量、航班量，在一定程度也體現(xiàn)著一個(gè)城市的影響力、國(guó)際地位和城市之間的聯(lián)系[2]。

中國(guó)擁有眾多的國(guó)際機(jī)場(chǎng)，有北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)、上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)等聞名中外的國(guó)際機(jī)場(chǎng)，也有寧波櫟社、福州長(zhǎng)樂(lè)這樣的小型國(guó)際機(jī)場(chǎng)。它們連接著世界各地的國(guó)際機(jī)場(chǎng)，將世界組織成一張巨大的國(guó)際航班網(wǎng)絡(luò)。在這張網(wǎng)上，存在一些重要節(jié)點(diǎn)和線(xiàn)。

本文以中國(guó)城市的國(guó)際機(jī)場(chǎng)為主視角，通過(guò)對(duì)中國(guó)各機(jī)場(chǎng)與國(guó)際機(jī)場(chǎng)間航線(xiàn)往來(lái)的分析研究，得出了中國(guó)與世界各地區(qū)的聯(lián)系緊密程度以及中國(guó)各地區(qū)的對(duì)外開(kāi)放程度，并基于此和相關(guān)文獻(xiàn)資料總結(jié)出中國(guó)與各國(guó)在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等方面的交流趨勢(shì)及其潛在的價(jià)值分析。

二.數(shù)據(jù)處理

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所涉及的國(guó)際航空網(wǎng)絡(luò)的航線(xiàn)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于VariFlight網(wǎng)站，本文選取了包括港澳臺(tái)在內(nèi)的60個(gè)中國(guó)重要國(guó)際機(jī)場(chǎng)，抓取了這60個(gè)機(jī)場(chǎng)在2019年1月1日至2月28日的國(guó)際航線(xiàn)記錄，共涉及284個(gè)國(guó)內(nèi)外城市，2777條航線(xiàn)。

2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了更好的了解我國(guó)國(guó)際機(jī)場(chǎng)與國(guó)外的聯(lián)系情況，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下處理：

（1）合并國(guó)內(nèi)60個(gè)機(jī)場(chǎng)與國(guó)際各大機(jī)場(chǎng)的航班來(lái)往信息，對(duì)有經(jīng)停線(xiàn)路的航班，只選取出發(fā)的和目的地，合并后共計(jì)10914條航班信息。

（2）將航班信息中三字機(jī)場(chǎng)代碼（如PEK）更換成機(jī)場(chǎng)所在地或最近城市的名稱(chēng)（如PEK更改成“北京”），對(duì)于擁有兩個(gè)及以上機(jī)場(chǎng)的城市，將該城市所有機(jī)場(chǎng)的航班信息進(jìn)行合并，以城市間的航線(xiàn)作為連接邊，航班量作為權(quán)重，以便后續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度清洗和分析。

（3）對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，將不符合研究目的的數(shù)據(jù)去除，去除夾雜在其中的國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)互飛的信息，清洗完成后有效數(shù)據(jù)共計(jì)2777條。

三、分析與發(fā)現(xiàn)

3.1我國(guó)與國(guó)外各城市密切程度分析

將清洗整合的有效數(shù)據(jù)導(dǎo)入Gephi，得到了該關(guān)系網(wǎng)的基本分析：網(wǎng)絡(luò)平均度9.73，網(wǎng)絡(luò)平均加權(quán)度1026.607，網(wǎng)絡(luò)密度0.034，網(wǎng)絡(luò)平均集聚系數(shù)0.045，社團(tuán)數(shù)量6，模塊度0.244。其中，平均度對(duì)國(guó)際航空網(wǎng)絡(luò)的考慮促進(jìn)了機(jī)場(chǎng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。模塊度用來(lái)考慮我國(guó)與國(guó)際各機(jī)場(chǎng)關(guān)聯(lián)的交叉關(guān)系，更好地匹配真實(shí)的航空線(xiàn)路。社團(tuán)有助于發(fā)現(xiàn)我國(guó)與世界各國(guó)來(lái)往網(wǎng)絡(luò)的深層關(guān)系。

將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，如圖1所示。由圖可以看到，與中國(guó)聯(lián)系最為密切的城市有大阪，名古屋，吉隆坡，曼谷，金邊，新加坡等亞洲國(guó)家，此外，洛杉磯，舊金山，紐約，悉尼，墨爾本等美洲、澳洲國(guó)家與中國(guó)的聯(lián)系與較為密切。

圖1 可視化結(jié)果

在所得數(shù)據(jù)中，一個(gè)外國(guó)城市的加權(quán)入度反映了中國(guó)飛往該城市的航班總數(shù)，而加權(quán)出度則反映了該城市飛往中國(guó)的航班總數(shù)。為了進(jìn)一步研究其相關(guān)關(guān)系，將加權(quán)度排名前30，即與中國(guó)聯(lián)系最為密切的30個(gè)城市進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)曼谷，首爾，新加坡，大阪，東京幾個(gè)城市分別以總加權(quán)度值31916，25626，16296，16205，16033排位列與中國(guó)聯(lián)系最為密切城市前5，如表1所示?？傮w上，我國(guó)公民出境目的地仍然以亞太地區(qū)為主，其中日本占6個(gè)，泰國(guó)占3個(gè)，亞洲國(guó)家22個(gè)。其次，我國(guó)與美國(guó)和澳洲的各大城市的來(lái)往也十分密切。但相對(duì)來(lái)講，與非洲等國(guó)家來(lái)往程度不如歐美等國(guó)家。

