武昌城区交通复杂网络的数字特征分析

汪钗平

摘 要 在现代的社会，随着我国经济建设的快速发展，城市化进程不断推进。城市交通，尤其是的交通拥堵问题已成为阻碍经济发展的瓶颈之一。作为湖北的省会，武汉市的交通问题则显得越来越突出和严重。在本文中，我们选取的是武昌的公交网络作为研究对象。本文研究的主要目的在于从数字特征去研究武昌公交网络的这些特征，并根据其数字特征对该网络进行分析，提出几点关于该网络的意见和建议。

关键词 武昌城区 交通网络 数字特征

中图分类号：U491.13 ；TU984.191 文献标识码：A

1武昌城区基本网络结构特点

我们所得到的网络是一个连通的整体，它是由194个相互独立的节点组成的。也就是说，如果用连线来表示两位节点之间有合作，则任意两个不同的节点之间有直接的连线或间接的连线。

在该交通网络中整个网络的度分布情况如下表1所示：

从表1中可以看出，整个网络平均度=3.299大部分的节点数度值都集中于2、3、4。其中，含4个节点的小组最多，有55个。

虽然度值最高的点和聚类系数大的点不一定是实际公交线路中的繁忙点，但是它们却是网络中取的交通规划中流通性最好的站点。在这些站点上如果发生交通堵塞时，公交网络受到的影响并不是很大，公交线路可以很容易的改变继续运行，即该公交网络也具有某种“鲁棒性”。由此可见，当这几个节点发生交通堵塞的时候，整个公交网络的流通性有了明显的下降；即某种意义上，该公交网络也具有“脆弱性”。

在该网络中我们分析了它的全局数字特性，那么下面我们来看看聚类系数与度之间有没有什么关系。（如表2）

我们由前面所给出的度分布可以看出，大多数节点的度值集中于2、3、4；其中，含4个节点的小组最多；而我们通过上表可以看到，尽管度值在4的节点的聚类系数都很低，但整个网络具有比随机网络更高的平均聚类系数，显示了比较明显的聚类效应。

下面我们从该网络中选取几个有代表性的子网进行一下研究：（选取的五个网络的数字特征分别如表3所示。

在这几个子网中，我们可以看到它们的全局效率比整个网络要高的多，聚类系数均高于整个网络的的平均聚类系数。这说明了这几个子网的流通性要比该整体公交网络要好。但我们也可以发现在E子网中，当节点137与节点138的线路堵塞时，该网络被分为两个网络，即该子网具有非常高的脆弱性。因此在以后的公交网络的规划中，我们应该注意在保持局部公交网络的效率不降低的情况下对整个网络进行改造，提升公交网络的整体效率。

2一个公交网络查询系统的开发

基于我们的研究结果，我们尝试开发了一个用于研究该交通网络结构与功能的工具查询系统，该查询系统界面如下图所示：

此查询工具只适用于在无向网络中使用，使用方法：该公交网络的如图中的左边四项数字特征可以直接由界面按键执行产生，查询网络的节点的度和聚类系数及两节点间的最短路径时，需要输入节点号，在界面的右边是一个公交站点对应的节点号的帮助窗口，在该窗口中可以查出公交站点的节点号，节点号的范围由使用说明按键中给出。存储该公交网络的节点距离矩阵的文件名为shuzu.m。当公交网络发生变化或是给该公交网络附权值时，只需要改动文件shuzu.m中的距离矩阵（当两节点间没有线路直接相连时，其距离为0），同时右边的站点和节点对应关系窗口由使用者的需要而作改动。

该工具基于MATLAB6.5开发，具有较强的可移植性，加入相关拓扑数据库就可以实现对其他对象的相应分析、查询功能。当然该工具还有许多地方有待于将来根据客户需求进一步改进完善，目前的版本为试用版。