城市軌道交通及傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡可視化研究

劉學軍 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)絡和城市軌道交通網(wǎng)絡漸漸融為一體。但由于城市軌道交通存在不可避免在缺點， 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)絡綜合交通模型，并通過pajek仿真軟件計算該網(wǎng)絡模型的特征參數(shù)，得到該網(wǎng)絡的部分特性。為后續(xù)城市交通網(wǎng)絡的分析及向城市管理部門建議奠定理論基礎。

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)絡的特點，首先要獲取有效的研究數(shù)據(jù)。筆者收集了西北某省會城市的交通網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。一個站點通過公交和地鐵可能有許多站點鏈接，從而使該站點節(jié)點與許多其他站點節(jié)點建立了關系。并構成城市軌道及公交運輸網(wǎng)絡。

（二） 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的清洗與處理是一項繁瑣的工作。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)轉換，第一種，本文將原始實驗數(shù)據(jù)導入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)絡特性分析

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

1.節(jié)點度

度值體現(xiàn)站點節(jié)點的影響力及對網(wǎng)絡的重要程度。節(jié)點的度越大，意味著節(jié)點越“重要”。網(wǎng)絡所有節(jié)點度的平均值定義為網(wǎng)絡的平均度。一方面考察節(jié)點的度值，同時計算了節(jié)點的入度和出度。選擇典型節(jié)點，計算了度、入度、出度數(shù)值，度值較大的節(jié)點有1、10、13、14、15、16，這是交通網(wǎng)絡中的中心節(jié)點。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)點不多，較為平均，這正反映了公交網(wǎng)絡的特點。

2.平均路長

網(wǎng)絡平均路徑長度稱為網(wǎng)絡的特征路徑長度。數(shù)值大小表明節(jié)點能夠連接到其他節(jié)點的難易程度，用兩節(jié)點之間的連線數(shù)來表征。研究表明，盡管許多實際的復雜網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)巨大，但網(wǎng)絡的平均路徑長度卻小得驚人。本文仿真結果公交網(wǎng)絡平均路長為4。這說明公交運輸網(wǎng)絡層次相對簡單。

3.聚類系數(shù)

聚類系數(shù)表示所有網(wǎng)絡節(jié)點的聚類系數(shù)平均值。本文公交網(wǎng)絡仿真結果為0.02923 。說明公交網(wǎng)絡是沿路線布置站點的特點。也表明一旦網(wǎng)絡中部分關鍵節(jié)點一旦癱瘓，其它節(jié)點就很難快速形成新的傳輸路徑。同時也說明該網(wǎng)絡并不是一個小世界網(wǎng)絡。

4.網(wǎng)絡節(jié)點的核心及最大連通子圖

復雜網(wǎng)絡理論表明：重要節(jié)點相對于整個網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目來說非常少，并且重要節(jié)點之間聯(lián)系非常緊密。如果其中少量重要節(jié)點受到攻擊，整個網(wǎng)絡就可能陷于癱瘓。

三、城軌交通及公交網(wǎng)絡可視化仿真與分析

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

從仿真結果可見，城市交通網(wǎng)絡有如下特征：網(wǎng)絡大小差別較大;多路車都會經(jīng)過幾個不同的站點;整個城市交通網(wǎng)絡存在幾個大的站點，新開設的站點容易與之相連;城市交通網(wǎng)絡具有無標度網(wǎng)絡的特性。

四 、結語

本文對城市交通網(wǎng)絡進行可視化仿真研究，分析結果如下：1.整個交通網(wǎng)絡節(jié)點度值呈冪律分布，網(wǎng)絡節(jié)點的平均距離為4.0，聚類系數(shù)較小。2.網(wǎng)絡優(yōu)化后，度值大于10的用戶僅有23位。可見交通網(wǎng)絡的穩(wěn)健性、脆弱性和這些節(jié)點相關聯(lián)。3.重點考慮擁堵重要節(jié)點的交通流形成機理以及城市交通網(wǎng)絡的演化規(guī)律，提出緩解和預防交通擁堵的道路規(guī)劃及控制策略。（作者單位：西安交通工程學院 ?中興通信學院）