基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的國際航班網(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)中國城市與世界各國家、各城市之間的來往程度，具有很重要的研究和分析價(jià)值。為了分析我國與世界各地區(qū)往來密切程度及中國主要城市的對外聯(lián)系程度，選取了中國包括港澳臺(tái)在內(nèi)的60個(gè)民航機(jī)場，構(gòu)建中國主要城市與國際航線往來網(wǎng)絡(luò)。通過搜集2019年1，2月份中國國際航線流，采用 Gephi 軟件對該航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的可視化分析，由此得出中國與世界各國各地的航班往來網(wǎng)絡(luò)，分析當(dāng)前中國與世界各國在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等方面的交流狀況，總結(jié)出中國各城市與國外城市之間往來的關(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)場是與其他城市聯(lián)系的重要通道之一[1]。人們出國旅游、留學(xué)或者進(jìn)行國際貿(mào)易，高新科技產(chǎn)品的運(yùn)輸，大多是通過國際航班這一重要途徑的。城市設(shè)立的國際機(jī)場的連通城市量、航線量、航班量，在一定程度也體現(xiàn)著一個(gè)城市的影響力、國際地位和城市之間的聯(lián)系[2]。

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

本文以中國城市的國際機(jī)場為主視角，通過對中國各機(jī)場與國際機(jī)場間航線往來的分析研究，得出了中國與世界各地區(qū)的聯(lián)系緊密程度以及中國各地區(qū)的對外開放程度，并基于此和相關(guān)文獻(xiàn)資料總結(jié)出中國與各國在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等方面的交流趨勢及其潛在的價(jià)值分析。

二.數(shù)據(jù)處理

2.1數(shù)據(jù)來源

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

2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了更好的了解我國國際機(jī)場與國外的聯(lián)系情況，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下處理：

（1）合并國內(nèi)60個(gè)機(jī)場與國際各大機(jī)場的航班來往信息，對有經(jīng)停線路的航班，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)場代碼（如PEK）更換成機(jī)場所在地或最近城市的名稱（如PEK更改成“北京”），對于擁有兩個(gè)及以上機(jī)場的城市，將該城市所有機(jī)場的航班信息進(jìn)行合并，以城市間的航線作為連接邊，航班量作為權(quán)重，以便后續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度清洗和分析。

（3）對采集到的數(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內(nèi)機(jī)場互飛的信息，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我國與國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，平均度對國際航空網(wǎng)絡(luò)的考慮促進(jìn)了機(jī)場的關(guān)聯(lián)關(guān)系。模塊度用來考慮我國與國際各機(jī)場關(guān)聯(lián)的交叉關(guān)系，更好地匹配真實(shí)的航空線路。社團(tuán)有助于發(fā)現(xiàn)我國與世界各國來往網(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，新加坡等亞洲國家，此外，洛杉磯，舊金山，紐約，悉尼，墨爾本等美洲、澳洲國家與中國的聯(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)外國城市的加權(quán)入度反映了中國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排位列與中國聯(lián)系最為密切城市前5，如表1所示?？傮w上，我國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)，泰國占3個(gè)，亞洲國家22個(gè)。其次，我國與美國和澳洲的各大城市的來往也十分密切。但相對來講，與非洲等國家來往程度不如歐美等國家。

3.2我國主要城市對外聯(lián)系程度分析

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

為了研究分析我國主要城市的對外聯(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，說明其與263個(gè)國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)度的比較來看，香港機(jī)場值為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)系程度上來說，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，說明回歸直線對觀測值的擬合程度好，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我國與世界各國往來密切程度原因分析

根據(jù)國際統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)來看，我國出國旅游排名前五的國家和地區(qū)依次是：韓國、泰國、日本、新加坡、美國。韓國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，泰國的風(fēng)土人情，以及新加坡和美國的發(fā)達(dá)富裕都吸引了無數(shù)中國游客，由此可見，旅游是我國與其它各國各地區(qū)來往密切的原因之一。

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

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

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

3.4我國主要城市對外聯(lián)系程度原因分析

我國主要城市對外聯(lián)系程度與地理位置、政治經(jīng)濟(jì)因素密切相關(guān)。城市的航班往來數(shù)量及對外聯(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，是中國對外開放最早的城市，對外聯(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，是中國通往世界的南大門[6];而香港則是眾所周知的國際城市，與紐約、倫敦并稱為“紐倫港”，是全球第三大金融中心[7];桃園擁有臺(tái)灣最大的國際機(jī)場，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。

中國城市的對外聯(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東部地區(qū)。東部地區(qū)航線密集，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)則航線比較稀疏，航線聯(lián)系較少。

總體來看，由于國家政策、各個(gè)地區(qū)因地制宜的發(fā)展，城市的對外聯(lián)系程度也與之相對應(yīng)。在未來的發(fā)展中，我國將會(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

通過對包括港澳臺(tái)在內(nèi)的60個(gè)中國重要的國際機(jī)場航站出、入站航班的分析，可以得出這60個(gè)國際機(jī)場與國際城市、其他國家的聯(lián)系程度，研究有以下三點(diǎn)意義：

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

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

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

五、結(jié)論

跨國跨區(qū)域的人口、貨物等主要依賴于航空運(yùn)輸，研究中國城市機(jī)場與世界各地區(qū)機(jī)場的航班往來具有重要意義。應(yīng)用Gephi得出可視化分析，可以得出結(jié)論：中國國際航空網(wǎng)絡(luò)是核心-邊緣網(wǎng)絡(luò)，且北京、香港、上海、廣州、桃園（中國臺(tái)灣）是網(wǎng)絡(luò)的核心，也是我國出入境的主要通道;在現(xiàn)有機(jī)場節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)我國其他地域機(jī)場與世界的往來，可以進(jìn)一步擴(kuò)大對外開放程度;在對外交往方面，我國大陸機(jī)場城市與東亞、東南亞地區(qū)來往較為頻繁，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，未來中國對外貿(mào)易程度將逐步擴(kuò)大，尤其是與"一帶一路"沿線國家[10]。中國國際民航運(yùn)輸市場是中國對外開放的重要渠道之一，對其展開后續(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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