基于复杂网络理论的中国航空网络结构研究

摘要

改革开放以来，我国航空运输出现快速发展趋势。随着我国经济的发展，对航空运输的需求仍在快速增长之中。航空网络是组成航空运输系统的一个重要部分，实现了航空运输的经济价值和社会价值。巨大的航空运输需求，对建设管理好航空网络、促进航空运输发展提出了新的要求。认识、了解我国航空网络结构特性及形成机理，是管理航空网络的基础。
　　 本文运用复杂网络理论，通过引入运量和航距加权，对中国航空网络的基本统计性质进行了考察，着重分析了各因素对航空网络结构的影响。研究表明，中国航空网络具有“小世界性”和“无标度性”。介数与度的分布在总体呈现正相关的趋势下，出现了较大的“波动”性。度度相关呈现异配性，表明度大的节点偏向于连接其他度小的节点，节点吞吐量对节点之间连接的影响力要大于航距的影响力。当度值较大时，簇系数与度值呈现明显的幂律分布关系，表明中国航空网络出现了以度值较大的机场为中心的群体结构。
　　 其次，航空网络结构的“无标度性”表明关键机场节点受到攻击后将对航空网络运输功能产生致命打击。对航空网络中关键节点及潜在关键节点的识别及其抗毁性能的度量，是对航空网络资源进行管理的基础。运用复杂网络理论建立了网络抗毁性测度方法，对中国航空网络进行了抗毁性分析。研究表明，对中国航空网络连通性影响最大的机场是乌鲁木齐、昆明、西安等区域枢纽机场；当被连续选择性攻击的机场数量达到5％时，中国航空网络效率下降至50%左右；根据关键机场失效后对其它机场产生的流量压力来看，北京、上海及广州三个城市的机场对保持中国航空网络的稳定起着决定性的作用。
　　 最后根据前文的结论，以构建“轴辐式”航空网络为目标，针对中国三大中心枢纽机场，提出了一个优化中国航空网络的方案，并对该方案从网络的拓扑结构角度进行了验证。结果证明了该方案的有效性。