机场群航线网络竞合评价方法及实证探讨——以粤港澳大湾区世界级机场群为例

莫辉辉，王姣娥，彭 峥，肖 凡

（1. 中国民航科学技术研究院，北京 100028；2. 中国科学院地理科学与资源研究所区域可持续发展分析与模拟重点实验室，北京 100101；3. 中国科学院大学资源与环境学院，北京 100049）

航空运输是全球经济社会交流的重要纽带。伴随经济全球化及区域一体化进程的推进，城市群与机场群联动发展已成为全球经济发展的重要趋势，也是中国民航高质量发展的重要内涵（冯正霖，2018）。机场群的概念最早由中国学者于20世纪80年代提出，伴随中国城镇化的快速推进，作为城市群重要支撑的机场群研究才开始受到持续关注（莫辉辉等，2021）。2008年，机场群首次出现在国家规划文件——《全国民用机场布局规划》①资料来源：http://www.caac.gov.cn/XXGK/XXGK/FZGH/201511/t20151103_10715.html中，即提出“构筑规模适当、结构合理、功能完善的北方、华东、中南、西南、西北五大区域机场群。”2017 年修订实施的《全国民用运输机场布局规划》②资料来源：https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/201703/t20170315_962231_ext.html提出“构建世界级机场群、国际枢纽和区域枢纽层次清晰、布局合理、功能完善的机场体系。”2018 年发布的《新时代民航强国建设行动纲要》③资料来源：http://www.caac.gov.cn/XXGK/XXGK/ZFGW/201812/t20181212_193447.html提出要建设机场群，着力推动京津冀、长三角、粤港澳、成渝等区域建设世界级机场群；其后，机场群的建设发展被纳入《国家综合立体交通网规划纲要》（2021年）④资料来源：http://www.gov.cn/zhengce/2021-02/24/content_5588654.htm。可见，机场群在中国民航发展中的地位与作用与日俱增，加强对该领域的研究不仅有利于助力机场群的规划发展，同时也将丰富航空运输地理学的理论与实践。

航线网络是机场群生存与发展的重要要素，也是响应群内机场功能定位及衡量机场群发展阶段的重要指标（杨学兵，2020）。对机场群航线网络的研究一方面体现在宏观视角的定性探讨，如机场群协同发展情景下的航线网络发展策略分析（郝媛等，2016；綦琦，2017）；另一方面则是基于微观视角的定量化分析，如航线网络整体协调度的评价与优化（陈梵驿，2017；陈秋吉，2020；牟莹莹，2020）。尽管航线网络是机场群响应城市群航空市场发展的重要表征，也是区域规划中实施机场发展定位的重要抓手，既有研究多是关注航线网络的竞争（同质化）特征（蒋永雷等，2013；陈欣等，2020），忽视了航线合作是市场发展的重要基础（Derudder et al.,2010；莫辉辉等，2021）。在国外文献中，关于特定空间范围内机场竞合特征的研究，多基于问卷调查并从乘客出行的微观视角对大都市区/都市圈内机场的竞争特征开展研究（Harvey,1987;Hess et al.,2005;Loo,2008），从航线尺度开展的相关研究尚少。尽管Fuellhart等（2013）基于航线尺度对美国波士顿、华盛顿和旧金山3个大都市区内机场的竞争关系进行了描述，但其未建立相关量化评价模型，难以定量评价特定空间范围内机场集合的航线网络竞合关系。从图论、集合论等视角对航线网络组织结构特征进行分析是地理学的重要手段（Taaffe et al., 1996；莫辉辉 等，2008），而市场竞争合作是产业经济的重要研究内容（苏东水，2000）。因此，本文综合图论、集合论、产业经济等理论方法，创新性地建立机场群航线网络竞合关系的一类评价模型，并基于粤港澳大湾区世界级机场群开展案例分析，以期为机场发展差异化定位、航线网络优化布局等提供决策参考。

