中国航空网络结构及其演化分析

论文摘要

航空网络作为重要的基础设施,对一个城市、一个区域乃至一个国家的社会经济发展发挥着巨大的作用,引起了各个领域研究者的关注,他们希望探索航空业发展的规律,理解航空网络上旅客、航空公司、政府之间的复杂交互行为,掌握航空网络及运营系统背后的机理,提高网络运行效率,使其更好地为人类社会服务。时至今日全球范围内的航空网络规模异常巨大,涉及对象庞杂众多,关系复杂,复杂网络理论作为一种研究复杂系统的工具有力地促进了对航空网络宏观整体性质的认识。我国航空体系初具规模,初步形成了以北京、上海、广州等枢纽机场为中心,以成都、昆明、重庆等省会或重点城市机场为骨干以及众多其他城市干、支线机场相配合的基本格局。复杂网络理论能为我国航空网络进一步转向中枢运营的模式提供巨大的理论支持。本文以复杂网络理论视角,对由多航空公司组成的国家航空网络进行研究,能够揭示出以往管理科学决策忽视的地方,解决传统经济管理理论重视微观层面决策而忽视整体网络特性的问题,对航空公司和政府有较好的借鉴意义。同时,针对目前复杂网络理论中存在的普遍重视拓扑性质、忽视点边上的权重等不足,建立符合交通行为特征的加权网络演化模型,具有一定的理论创新价值。本文基于由136个城市节点和1701条城市对之间的直达航班组成的中国航空网络,重点对以下内容开展了研究:(1)中国航空网络的复杂统计拓扑性质研究。通过定量描述我国航空网络的一些静态几何量,包括点度分布、点强度分布、介数分布、平均最短路径、聚层系数等,得出航空网络的统计特征,进一步研究度分布之间的相关性、介数与点度的对应关系、网络的小世界和无尺度性质、网络的集聚程度等。研究显示,中国航空网络是具有无尺度特性的小世界网络,网络具有层次结构和“富者俱乐部”现象,研究也发现了中国航空网络中存在的社团现象。(2)中国航空网络的演化机制研究。建立了适合于社会经济网络的成本驱动的加权网络演化模型,特别针对航空网络进行了深入探讨,通过引入具有规模经济效应和拥挤效应的成本函数和成本偏好,较好地解释了航空网络点度分布为截尾幂律分布、点强度和点度的非线性相关性和不同规模的航空网络具有不同的度相关性等现象。(3)长三角地区机场群分析。以长三角地区机场群为例,针对长三角地区机场过分密集、布局不合理的现象进行研究。采用乘客出行路径选择理论和复杂网络理论分析乘客的行为模式和原因,并以全国航空数据研究长三角地区各机场特别是南京机场的情况,解释长三角地区机场之间存在的竞争和互补的关系,为将来的机场群建设提出发展方向和解决思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.1.1 选题背景分析
• 1.1.2 研究目的和主要意义
• 1.2 研究框架和主要内容
• 1.3 论文的创新点
• 第二章 理论研究概述和现状
• 2.1 复杂网络理论
• 2.2 研究现状
• 2.2.1 复杂网络理论国内外研究现状
• 2.2.2 航空网络国内外研究现状
• 第三章 中国航空网络的网络结构分析
• 3.1 本文数据情况
• 3.2 网络拓扑性质研究
• 3.2.1 点度分布
• 3.2.2 点强度分布
• 3.2.3 平均最短路径
• 3.2.4 聚层系数
• 3.2.5 度相关性
• 3.2.6 介数分布
• 3.3 城市节点介数与点度分析
• 第四章 中国航空网络的演化分析
• 4.1 复杂网络的演化机制
• 4.2 航空网络的结构特征——轴辐射网络
• 4.3 成本驱动的加权网络演化模型
• 4.3.1 模型描述
• 4.3.2 点度分布
• 4.3.3 点强度分布、点强度和点度关系
• 4.3.4 网络结构分析
• 第五章 长三角地区机场群研究
• 5.1 长三角地区机场群发展现状
• 5.2 乘客出行路径选择理论模型
• 5.3 加权介数
• 5.4 算例:南京机场
• 5.5 长三角地区机场群发展建议
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 在攻读硕士学位期间参与的科研项目及发表的论文
• 后记