中國民用航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的連通性分析

周 立，趙靜遠(yuǎn)，龔權(quán)星，孟慶潔

上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院，上海，200234

國外交通地理學(xué)起源于上世紀(jì)中葉的計(jì)量革命，中國的交通地理學(xué)的發(fā)端與世界同步，主要通過借鑒和移植國外交通計(jì)量方法進(jìn)行相關(guān)研究[1]。新中國成立70年以來，尤其是改革開放以來，交通運(yùn)輸?shù)乩韺W(xué)作為人文地理學(xué)的重要分支學(xué)科在中國得到了蓬勃發(fā)展，目前正處于學(xué)科穩(wěn)定發(fā)展期[2]。航空運(yùn)輸?shù)乩韺W(xué)是交通地理學(xué)的重要組成部分，是其最年輕的學(xué)科分支[3]。其主要以航空線路的起訖點(diǎn)、航空線路和航空港的布局作為主要研究內(nèi)容[4]。機(jī)場作為航空運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)建構(gòu)基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代城市之間進(jìn)行相互交流的重要窗口，已有相關(guān)研究從機(jī)場本體出發(fā)，如機(jī)場航線數(shù)量等指標(biāo)考察機(jī)場體系的集聚分散特征、服務(wù)水平、等級(jí)結(jié)構(gòu)及其分類等[5]。此外，已有研究表明高鐵的發(fā)展會(huì)對(duì)航空運(yùn)輸產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊[6]。

在中國高速鐵路快速發(fā)展以及航空燃油價(jià)格快速上漲的背景下，如何充分調(diào)配現(xiàn)有資源，開辟更有潛力、更有價(jià)值的航線已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。目前，定量分析方法已經(jīng)成為研究航空網(wǎng)絡(luò)的主要手段[7]。中國的航線網(wǎng)絡(luò)由于自身水平和市場競爭等因素的限制，航線模式依舊以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)為主。因此，在現(xiàn)有的研究中，更多的側(cè)重于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的研究，在為數(shù)不多的航線網(wǎng)絡(luò)研究中，民航華東地區(qū)空中交通管理局空管中心終端室的顧儉對(duì)民航網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化提出，要以市場為導(dǎo)向，對(duì)航線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[8]；謝本凱和汪瑜等學(xué)者則從網(wǎng)絡(luò)的魯棒性入手，嘗試檢測(cè)現(xiàn)有航線網(wǎng)絡(luò)的生存能力[9-10]。

本文以全國36個(gè)核心城市形成的航線網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，采用求和法、連通性法和系統(tǒng)聚類分析法，分析我國航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，尋求滿足航空公司利益與地方需求的民航發(fā)展路徑。

1 數(shù)據(jù)來源及處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用了全球領(lǐng)先的航班數(shù)據(jù)服務(wù)公司飛常準(zhǔn)、航旅縱橫和Flightradar24的數(shù)據(jù)，研究范圍為經(jīng)綜合篩選后的中國36座城市之間的起落航班(見表 1)，數(shù)據(jù)選取時(shí)間段為2018年12月1日至31日。12月是中國民航的傳統(tǒng)淡季，旅游需求較低，因此，該時(shí)間段的數(shù)據(jù)具有較高的穩(wěn)定性與可靠性。

1.2 數(shù)據(jù)遴選

中國幅員遼闊，南北和東西跨度很大，但人口主要集中在東南沿海發(fā)達(dá)地區(qū)。除了以省級(jí)行政單位各自選取省會(huì)城市主要機(jī)場作為數(shù)據(jù)來源之外，還以國家政策作為參考，選擇了經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的五個(gè)計(jì)劃單列市即大連、青島、寧波、廈門、深圳進(jìn)入樣本，選取的機(jī)場列表如表1所示。

1.3 數(shù)據(jù)修正

由于不同數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)有部分的差異，如：部分在Flightradar24上有數(shù)據(jù)的航班但實(shí)際為不載客的調(diào)機(jī)航班；飛常準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中誤將貨運(yùn)航班與客運(yùn)航班混淆；航旅縱橫的航班信息不完全等。通過機(jī)型或航班號(hào)能夠?qū)@些疑似數(shù)據(jù)進(jìn)行正確分類，獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。由于航班具有周期性，兩城市之間并不是每日都會(huì)有相同數(shù)量的航班，常常是以周為計(jì)數(shù)單位，對(duì)于不滿每周3班的航班，在統(tǒng)計(jì)中即視為0。