1 理论分析与评价模型

1.1 网络建构及描述

机场群航线网络由群内机场及与其衔接的群外机场之间的航线共同构成，因此可采用二部图（Bipart Graph）对其进行理论化描述及建模分析，即航线网络抽象描述为由2 个点集和1 个关系集构建的图N=(G，K，E)。其中，G表示机场群的点集G={Vi：i= 1，2，…，m}，m=|G|表示机场群体系中机场的数量，并将Vi简记为i；K表示机场群通航点集K={Vj：j= 1，2，…，n}，n=|K|表示机场群通航点总数量，并将Vj简记为j；不考虑机场群内机场之间的航线联系，则有G∩K= ∅。E表示机场群内各机场及与其通航机场之间的连接关系集E={eij：i∈G，j∈K}，如果机场之间存在航线航班联系，定义eij=eji=1，否则eij=0。值得注意的是，本研究仅考虑直接联系的直飞（Non-stop）航线，即经停本场（G）的航线拆分为2段，如U-G-V拆分为G-U和G-V，始发或终到的联程以及环飞航线仅考虑直接相连的1段航线，如U-V-G则仅考虑G-V航段，并对相应航线（航段）进行合并处理。考虑各机场与通航点之间联系强度的差异（如航班频率、可供座位数），用fij表示边eij的权重。

1.2 定量化评价模型

机场群航线网络市场竞合主要体现在2个方面：一是机场群对航线航点的竞合，即群内所有机场参与的整体性竞合评价；二是机场群内机场之间的航线竞合。从机场群基本特征分析，其成员机场数量在3 个以上（m> 3）；基于集合论的多元组（如存在二元、三元）交织关系，可知机场群航线网络之间的竞合关系异常复杂，难以通过单一的量化指标描述其复杂性；理论上，采用单一指标对网络的复杂性进行明确判定也是不可能的（Haggett et al.,1969）；为此，通过研究机场群内机场对之间对其连通航线航点市场的交互式竞合关系，探讨其航线网络市场的竞合格局。

1）整体性竞合评价 基于机场群的航线网络N，对于机场群节点集G，其通航点集K衔接的航线数量kj存在以下的关系，即：

式中：kj表示机场j的度（Degree）值，进一步利用频度分布p(k)统计分析kj的通航市场占比情况及判断市场竞合总体趋势（莫辉辉等，2008；杜德林等，2019）。由于kj受机场群内机场数量规模m的限制，对其进行标准化处理，用Kj=kj/m，则有1/m≤Kj≤1；其中，Kj= 1表示该市场为完全竞争市场，即机场群内所有机场均有开通至机场j的航线；Kj= 1/m表示完全垄断市场，即群内仅有1 个机场开通了至机场j的航线；对于Kj≠1的情况，采用四分法对机场群的整体航点竞合类型进行区分（杜德林 等，2020），其中Kj≤0.25 视为强合作市场 、 0.25Kj≤0.5 表 示 弱 合 作 市 场 、0.5Kj≤0.75 表示弱竞争市场、Kj> 0.75 表示强竞争市场。

考虑机场群节点集G与其通航点集K之间存在联系强度的差异，引入航空市场竞合关系常用的产业经济赫芬达尔-赫希曼指数（HHI）（Wang et al.,2016；莫辉辉等，2017），以分析机场群在通航点j上的加权竞合程度，即：

式中：Gj表示机场群至通航点j所有航线的市场权重竞合指数，且有1/m ≤Gj≤1。其中，Gj= 1表示该市场为完全垄断市场。对于Gj≠1的情况，由于群内机场数量的相对有限性，如果Gj≥×(1 +50%)，则定义该航线市场为垄断竞争型市场；反之，则定义航线市场为协调竞争型市场。

2）交互式竞合评价 针对机场群内某个机场Va， 由其与其衔接的航线构成子网络A=(Ga，Ka，Ea)，其中有eaj= 1(Va∈G，Vj∈K)；对于群内单个机场而言，航线与航点之间存在一一对应关系，即有|Ka|=|Ea|，且子网络A的元素数量取决于其航点或航线，因此将该子网络简记为A={Ka}或A={Ea}。依据该原则构造交互式竞合分析的子网络B。基于集合论的理论，对于群内任意两机场A与B，定义两场航点竞合指数为：