3.2我國(guó)主要城市對(duì)外聯(lián)系程度分析

作為航空網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的機(jī)場(chǎng)，其度是指該節(jié)點(diǎn)機(jī)場(chǎng)與其他機(jī)場(chǎng)聯(lián)接的邊的數(shù)量，即該機(jī)場(chǎng)通航航線(xiàn)數(shù)量。通常情況下，節(jié)點(diǎn)度值大小反映了該機(jī)場(chǎng)通達(dá)性和規(guī)模，而機(jī)場(chǎng)的通達(dá)性很大程度上代表了城市的對(duì)外聯(lián)系程度[3]。

為了研究分析我國(guó)主要城市的對(duì)外聯(lián)系程度，在這一節(jié)中本文只選取了58個(gè)城市的度與加權(quán)度的相關(guān)數(shù)據(jù)，如表2。本小節(jié)中的航空網(wǎng)絡(luò)樣本，度數(shù)最高的為北京，值為263，說(shuō)明其與263個(gè)國(guó)外城市有直接的航空聯(lián)系。其次是香港、上海、廣州、桃園（臺(tái)灣），度值分別為238、206、164、158。但從加權(quán)度的比較來(lái)看，香港機(jī)場(chǎng)值為40290，排名第一，其次是廣州，值為35738，上海的航班量為29165，再是北京，其值為26247，第五依舊是桃園（臺(tái)灣），值為24794。度排名和加權(quán)度排名上來(lái)看，前五依舊是北上廣、香港和桃園。但在具體排名上有所變化，盡管北京所聯(lián)系的城市最多，但與某些城市的聯(lián)系程度上來(lái)說(shuō)，香港、廣州、上海的密切程度更勝北京一籌。

聯(lián)系的城市多，但密切程度相較不高。為了檢驗(yàn)這樣的情況是否在58個(gè)城市中大量出現(xiàn)還是聯(lián)系城市數(shù)量與其密切程度基本一致，本文進(jìn)行了擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。計(jì)算出每個(gè)城市的度占比和加權(quán)度占比，各自從小到大排序并按序累加至1，得到散點(diǎn)圖，如圖2所示，并得出 R^2 值為0.9614，說(shuō)明回歸直線(xiàn)對(duì)觀(guān)測(cè)值的擬合程度好，即聯(lián)系城市數(shù)量與其密切程度基本一致。

圖2 擬合優(yōu)度檢驗(yàn)

3.3我國(guó)與世界各國(guó)往來(lái)密切程度原因分析

根據(jù)國(guó)際統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)看，我國(guó)出國(guó)旅游排名前五的國(guó)家和地區(qū)依次是：韓國(guó)、泰國(guó)、日本、新加坡、美國(guó)。韓國(guó)備受女性青睞的化妝品、便利的處境服務(wù)和優(yōu)惠措施，日本的櫻花、富士山等風(fēng)景，泰國(guó)的風(fēng)土人情，以及新加坡和美國(guó)的發(fā)達(dá)富裕都吸引了無(wú)數(shù)中國(guó)游客，由此可見(jiàn)，旅游是我國(guó)與其它各國(guó)各地區(qū)來(lái)往密切的原因之一。

再者，中國(guó)留學(xué)生依舊是數(shù)量龐大的群體。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和國(guó)際留學(xué)政策的不斷開(kāi)放，留學(xué)生數(shù)量不斷增多，留學(xué)生群體及其家長(zhǎng)在中國(guó)與留學(xué)地的往來(lái)情況，都直接或者間接地促進(jìn)了我國(guó)與美國(guó)、澳洲等留學(xué)地城市的往來(lái)密切程度。

國(guó)際統(tǒng)計(jì)局相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年1-2月期間，對(duì)華投資前五位國(guó)家/地區(qū)依次為：韓國(guó)、新加坡、美國(guó)、日本、荷蘭。隨著中國(guó)貿(mào)易政策的不斷開(kāi)放，中國(guó)與各國(guó)貿(mào)易往來(lái)程度也與日俱增。貿(mào)易的增加，勢(shì)必會(huì)使人員、貨物等在中國(guó)與貿(mào)易國(guó)之間更快速地流通，這也是衡量中國(guó)與各地區(qū)來(lái)往程度的重要指標(biāo)。

總體來(lái)看，基于旅游、留學(xué)、貿(mào)易往來(lái)等諸多因素，我國(guó)與亞洲周邊國(guó)家、美國(guó)、澳洲等地區(qū)的交往最為密切[4]。隨著國(guó)際形勢(shì)的進(jìn)一步開(kāi)放，相信中國(guó)與世界各地區(qū)的交流將會(huì)更加友好和多樣化。

