基于復雜網絡理論的通用機場保障網絡研究

邢偉永

摘 要：航空運輸的發(fā)展離不開強有力的地面保障服務。隨著各地區(qū)對通用航空需求的增加，通用機場是保障通用航空發(fā)展的基礎和關鍵。本文從現有機場布局角度出發(fā)，以復雜網絡理論為基礎，通過分析通用機場網絡的拓撲特征，對通用機場保障網絡的復雜性進行研究。

關鍵詞：通用機場；復雜網絡；機場保障；MATLAB；PAJEK

中圖分類號： U8 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）28-137-2

0 引言

交通運輸伴隨著人類的各種經濟社會活動以及社會生產力的發(fā)展和科學技術的進步，民用航空是交通運輸領域非常重要一部分，在全球人類進行生活和生產活動中有著舉足輕重的地位。通用機場是指為從事工業(yè)、農業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)和建筑業(yè)的作業(yè)飛行，以及醫(yī)療衛(wèi)生、搶險救災、氣象探測、海洋監(jiān)測、科學實驗、教育訓練、文化體育等飛行活動的民用航空器提供起飛、降落等服務的機場（《民用機場管理條例》第八十四條）。

1 復雜網絡理論

20世紀90年代以來，信息技術的發(fā)展迅猛，尤其Internet的極大進步使人與人之間通過各種各樣的網絡相連接，人類社會飛速邁入了網絡信息時代。我們所處的世界存在著各種各樣復雜網絡。對復雜網絡進行定性、定量的科學界定和解釋，已經成為網絡時代科學研究中一個極其重要的課題。

1.1 平均路徑長度（average path length）

1.3 度（degree）與度分布（degree distribution）

1.4 小世界網絡

小世界網絡是指既具有比較短的平均距離又具有相對較大簇系數的網絡，WS模型和NW模型是兩種最為典型的小世界網絡構造方法。

2 通用機場規(guī)劃模型

目前我國通用機場尚缺少統籌規(guī)劃布局，而通過一般運輸機場建設的經驗，可以發(fā)現盲目進行機場建設而沒有前期的統籌規(guī)劃和科學研究，結果只能造成資源浪費和達不到預期結果。因此，在全國范圍內加強通用機場的統籌規(guī)劃，首先深刻了解現有機場的分布和作用，基于此，才能保證更加合理地進行通用機場建設工作。

模型假設，為了使模型的建立簡單有效，先對幾方面內容做出如下假設：①以所有民用機場作為網絡節(jié)點，包括部分軍民很用的機場。對目前為止已經通航的運輸機場和通用機場構建復雜網絡，并對其進行評估分析。 臨時起降點不在本文的研究范圍之列。②每個符合條件的機場都是無差別的，即不考慮機場規(guī)模、設施以及從業(yè)人員的差異，認為它所有機場提供通用航空服務的能力是相同的。③每個通用機場都會有自身的業(yè)務服務范圍，我們普遍認為其業(yè)務服務范圍與當地的經濟水平和當地通用航空作業(yè)量兩個因素成反比，這兩個因素分別用機場所在省份GDP和機場年飛行小時數來衡量。

3 模型構建路線

3.1 數據搜集

本文以2012年為研究年度，搜集全國220家民用機場的名稱、所屬省份、經緯度以及年飛行小時數，查找機場所覆蓋的31個省（直轄市）的人均DGP。

3.2 計算兩機場節(jié)點之間的距離

在復雜網絡中測量兩節(jié)點的距離顯然不明智，又考慮到我國幅員遼闊，機場分布較為分散，本模型采用計算機輔助的方法以機場的經緯度來計算節(jié)點間的物理距離。

其中，jdi為i地的經度，wdj為j地的維度，R為地球半徑，（3.1）求得兩地的東西距離，（3.2）求得兩地的南北距離，（3.3）求得兩地直線距離。

3.3 計算機場的服務半徑

生成復雜網絡的鄰接矩陣。如果任意兩個機場之間的距離大于這兩個機場各自服務半徑的和，記為0，如果小于或等于則記為1；用MATLAB求出鄰接矩陣。最后將機場復雜網絡的鄰接矩陣導入Pajek，進行分析其拓撲性質。

3.4 模型的應用和分析

拓撲特征分析。通過構建的機場網絡鄰接矩陣，利用pajek計算出，該復雜網絡拓撲性質如下表所示：

由上表可以看出，該網絡的平均度長為3.72，這表明平均每個機場與3.72個其他機場的服務區(qū)有重疊，機場的總體疏密程度適中。機場的平局路徑長度為5.084，聚類系數為0.679，這與隨機網絡相比，該機場網絡具有較大的聚類系數、較小的平均路徑長度，因此可以說該機場網絡具有小世界特性。通用機場的小世界特性可以保障通用飛行器在飛行時能得到邊界的服務保障。

4 結論及對未來機場規(guī)劃的建議

近年來我國通航市場迅猛發(fā)展，通用航空市場的發(fā)展又離不開地面保障服務，結合現有通用機場的布局和民航局在2020年之前對民用機場的規(guī)劃布局，以通用機場網絡具有小世界網絡特性為原則，可對未來機場布局進行調整。我國東北、華北、新疆和廣東地區(qū)可新建通用機場，其他地區(qū)既有機場可以滿足飛行保障需求。

參 考 文 獻

[1] 王小帆.復雜網絡理論及其應用[M].清華大學出版社，2005.

[2] Wouter de Nooy.Exploratory Social Network Analysis with Pajek[M].Cambridge University Press.2005.

[3] 曾小舟.基于復雜網絡理論的中國航空網絡結構實證研究與分析[D].南京航空航天大學，博士學位論文，2011，11.