式中：0 ≤NCIAB≤1；其中，如果NCIAB=1 表示群内机场之间是完全竞争关系，NCI =0表示群内机场之间是完全合作互补关系。考虑市场竞合程度，以四分法对竞合关系强度等级进行分类，确定NCIAB≤0.25表示强合作市场、0.25 ＜ NCIAB≤0.5表示弱合作市场、0.5 ＜ NCIAB≤0.75 表示弱竞争市场、NCIAB> 0.75 表示强竞争市场。基于上述交互式竞合指数，建立群内机场之间的二维竞合分析矩阵。

考虑航线的联系强度差异，群内两机场A与B的竞合程度不仅取决于共同市场（A∩B）占两场（A∪B）总联系强度的比重（SAB），同时还应考虑竞争市场上的各航线竞争程度。引入赫芬达尔-赫希曼指数（HHI）来确定两机场A与B的航线竞合程度（）。即有：

式（4）中：SAB表示共同市场占总市场的比重；式（5）中：为共同市场上所有航线集中度（HHI）的算术平均值。定义基于联系强度的两场航线网络交互式竞合指数（）为：

2 粤港澳大湾区实证分析

粤港澳大湾区（简称大湾区）地域范围包括广东省9市（广州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、东莞市、中山市、江门市、肇庆市）以及香港和澳门2个特别行政区，2019年《粤港澳大湾区发展规划纲要》确立了大湾区国家级战略区域地位。2020年民航局印发《关于支持粤港澳大湾区民航协同发展的实施意见》⑤资料来源：http://www.caac.gov.cn/XWZX/MHYW/202007/t20200715_203593.html，提出要建设更高质量的世界级机场群。粤港澳大湾区是中国机场群理论与实践研究的重要策源地（莫辉辉等，2021），也是目前中国航空运输最为发达的地区；在2019年全球旅客吞吐量与货邮吞吐量前20 位机场中（ACI，2020），大湾区也是中国唯一同时占据两席（香港和广州）的机场群。本文实证分析的航线网络数据基于OAG（Official Aviation Guide）全球航线航班数据库及中国民用航空局机场业务量统计数据，其中航线网络数据为2015 和2019 年（新冠疫情前），航线数据仅涉及客运航班，航线属性数据包括航班量（年航班量不少于52班，即单向至少每周1班）。

2.1 机场及航线网络

截至2021年底，大湾区地区共有7个民用机场（香港/HKG、澳门/MFM、广州/CAN、深圳/SZX、珠海/ZUH、惠州/HUZ、佛山/FUO）。2019 年大湾区机场旅客吞吐量和货邮吞吐量分别达到2.23亿人次和801 万t，位居中国四大世界级机场群之首。2015和2019年大湾区通航航线分别为1 606和2 233条，经合并处理得到2015 和2019 年的航线（段）数量分别为490和687条。

粤港澳大湾区机场群呈现空间集聚性特征（图1），即旅客吞吐量和客运通航点高度集聚于广州、香港、深圳3个机场。2019年旅客吞吐量前三位的机场分别为广州（7 338万人次）、香港（7 129万人次）和深圳（5 293万人次），同期客运通航点数量前三位分别为广州（187 个）、深圳（165 个）和香港（157个），分别占大湾区总量的89%和74%。其中，2015—2019年深圳机场客运通航点数量快速增长（2015年为106个），超过香港排名第二。此外，珠海机场旅客吞吐量超过1 000 万人次，澳门机场旅客吞吐量接近1 000 万人次，佛山和惠州两场旅客吞吐量均未超过300 万人次，此4 座机场的客运通航点均≤70个。

图1 粤港澳大湾区机场群旅客吞吐量的空间格局Fig.1 Spatial pattern of passenger throughput of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area airport agglomeration