表1 36個(gè)城市38座機(jī)場樣本數(shù)量列表

2 研究方法及結(jié)果

2.1 求和法

求和法就是對(duì)遴選后的航線網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)城市起飛航班的數(shù)量進(jìn)行求和的統(tǒng)計(jì)方法，能夠直觀地體現(xiàn)出各個(gè)城市之間航班的數(shù)量差異(如表2)。

表2 各城市每日航班數(shù)

從表2中可以看到，中國中部、西部地區(qū)的城市航班數(shù)量整體偏低，北方相較南方更少。最小值的拉薩、西寧的航班數(shù)量較少，與其地理位置相對(duì)偏遠(yuǎn)、經(jīng)濟(jì)活躍度不高、人口流動(dòng)少有關(guān)。最大值的上海、北京分別是中國的經(jīng)濟(jì)、政治中心，城市作為航點(diǎn)有極大價(jià)值，對(duì)于北京、上海來說，積極發(fā)展國際航線，帶動(dòng)“國內(nèi)—國際”的周轉(zhuǎn)更為重要。值得關(guān)注的是，寧波在這一方法中的位次很低，結(jié)合其地理位置，應(yīng)與其周邊城市排位均較高且距離較近有關(guān)，因此寧波應(yīng)嘗試?yán)闷浒l(fā)達(dá)的港口服務(wù)業(yè)，帶動(dòng)商務(wù)需求。

航班數(shù)量越多的城市，其航班空余時(shí)刻越少，機(jī)場的壓力較大，如北京為了進(jìn)一步發(fā)展航空運(yùn)輸，已于2019年10月初開通北京大興國際機(jī)場，這對(duì)于北京進(jìn)一步強(qiáng)化國際航空交通樞紐具有重要意義。同時(shí)，民航業(yè)也要加強(qiáng)在二線城市的發(fā)展，分擔(dān)一線城市的航空運(yùn)輸壓力。

2.2 連通性法

連通性是指某一點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中能夠觸達(dá)的程度。國外的研究認(rèn)為，連通性被認(rèn)為是從供給層面來說明一個(gè)特定機(jī)場如何在航線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮其節(jié)點(diǎn)作用[11]。在網(wǎng)絡(luò)分析中，連通性能夠直接反映出點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可到達(dá)的程度。通過比較各城市的連通性情況，能夠直觀地體現(xiàn)出城市在網(wǎng)絡(luò)中的地位。

考慮到距離過近的兩城市之間的航班會(huì)被性價(jià)比更高的地面交通所代替，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間在45分鐘以內(nèi)時(shí)，飛機(jī)的運(yùn)行效率與地面高速鐵路運(yùn)輸相比不具競爭力，也就是說，當(dāng)兩城市之間的距離小于地面鐵路一小時(shí)能夠到達(dá)的距離(約250千米)時(shí)，兩城市之間幾乎不可能有可盈利航班存在，故在計(jì)算某城市的民航連通性時(shí)，距離較近的城市不在連通性樣本統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)。機(jī)場連通性的計(jì)算公式為：

(1)

其中，p表示連通性，n為可到達(dá)的城市數(shù)量，q為樣本中在其250千米范圍之外的城市數(shù)量。其結(jié)果如表3所示。

表3 36城連通性情況排名

在連通性情況排名中，北京由于其首都功能以及城市規(guī)模，能夠連通到網(wǎng)絡(luò)中所有城市。在北京之外，成都與重慶都高居榜首，昆明的連通性也較高，一是這些城市自身在西南地區(qū)的重要程度，二是這些城市基本處于網(wǎng)絡(luò)的幾何中心。另外，這些城市所在地區(qū)地形地貌復(fù)雜，鐵路運(yùn)輸建設(shè)難度大、成本高，航空運(yùn)輸是開發(fā)成本相對(duì)低的交通運(yùn)輸方式。西寧與拉薩地理位置偏遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)活躍度不高，航線的商務(wù)價(jià)值不高，導(dǎo)致機(jī)場的連通性有限。

2.3 系統(tǒng)聚類分析法

系統(tǒng)聚類分析法把統(tǒng)計(jì)量作為劃分類型的依據(jù)，依據(jù)相似程度的多少進(jìn)行聚合分類，根據(jù)各個(gè)類之間的親疏關(guān)系完成一張譜系圖。對(duì)航線網(wǎng)絡(luò)中具有相似性質(zhì)的城市進(jìn)行聚類，被分為一類的城市往往具有相似的問題，也能有相似的解決方案。在航空運(yùn)輸?shù)乩韺W(xué)中，被聚為一類的城市，對(duì)于其他城市而言，具有相近的開航價(jià)值，被聚為一類的城市之間能夠在發(fā)展民航業(yè)的時(shí)候進(jìn)行合作研究。

