基于无标度网络的城乡客运网络复杂性研究

李 波， 陈金山

(1．重庆交通大学交通运输学院，重庆400074;2．福建农林大学 交通学院，福建福州350002)

基于无标度网络的城乡客运网络复杂性研究

李 波1， 陈金山2

(1．重庆交通大学交通运输学院，重庆400074;2．福建农林大学 交通学院，福建福州350002)

建立在城市道路与农村公路网基础上的城乡客运网络是交通运输网络中一个特殊子类，具有运输网络的共性，也有与其他运输网络不同的特点。从城乡客运网络的特性出发分析其复杂性;基于无标度网络分析城乡客运网络的复杂性;结合实例说明农村客运网络的复杂性，并提出了一系列管理对策。

客运网络; 交通运输; 城乡客运; 无标度网络; 复杂性

城乡客运网络是近年来随着统筹城乡和城乡一体化的发展而发展起来的。它是基于成熟的城乡道路网络上的一种无标度树状的复杂网络。目前，城乡客运网络指的是以城区为中心，以乡镇为枢纽，以各行政村为结点，连接到建制村的一个无标度的树状网络。随着人们对网络基础理论认识的加深，有人将网络研究的方法运用于交通运输网络的研究。国内一些学者通过分析农村客运特性，对农村客运网络的布局模式进行了研究。其中，邢春对农村客运网络布局模式与发展政策进行了研究;符礼明、孙正春等对运输网络建立了一系列结构稳定性的评价指标;张桓奇、张毅运用数学中的图论方法，对农村客运线路网络布局进行了研究。当前，对农村客运网络的研究大都局限于对农村网络模式和发展策略的定性研究范围，定量的探索还仅限于用图论和运筹学等传统的理论方法。本文运用较为成熟且在城市交通网络中应用较多的复杂网络方法来定量分析无标度的树状城乡客运网络的复杂性。

一、城乡客运网络的特点

城乡客运网络是在城乡一体化基础上建立起来的，具体是指将城市公交与农村客运整合成一体，从而形成一个连接城乡、布局合理、经营规范、安全便捷、服务优质、方便群众出行的客运网络。城乡客运网是建立在由一个点集(村、屯、乡、镇、县、中心城市)和线集(道路、桥梁)组成的大型复杂城市道路网和公路网上的。为了实现城乡运输一体化，将农村客运线路和干支线有序衔接，是解决问题的关键所在。

本文研究的城乡客运网络最典型的特点是由一个中心发散出来的多支点的树状网络。而拓扑网络的顶点和边是构成图的二大要素，村庄和道路是图的要素，以V表示村点的集合，以E表示网络顶点间(V i，Vj)的集合，则G=(V，E)为图的表示，城乡客运网络是由不同层次的边和不同重要程度的节点构成的。按网络空间聚集程度来分，我国目前的城乡客运网络一般可以分为内外两层网络即内层网络和外层网络。具体来说，内层网络是指城市公交车运营范围内线路组的集合，而外层网络则是指城市以外由农村客运短途班线(市县班线、县镇班线、镇村班线)组成的线路的集合，相互有机衔接的两层网络组成了城乡客运网络。

二、城乡客运客流的特征

城乡客运中的客流一般包括了两部分，一部分是常处于城市内部和城市周围近郊的出行者，这部分客流主要是以短距离通勤为主;另一部分是从乡村到城市或城市到农村的客流，由于这部分客流的特征呈现了许多复杂性的特点，因而城乡客运客流有以下特征。

(一)客流随机性

客流的随机性是由城乡客运客流中的农村客源部分造成的。农村客流的随机性决定了城乡客流的随机性。由于广大农村出行者不同于城市中居民出行在一天的时间上有一定的规律性，他们在出行时间安排上有一定的自由性，从而农村客流在时间上具有不确定性，进而造成了城乡客流在时间上的随机性。

(二)客流潮汐性

客流的潮汐性是最能充分体现城乡客运一体化的特征之一。由于城乡客运的一体化给城市周边的农民进城务工带来了便利，这部分进出城客流在早、晚上下班高峰期内造成了一天周期性的潮汐性。具体表现为:早高峰是以进城方向客流为主，晚高峰则是以出城方向的客流为主。

(三)客流分散性

客流的分散性是由于农村客流部分所具有的。由于乡村村落零星散落在各个地区，客流从而具有分散性。这种客流的分散性在我国欠发达的中、西部偏远农村地区显得更加突出。

(四)客流差异性

客流的差异性是由于城乡客运一体化本身所具有的，具体表现为城市及近郊地区的客流集中程度高，而农村地区的客流集中程度低。城乡客运中两层网络的客源的特性不同造就这一差异性。由于城市及近郊地区其社会经济发展快、人口高度集中，客流集中程度就相对高。而在偏远的农村地区，由于其社会经济发展相对滞后，农村人口居住相对分散，客流集中程度就低。

三、城乡客运一体化面临的问题

在我国大力建设社会主义新农村的背景下，各个地方都提出了适合自已的城乡客运网络发展模式，但是在城乡客运一体化网络的构建过程中遇到了一些实际困难，主要有以下几方面的问题。

道路基础设施方面，外层的农村客运道路网的覆盖率较低，网络外围末梢的乡村道路等级过低，线型条件也不符合规范，行车条件较差。尤其在我国某些偏远的中西部地区，这种情况更加普遍，甚至有相当比例的农村道路还处于等外公路等级，不符合发展城乡客运的条件。