粤港澳大湾区机场群的航线网络也呈现集聚在部分城市对的特征。在国内航线网络方面（图2、3），2019年粤港澳大湾区机场群与北京、上海、成都、台北等人口经济高度集聚城市的大型机场通航最为频繁，其中航班量排名前三位的航段依次是深圳—上海虹桥（2.98万班）、广州—上海虹桥（2.63万班）、深圳—北京首都（2.38万班）。与2015年相比，粤港澳大湾区机场群共新增141 个国内航点，同时也减少30个国内航点，整体上表现出增加远距离航班、减少近距离航班的空间态势；具体而言，除飞往京津冀、长三角和成渝地区等主要市场地的航班增加外，粤港澳大湾区飞往郑州、西安等中西部地区的远距离航班也相应增加，但飞往广西、海南、台湾等近距离航点的航班却减少。

图2 2019年粤港澳大湾区机场群国内航线和航班分布Fig.2 Domestic routes and flights from/to Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Airport Agglomeration in 2019

图3 2015—2019年粤港澳大湾区机场群国内网络变化Fig.3 Domestic route and flight changes from/to Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Airport Agglomeration during 2015-2019

在国际市场方面（图4、5），2019 年大湾区机场群主要通航周边东亚和东南亚地区的机场，其次是远距离的欧美国家机场；其中香港国际机场在国际航空客运市场上具有较大的优势，占据航班量排名前六的航段，由大到小排列连接航点依次为泰国曼谷（1.66 万班）、韩国仁川（1.55 万班）、新加坡樟宜（1.33 万班）、菲律宾马尼拉（1.29 万班）、日本关西（1.17 万班）、日本成田（1.16 万班）。与2015 年相比，粤港澳大湾区机场群共增加99 个国际航点，同时也减少了13 个航点；与国内市场相似，大湾区机场群积极推动航点（广度）拓展策略。从2015—2019年航班量变化分析，整体上以增加飞往东亚和东南亚地区的航班为主，且洲际远程航班量呈现下降趋势；其中航班变化量排名前三的航段依次是香港—成田（0.34 万班）、香港—关西（0.34万班）、广州—柬埔寨金边（0.31万班）；与国内市场相对多元化的航班（深度）拓展策略相比，受运输距离、航权时刻等资源约束，国际市场的航班拓展的路径依赖性较强。

图4 2019年粤港澳大湾区机场群国际航线分布Fig.4 International routes and flights from/to Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Airport Agglomeration in 2019

图5 2015—2019年粤港澳大湾区机场群国际航线网络变化Fig.5 International route and flight changes from/to Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Airport Agglomeration during 2015-2019

2.2 整体性竞合格局

从通航点情况看，机场群整体通航机场数量由2015年的219座增加至2019年的272座。从航点竞合情况分析，2015 年（图6-a）大湾区机场群完全垄断市场（kj=1）包括多伦多、台南、多伦多等83座机场，通航市场占比p(k)为37.9%；弱合作市场（kj=2与kj= 3，且0.25Kj≤0.5）包括马尼拉、济南、东京等94座机场，通航市场占比42.9%；弱竞争市场（kj=4与kj=5，且0.5Kj≤0.75）包括新加坡、曼谷、海口等36 座机场，通航市场占比16.4%；强竞争市场（kj=6，且0.75Kj）包括昆明、重庆、成都、宁波等4座机场，通航市场占比为1.8%；完全竞争市场（kj=7 且Kj= 1）包括上海浦东和杭州2座机场，通航市场占比为0.9%。2019年（图6-b）大湾区机场群完全垄断市场包括冲绳那霸、芝加哥、玉林等92座机场，通航市场占比为33.8%，较2015 年增加9 个通航点但市场占比反而下降4.1 个百分点；弱合作市场包括胡志明市、乌鲁木齐、大连等115座机场，通航市场占比42.3%，较2015 年通航点增加21 个但市场占比基本稳定；弱竞争市场包括上海虹桥、台北桃园、曼谷等43座机场，通航市场占比15.8%，较2015年通航点增加7 个但市场占比相对稳定；强竞争市场包括北京首都、杭州、成都等17 座机场，通航市场占比为6.3%，较2015 年通航点增加13 个且市场占比升高4.5个百分点；完全竞争市场包括上海浦东、南京、昆明、海口、温州等5 座机场，通航市场占比为1.8%，较2015 年增加近1 倍。从2015—2019 年市场占比p(k)的变化趋势分析，群内通航3、4及6座机场的增幅较为明显，同期通航1、2座机场的增幅较少，致使p(k)整体斜率变小，表明市场整体竞争程度有所增加。