使用MATLAB軟件進(jìn)行系統(tǒng)聚類，對(duì)聚類要素處理時(shí)應(yīng)用了極差標(biāo)準(zhǔn)化的方法，使用的是絕對(duì)值距離，最終系統(tǒng)聚類分析后的譜系圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)聚類分析譜系圖

通過系統(tǒng)聚類分析譜系圖，可以直接看出每個(gè)具有相似的類。譜系圖表明，哈爾濱與大連、貴陽與南寧、呼和浩特與銀川、西寧與拉薩、濟(jì)南與合肥會(huì)被最優(yōu)先聚為一類，說明這些城市具有較大的相似性。從地理位置來看，最優(yōu)先被聚類的城市都在同一地理大區(qū)之內(nèi)，以哈爾濱與大連為例，兩城市均位于東北地區(qū)，且都在較邊緣位置，兩城市的GDP指標(biāo)也較為相近，因此，哈爾濱與大連就可以通過相似的途徑來促進(jìn)民航業(yè)的發(fā)展。哈爾濱與大連均沒有到南寧的航班，到?？诘暮桨嘁埠苌?，結(jié)合近年來頗為旺盛的東北地區(qū)前往華南地區(qū)的熱潮，地方政府與航空公司可以推進(jìn)兩地的開航。再以濟(jì)南與合肥為例，兩城市均位于華東地區(qū)，每日航班的起落數(shù)量及連通性都不高，且近距離內(nèi)有較強(qiáng)的競爭城市青島與南京，因此，可以通過加強(qiáng)并完善“空陸聯(lián)運(yùn)”的方式[12]，即以較低的價(jià)格吸引航班，通過便捷的地面交通進(jìn)行周轉(zhuǎn)的方式，推進(jìn)民航業(yè)的發(fā)展。

對(duì)于在譜系圖中分類靠后的城市，在國內(nèi)的連通性都較高，一種方案是同上文提到的加強(qiáng)國際航線網(wǎng)絡(luò)，還有一種方案是可以加密較薄弱方向的航線班次，填充不同時(shí)刻以完善航線網(wǎng)絡(luò)。以深圳為例，雖然連通性較高，但是向西部地區(qū)、東北地區(qū)的航班數(shù)量稀少，有較大的提升潛力。

3 結(jié) 論

一個(gè)城市的民航發(fā)展水平是受周邊城市、地面交通、城市地位等諸多因素的綜合影響的結(jié)果，在已經(jīng)成熟的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)研究中，對(duì)單一城市的具體問題分析已經(jīng)相對(duì)透徹。本文著眼整個(gè)中國航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)36個(gè)核心城市的定量研究分析，得出以下結(jié)論:

第一，相鄰城市之間會(huì)產(chǎn)生競爭關(guān)系。綜合求和結(jié)果與連通性結(jié)果來看，福州、合肥的連通性水平與航班數(shù)量均不如相鄰的廈門、南京，說明在一定范圍之內(nèi)的城市之間具有相互競爭關(guān)系，需要合理分配城市職能進(jìn)行協(xié)調(diào)發(fā)展。

第二，中長距離航班數(shù)量較少。綜合求和結(jié)果與連通性結(jié)果來看，位于航空網(wǎng)絡(luò)外圍的哈爾濱、烏魯木齊、南寧、?？诘瘸鞘锌傮w上以近距離航班為主。整個(gè)航空網(wǎng)絡(luò)以南多北少、東密西疏為特點(diǎn)，大跨度的南北、東西航班仍有發(fā)展空間。

第三，對(duì)于地質(zhì)地貌復(fù)雜的地區(qū)，航空運(yùn)輸相比于地面鐵路運(yùn)輸是較為理想的交通出行工具，可以大力發(fā)展這些地區(qū)的航空運(yùn)輸。如我國的西南地區(qū)及部分山區(qū)地區(qū)，像重慶、蘭州，由于地質(zhì)地貌復(fù)雜，鐵路運(yùn)輸建設(shè)難度大，時(shí)間耗時(shí)長，航空運(yùn)輸有著極大的優(yōu)勢(shì)，具有很大的發(fā)展空間。