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安徽省城际客运网络分析2022

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为熟悉交通网络的建模方式,认识家乡城市在地域中的交通地位及城市间联系,调研安徽省城际交通网络线路(公路、铁路等)的地域分布,尝试挖掘地域交通存在的问题并提出改善建议。






完整实验内容(限于篇幅,下文仅展示部分内容)





数据准备与处理





安徽,简称“”,省名取当时安庆徽州两府首字合成,省会合肥。位于中国华东长江三角洲地区,东连江苏,西接河南湖北,东南接浙江,南邻江西,北靠山东,总面积14.01万平方千米。截至2021年末,安徽省常住人口6113万人。


安徽省区位图

截至2020年7月,安徽省下辖16个地级市,9个县级市,50个县,45个市辖区。

安徽省各地区生产总值


安徽省各市客货运输量


采用的数据是安徽省16个地级市间长途客运、高铁班次等,长途客运数据由车次网(http://m.checi.cn/得到,高铁班次通过12306统计获得。

全国公路长途汽车客运时刻网络

构建长途汽车客运网络的表格(有向)



构建高铁客运网络的表格(有向)






软件操作





利用ArcGIS构建城市基本联系网、城市客运网、铁路网等,并进行可视化操作。

基于安徽省主要城市进行城际交通的吸引力分析,其可视化的必要底图是各个市辖区的行政边界图,需要首先将其导入ArcGIS中。具体操作如下:


(1)导入全国省市shp数据


全国各市

(2)开始编辑,将多余省市去除只保留安徽省市数据,用作分析。

3)调整图层颜色,边框和不透明度等参数。

安徽省地级市

(4)使用ArcGIS中的要素转点工具,构建以市为单位的节点,标注增加安徽省各市的名称。

标注后的安徽省地级市

(5)对转出的点集添加XY坐标。现在属性表中添加XY的坐标字段,添加安徽省各市的XY坐标。
(6)导出数据之后对XY坐标进行XY转线操作。构建安徽省城际交通网。

安庆市城际联系

安徽省各市联系

进一步地,可利用经典的万有引力模型和人口、GDP、距离、交通线路数量等数据继续分析城际间客运网络联系与吸引力。





客运网络分析




(1)连接添加外部数据表格(人口、GDP等可计算吸引力的数据)。下面以GDP为基础数据,进行引力模型计算。


(2)投影工具,将图层坐标系转变为投影坐标系(UTM),添加距离字段,使用计算几何工具,计算距离。


(3)添加吸引力字段,使用吸引力公式计算吸引力。


(4)使用吸引力数据作为各边的权重,进行可视化操作。得到安徽省某个市对其他市的吸引力图。

芜湖市基于GDP引力模型的对外吸引力图


(5)其他市同上操作,最后得到安徽省内各市的以GDP为基础数据的引力模型吸引力图。


安徽各地级市吸引力分布图
(基于GDP的引力模型)


(6)以每日的通车班次作为各连接边的权重,绘制安徽省主要城市客运交通吸引力分布图。


安徽省各地级市吸引力分布图

(公路客运交通)


(7)通过12306统计各市之间的高铁班次,以每日的高铁班次作为各连接边的权重,绘制安徽省主要城市铁路交通吸引力分布图。

安徽省各地级市吸引力分布图
(铁路客运交通)

(8)使用Gephi进行可视化操作并计算主要复杂网络指标。


铁路交通网与公路交通网


安徽省铁路与公路交通网络主要指标


安徽省16个主要城市组成的公路交通网络公路网络平均集聚系数为0.8152,表明安徽省16个城市之间的客运线路连接较为紧密;长途客运网络的平均距离为1.2667。从网络指标的分布上看,公路交通网络的节点度集中在8-16范围内,点介数和边介数分布也比较集中。

铁路网络平均集聚系数为0.7577,表明安徽省16个城市之间的铁路交通连接较为紧密;铁路客运网络的平均距离为1.447。从网络指标的分布上看,铁路交通网络的节点度集中在3-14范围内,点介数和边介数分布也比较集中。





问题与建议





关于安徽省城际客运网络的鲁棒性,其网络连通度随着失效节点数的增加,蓄意失效和随机失效一开始具有相似的趋势,都随着去除节点的增加而缓慢、近似线性地下降;但是随着去除节点比例的升高,网络连通度开始出现区别:当铁路去除节点比例达到0.2、公路去除节点比例达到0.6之后,蓄意失效下的网络连通度开始快速下降,而随机失效曲线依旧近似线性地下降。


基于连通度的网络节点鲁棒性(左为公路,右为铁路


安徽省公路和铁路网络经过鲁棒性分析之后,其抵抗随机攻击破坏的能力相对较强,在铁路节点时效比例处于0.2以下,公路节点失效比例处于0.6以下时与随机失效的结果几乎一致;而随着失效比例大于这个值以后,交通网络的抵抗蓄意攻击能力开始下降。但是总体而言,该网络对抗蓄意攻击破坏的鲁棒性较低。主要是由于网络中重要节点的分布不是很均匀,在去除率达到一定程度之后,很容易改变网络结构。因此需要对该网络进行优化。


总体上说,安徽省内各城市之间的客运联系还算紧密,通过网络分析发现,安徽省内一些城市之间还没有直达客运交通以及铁路交通,一些城市之间只有单向的公路和铁路交通。这样会阻碍城市之间的交流和协同发展。建议参考交通网分析、交通规划与社会发展需要,增加城市之间的交通线路,尤其是经济稍微落后的城市与省会之间的沟通,使得网络通达性更高,增强网络的鲁棒性。激发居民的出行欲望,推动安徽省各城市之间的交流,从而带动安徽省的社会发展。





作者信息





本文内容整理自2020级本科生CJ的《复杂网络导论》课程实验报告。



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