图6 2015（a）和2019年（b）粤港澳大湾区机场群航点竞合格局Fig.6 The co-opetition pattern of airports in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area,2015 and 2019

从基于航班频度的航线竞合情况（图7）分析，非垄断性航线（2 ≤kj≤7）竞争存在较大的差异性及复杂性。对于2015年大湾区机场群航线市场而言（图7-a），在kj= 2的航线市场上，东京羽田、伦敦希思罗、福冈等5座机场的航线为垄断竞争型市场，通航点市场占比为7.4%；在kj=3 的航线市场上，东京成田、马尼拉、长春等10座机场的航线为垄断竞争型航线，通航点市场占比为38.5%；在kj=4的航线市场上，新加坡、高雄、湛江等16座机场的航线为垄断竞争型市场，通航点市场占比为64.0%；在kj=5的航线市场上，上海虹桥、北京首都、长沙等8座机场的航线为垄断竞争型航线，通航点市场占比为72.7%；在kj= 6 与kj=7 的航线市场上，昆明、重庆、成都等6座机场的航线均为垄断竞争型航线。对于2019年大湾区机场群航线市场而言（图7-b），在kj= 2 的航线市场上，孟买、旧金山、乌兰巴托等6座机场的航线为垄断竞争型市场，通航点市场占比为8.8%；在kj=3的航线市场上，迪拜、洛杉矶、伦敦希思罗等11座机场的航线垄断竞争型航线，通航点市场占比为23.4%；在kj=4的航线市场上，新加坡、高雄、长春等19座机场的航线为垄断竞争型市场，通航点市场占比为55.9%；在kj=5的航线市场上，烟台、太原、南宁等5座机场的航线垄断竞争型航线，通航点市场占比为55.6%；在kj= 6 与kj=7 的航线市场上，昆明、成都、上海虹桥等22座机场的航线全部为垄断竞争型航线。对比分析2015和2019年不同度值的航线竞合指数发现，随着通航机场度值（kj）的增加（除kj=2外），2019年各度值最大指数及最小指数之间的差值均大于2015年相应值，表明航线市场竞争程度整体呈现增加态势。

图7 2015和2019年大湾区机场群航线竞合指数分布Fig.7 The co-opetition pattern of air routes in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in 2015 and 2019

2.3 交互式竞合格局

从航点交互式竞合指数情况（表1）分析，2015年广州—佛山、香港—珠海、澳门—惠州等16对机场之间表现为强合作市场（NCIAB≤0.25），广州—香港、深圳—香港、惠州—佛山、珠海—澳门等4对机场之间表现为弱合作市场（0.25 ＜ NCIAB≤0.5），仅有深圳—广州机场之间表现为弱竞争市场（0.5 ＜ NCIAB≤0.75）。2019年广州—惠州、澳门—佛山、香港—珠海等10对机场之间表现为强合作市场，广州—香港、香港—深圳、澳门—惠州等10对机场之间表现为弱合作市场，深圳—广州机场之间表现为弱竞争市场。整体来看，2019年机场群交航点互式竞合指数呈现增大趋势，市场竞争程度有所提升；除深圳—广州外，2015 和2019 年大湾区航线网络的航点交互式竞合市场整体仍属于合作型市场。

表1 2015年和2019年大湾区机场群航点交互式竞合指数分布Table 1 Interactive co-opetition index of airports in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in 2015 and 2019