运营调度方面，城乡客运网络的两层子网络一体化集约化程度较低，即内层网络与外层网络在运力供给上没有达到一个动态的平衡状态，内外网络的运力不匹配，从而造成了运力资源的浪费。在我国某些落后的地区，由于运营管理水平有限，在春运前后农村客流的高峰期内，常常会有“乘车难”、“乘客出行需提前预约”等现象出现，这严重阻碍了城乡客运一体化的发展。

网络结构方面，我国许多地区的城乡客运网络已具雏形，但在许多方面不成熟。由于外层农村网络的节点连接度不够，从而使得整个网络的通达性不好，这样就增加了换乘的出行机率，给出行带来了诸多不便。

四、无标度树状网络

(一)概念及特征

无标度网络是在小世界网络研究兴起后，复杂网络研究领域的一个重要方面。无标度树状网络是指网络的度分布符合幂率分布，由于缺乏一个描述问题的特征尺而被称为无标度树状网络。增长性和偏好依附性是其常见的两个特征。无标度网络具有小世界的网络特征、聚类性和网络弹性。

(二)网络模型及复杂性指标

本次采用Barabasi和Albert(1999)提出的一个无标度网络演化模型(即BA模型)。此网络是基于一般网络的复杂网络。BA模型无标度结构的网络具有两个重要的自组织特性:增长与优先连接。BA无标度网络模型的构造算法如下:

1．增长性。从一个具有m0节点的初始网络开始，每次引入一个新的节点并且连接到m个已存在的节点上，其中 m≤m0。

2．择优连接性。新节点与已经存在于网络中节点i的连接概率Πi与节点i的度ki满足以下关系:经过t步之后，便可得到一个具有N=t+m0个节点和mt条边的无标度网络。

五、实例分析

内江市位于四川省南部，地处沱江之滨，是一个典型的丘陵地区农业市。它的总面积5386平方公里，现辖2个区(市中区、东兴区)，3个县(威远县、资中县、隆昌县)和2070个行政村。农村人口380万，占总人口比重80．23%，耕地面积有16万公顷，人均占有耕地0．0385公顷。本文以四川省内江市农村客运网络为例，分析其网络的复杂性。由于城乡客运网络的复杂性，本次选取的市(区)、县、镇均为有良好成形路网相互连接的重要节点。本文将农村客运网络中的节点间连接类型分为市—区、市—县、市—镇、县—镇四种不同类型，具体的网络模型如图1所示:

图1 内江市农村客运网络图

应用统计软件并结合无标度网络的节点指标进行分析，得到内江市农村客运节点网络择优连接性(从略)。

针对各指标的结果，可以采取以下几个方面的管理措施来加强内江地区的城乡客运网络的客流运输功能。

一是适当增加内江市至周边几个辖区线路的公交线路数，在一些客流集中的区域新开通一些公交线路，缓减客流高峰期运力不足的压力。如增加公交线路的运力和班次，从而加强内江市区到所属的市中区、东兴区等区的联系，方便市区内居民的出行。

二是在部分市县、区县一级客流量较大班线上适当延长运营时间，增加发班频率，缩短发车时间的间隔。如增加资中县、隆昌县、威远县等县级城市之间客运班车的发班频率，缩短发车时间间隔。此外，市区与县之间班车的发车频率也可以适当增加，进而加强区与县之间的联系。

三是可以将县城内部公交线与县镇班线客运车辆实行统一优化整合，集中管理和调配，线路、站点、调度室、停车场、加汽(油)站等资源实现共享，充分发挥城乡一体化的政策优势。如资中县、威远县、隆昌县等县城可以充分发挥县城城乡一体化资源整合优势，使得客运资源的供求平衡，达到资源的效益最大化。

四是在城乡客运网络外围末梢的镇—乡级层面上，可以大力发展适合各个地区的多样化小运力接驳小型客车，发车时间间隔可以是弹性的，以更好地适应乡村客流的需求。还可以在不同高峰时段内采取不同的应对运力配置策略，如在春运等节假日高峰内增开需求响应式的大运量的客车，以满足客流的需求。

六、结束语

城乡客运网络形式呈现多样化，它受地域地形条件、人口规模、社会经济发达状况等多方面因素的影响。本文从基本的无标度的树状网络出发，运用城市交通系统中复杂网络分析方法对城乡客运网络复杂性进行了初步分析。这种分析对现实中的城乡客运一体化的发展是十分必要的。然而，城乡客运网络是一个十分复杂的系统，本文仅从网络的结构上来探究了无标度网络的复杂性，没有考虑到许多实际的运营与管理方面的因素。发展城乡客运一体化网络一定要从农村道路基础设施、城乡客流特征、运营调度管理等多方面综合考虑，这样才能更全面地把握城乡客运发展中存在的问题。

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Abstract:Built on the urban road and rural road network，the urban and rural passenger transportation network is a special network subclass with transport network．It has the common characteristics of transportation network．Meanwhile it also has many characteristics which other traffic network have not．Firstly，from the aspect of characteristics of urban and rural passenger network，its complexity is analyzed．Secondly，based on the scale-free network，the complexity of the urban and rural passenger network is analyzed．Finally an example is set to illustrate the complexity of urban and rural passenger transportation network and a series of management countermeasures are proposed．

Key words:passenger network;transportation;urban and rural passenger transport;scale-free network;complexity

Complexity Research of Urban and Rural Passenger Transportation Network Based on the Scale－free Network

LI Bo1，CHEN Jin-shan2
(1．School of Traffic and Transport，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;2．School of Traffic，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China)

U12

A

1674－0297(2012)01－0025－03

2011－11－21

李 波(1985－)，男，四川内江市人，重庆交通大学硕士研究生，主要从事交通规划与城市交通研究。

(责任编辑:张 璠)