3.4我國(guó)主要城市對(duì)外聯(lián)系程度原因分析

我國(guó)主要城市對(duì)外聯(lián)系程度與地理位置、政治經(jīng)濟(jì)因素密切相關(guān)。城市的航班往來(lái)數(shù)量及對(duì)外聯(lián)系程度與其地理位置和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)[5]。

首都北京位于華北平原，是一個(gè)政治色彩強(qiáng)烈、與世界各地聯(lián)系密切的城市;上海地處東部沿海，是中國(guó)對(duì)外開(kāi)放最早的城市，對(duì)外聯(lián)系的強(qiáng)度和廣度也逐年提高;廣州作為廣東的省會(huì)城市，地處珠江三角洲北緣，是中國(guó)通往世界的南大門(mén)[6];而香港則是眾所周知的國(guó)際城市，與紐約、倫敦并稱(chēng)為“紐倫港”，是全球第三大金融中心[7];桃園擁有臺(tái)灣最大的國(guó)際機(jī)場(chǎng)，是臺(tái)灣重要的航空樞紐。從地理、政治、經(jīng)濟(jì)等角度分析，不難分析出以上五個(gè)城市名列前茅的原因。

中國(guó)城市的對(duì)外聯(lián)系程度也存在著明顯的東西差異[8]。絕大部分通航城市分布在中國(guó)東部地區(qū)。東部地區(qū)航線(xiàn)密集，航空聯(lián)系復(fù)雜而緊密，加權(quán)度值總和達(dá)252493，占總加權(quán)度值86.04%，網(wǎng)絡(luò)化程度很高;西部地區(qū)則航線(xiàn)比較稀疏，航線(xiàn)聯(lián)系較少。

總體來(lái)看，由于國(guó)家政策、各個(gè)地區(qū)因地制宜的發(fā)展，城市的對(duì)外聯(lián)系程度也與之相對(duì)應(yīng)。在未來(lái)的發(fā)展中，我國(guó)將會(huì)有更多的城市融入全球化的大潮中，會(huì)得到更好的發(fā)展。

四、研究意義

通過(guò)對(duì)包括港澳臺(tái)在內(nèi)的60個(gè)中國(guó)重要的國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站出、入站航班的分析，可以得出這60個(gè)國(guó)際機(jī)場(chǎng)與國(guó)際城市、其他國(guó)家的聯(lián)系程度，研究有以下三點(diǎn)意義：

（1）評(píng)判一個(gè)城市國(guó)際化程度。作為一個(gè)國(guó)際化城市，應(yīng)與世界各個(gè)國(guó)家均有航班聯(lián)系，且具備足夠數(shù)量的航班量，例如中國(guó)的北上廣深。

（2）精準(zhǔn)定位城市對(duì)外開(kāi)放發(fā)展方向，及時(shí)調(diào)整國(guó)際航班數(shù)量。例如，廣西南寧作為中國(guó)-東盟博覽會(huì)舉辦地，跟東南亞各個(gè)國(guó)家應(yīng)有航班往來(lái)，抓取的數(shù)據(jù)表明，南寧飛往東南亞各國(guó)城市的前五分別是曼谷、新加坡、吉隆坡、暹粒、加德滿(mǎn)都，符合南寧作為中國(guó)聯(lián)系東南亞各國(guó)的樞紐。

（3）反映一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。國(guó)際航班數(shù)量的多少，反映著該城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。與各國(guó)城市往來(lái)密切，交易頻繁，促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

五、結(jié)論

跨國(guó)跨區(qū)域的人口、貨物等主要依賴(lài)于航空運(yùn)輸，研究中國(guó)城市機(jī)場(chǎng)與世界各地區(qū)機(jī)場(chǎng)的航班往來(lái)具有重要意義。應(yīng)用Gephi得出可視化分析，可以得出結(jié)論：中國(guó)國(guó)際航空網(wǎng)絡(luò)是核心-邊緣網(wǎng)絡(luò)，且北京、香港、上海、廣州、桃園（中國(guó)臺(tái)灣）是網(wǎng)絡(luò)的核心，也是我國(guó)出入境的主要通道;在現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)我國(guó)其他地域機(jī)場(chǎng)與世界的往來(lái)，可以進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)外開(kāi)放程度;在對(duì)外交往方面，我國(guó)大陸機(jī)場(chǎng)城市與東亞、東南亞地區(qū)來(lái)往較為頻繁，可以適當(dāng)增強(qiáng)與歐美等地區(qū)的航班聯(lián)系[9];隨著"一帶一路"戰(zhàn)略的實(shí)施，該網(wǎng)絡(luò)正快速向中亞地區(qū)拓展，未來(lái)中國(guó)對(duì)外貿(mào)易程度將逐步擴(kuò)大，尤其是與"一帶一路"沿線(xiàn)國(guó)家[10]。中國(guó)國(guó)際民航運(yùn)輸市場(chǎng)是中國(guó)對(duì)外開(kāi)放的重要渠道之一，對(duì)其展開(kāi)后續(xù)研究將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。

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