从航线交互式竞争指数情况（表2）分析，2015年广州—佛山、广州—惠州、澳门—佛山等10对机场之间表现为强合作市场（≤0.25），广州—珠海、深圳—澳门、惠州—佛山等9对机场之间表现为弱合作市场（0.25≤0.5），香港—广州机场之间表现为弱竞争市场（0.5≤0.75），广州—深圳机场之间表现为强竞争市场（> 0.75）。2019年广州—佛山、广州—惠州、香港—惠州等8对机场之间表现为强合作市场，广州—澳门、香港—深圳、澳门—深圳等8对机场之间表现为弱合作市场，广州—香港、香港—澳门、深圳—珠海、惠州—珠海等4对机场之间表现为弱竞争市场；竞争市场多发生在旅客吞吐量千万级机场之间，广州—深圳机场之间表现为强竞争市场；随着机场规模增加，大湾区航线市场交互式竞争程度变强的趋势，原因可能在于大型机场所服务的城市具备规模以上飞往相同目的地的航空运输市场需求。整体来看，2019年机场群交互式航线竞合指数较2015年有一定幅度的增长，随着大湾区整体航空市场的快速增长，大湾区航线网络的航线交互式竞合市场格局整体由2015 年的合作型向2019 年的竞争型转变。对比航点交互式竞合指数情况，发现机场群在航线市场上的竞争程度整体大于在航点市场上的竞争程度。值得指出的是，佛山—广州、佛山—澳门等机场对的航点市场竞争程度略高于航线，表明佛山机场在航线网络发展方面采取了广度（航点）拓展优先的策略。

表2 2015和2019年大湾区机场群航线交互式竞合指数分布Table 2 Interactive co-opetition index of air routes in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area in 2015 and 2019

3 结论与讨论

机场群已成为中国国家机场体系及综合交通体系的核心市场。从网络结构的基本特征出发，本研究基于二部图理论建立机场群航线网络的描述模型；考虑航点（边联系为0～1 拓扑关系）及航线（边联系强度的加权关系）2种情形，从整体性竞合市场及交互式竞合市场2个视角，创新性地建立了机场群航线网络竞合的理论分析框架及定量化评价模型，为机场群航线网络竞合的深化研究及其内在驱动机制分析奠定了基础。基于粤港澳大湾区世界级机场群航线网络的分析，该方法为机场群竞合关系提供了一种定性与定量相结合的分析手段。

粤港澳大湾区作为中国航空业务量最大、发展相对较为成熟的机场群，其航线网络竞合关系较为复杂。从整体性竞合格局看，大湾区机场群航点竞合市场主要由完全垄断市场与弱合作市场主导，但两大市场占比由2015 年80.9% 下降至2019 年76.1%，市场整体竞争程度有所增加；同时，航线竞合市场表明航点规模（kj）相同机场的内部竞争存在较大差异性，且竞争程度呈现增强态势。从交互式竞合格局分析，大湾区机场群航点交互式竞合市场由强合作市场及弱合作市场主导，2015和2019年的机场对数量均为20 对；但弱合作市场数量增加，市场竞争趋势增强。航线交互式竞合市场也由强合作市场及弱合作市场主导，但机场对数量由2015年19对下降至2019年的16对；大湾区机场群航线市场竞争程度整体大于在航点市场，但部分机场对表现不一致。

航线网络是机场群重要的生产要素，也是机场之间差异化定位的重要抓手。机场群航线网络竞合关系的评价是优化资源配置、促进机场群协同发展的一项基础性工作，进一步的研究工作将结合图论、复杂网络、统计学等理论建立更加完善的评价模型体系（如考虑群内部联系及竞合阈值参数设定）。另外，亟需在更长时间尺度、更多地域范围开展机场群航线网络竞合关系的实证研究，以寻找发展规律并指导实践规划工作；同时，也需加强与城市群区域发展互动的系统分析，探索驱动机场群航线网络竞合关系演变的内在机制。