城市軌道交通及傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡(luò)可視化研究

劉學(xué)軍 孫文高

近年來，隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡(luò)和城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)漸漸融為一體。但由于城市軌道交通存在不可避免在缺點(diǎn)， 因此不可能替代公交系統(tǒng)。只有將兩種交通系統(tǒng)有效銜接，才能實(shí)現(xiàn)城市交通系統(tǒng)效益最大化。

一 、引言

本文建立一種可視化分析城市軌道交通及傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡(luò)綜合交通模型，并通過pajek仿真軟件計(jì)算該網(wǎng)絡(luò)模型的特征參數(shù)，得到該網(wǎng)絡(luò)的部分特性。為后續(xù)城市交通網(wǎng)絡(luò)的分析及向城市管理部門建議奠定理論基礎(chǔ)。

二 、研究過程

（一） 研究數(shù)據(jù)獲取

研究城市公交及城軌交通網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，首先要獲取有效的研究數(shù)據(jù)。筆者收集了西北某省會(huì)城市的交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。一個(gè)站點(diǎn)通過公交和地鐵可能有許多站點(diǎn)鏈接，從而使該站點(diǎn)節(jié)點(diǎn)與許多其他站點(diǎn)節(jié)點(diǎn)建立了關(guān)系。并構(gòu)成城市軌道及公交運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。

（二） 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的清洗與處理是一項(xiàng)繁瑣的工作。本文選取PAJEK軟件完成數(shù)據(jù)的處理，采用兩種方法完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，第一種，本文將原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL，然后利用EXCELtoPAJEK獲取仿真數(shù)據(jù)，第二種方法本文將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成.TXT格式，再利用TXTtoPAJEK完成數(shù)據(jù)提取。

（三） 研究視角及網(wǎng)絡(luò)特性分析

本文通過社會(huì)網(wǎng)絡(luò)研究形成的分析概念與特征，密度、中心度、凝聚系數(shù)、平均路長(zhǎng)等作為研究網(wǎng)絡(luò)特性的指標(biāo)。

1.節(jié)點(diǎn)度

度值體現(xiàn)站點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的影響力及對(duì)網(wǎng)絡(luò)的重要程度。節(jié)點(diǎn)的度越大，意味著節(jié)點(diǎn)越“重要”。網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)度的平均值定義為網(wǎng)絡(luò)的平均度。一方面考察節(jié)點(diǎn)的度值，同時(shí)計(jì)算了節(jié)點(diǎn)的入度和出度。選擇典型節(jié)點(diǎn)，計(jì)算了度、入度、出度數(shù)值，度值較大的節(jié)點(diǎn)有1、10、13、14、15、16，這是交通網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點(diǎn)。入度值較大的有1、10、13、14、32，出度值較大有1、10、13、14、15、16、17、32。整體上看度值較大的節(jié)點(diǎn)不多，較為平均，這正反映了公交網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。

2.平均路長(zhǎng)

網(wǎng)絡(luò)平均路徑長(zhǎng)度稱為網(wǎng)絡(luò)的特征路徑長(zhǎng)度。數(shù)值大小表明節(jié)點(diǎn)能夠連接到其他節(jié)點(diǎn)的難易程度，用兩節(jié)點(diǎn)之間的連線數(shù)來表征。研究表明，盡管許多實(shí)際的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)巨大，但網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度卻小得驚人。本文仿真結(jié)果公交網(wǎng)絡(luò)平均路長(zhǎng)為4。這說明公交運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)層次相對(duì)簡(jiǎn)單。

3.聚類系數(shù)

聚類系數(shù)表示所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)平均值。本文公交網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果為0.02923 。說明公交網(wǎng)絡(luò)是沿路線布置站點(diǎn)的特點(diǎn)。也表明一旦網(wǎng)絡(luò)中部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)一旦癱瘓，其它節(jié)點(diǎn)就很難快速形成新的傳輸路徑。同時(shí)也說明該網(wǎng)絡(luò)并不是一個(gè)小世界網(wǎng)絡(luò)。

4.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心及最大連通子圖

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論表明：重要節(jié)點(diǎn)相對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目來說非常少，并且重要節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系非常緊密。如果其中少量重要節(jié)點(diǎn)受到攻擊，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就可能陷于癱瘓。

三、城軌交通及公交網(wǎng)絡(luò)可視化仿真與分析

城市交通網(wǎng)絡(luò)的形成存在多種方法，可以將交通網(wǎng)絡(luò)抽象成為一個(gè)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)。將交叉路口的站點(diǎn)看作節(jié)點(diǎn)，而將道路抽象為邊。兩個(gè)站點(diǎn)之間最短路徑就是兩站之間需要轉(zhuǎn)車的次數(shù)再加1;本文采用后一種方法仿真，仿真結(jié)果如圖1、圖2所示。

從仿真結(jié)果可見，城市交通網(wǎng)絡(luò)有如下特征：網(wǎng)絡(luò)大小差別較大;多路車都會(huì)經(jīng)過幾個(gè)不同的站點(diǎn);整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)存在幾個(gè)大的站點(diǎn)，新開設(shè)的站點(diǎn)容易與之相連;城市交通網(wǎng)絡(luò)具有無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的特性。

四 、結(jié)語

本文對(duì)城市交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視化仿真研究，分析結(jié)果如下：1.整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度值呈冪律分布，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平均距離為4.0，聚類系數(shù)較小。2.網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，度值大于10的用戶僅有23位。可見交通網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性、脆弱性和這些節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。3.重點(diǎn)考慮擁堵重要節(jié)點(diǎn)的交通流形成機(jī)理以及城市交通網(wǎng)絡(luò)的演化規(guī)律，提出緩解和預(yù)防交通擁堵的道路規(guī)劃及控制策略。（作者單位：西安交通工程學(xué)院 ?中興通信學(xué)院）