城市轨道交通及传统公交网络可视化研究

刘学军 孙文高

近年来，随着城市轨道交通的快速发展，传统公交网络和城市轨道交通网络渐渐融为一体。但由于城市轨道交通存在不可避免在缺点， 因此不可能替代公交系统。只有将两种交通系统有效衔接，才能实现城市交通系统效益最大化。

一 、引言

本文建立一种可视化分析城市轨道交通及传统公交网络综合交通模型，并通过pajek仿真软件计算该网络模型的特征参数，得到该网络的部分特性。为后续城市交通网络的分析及向城市管理部门建议奠定理论基础。

二 、研究过程

（一） 研究数据获取

研究城市公交及城轨交通网络的特点，首先要获取有效的研究数据。笔者收集了西北某省会城市的交通网络数据。一个站点通过公交和地铁可能有许多站点链接，从而使该站点节点与许多其他站点节点建立了关系。并构成城市轨道及公交运输网络。

（二） 数据处理

数据的清洗与处理是一项繁琐的工作。本文选取PAJEK软件完成数据的处理，采用两种方法完成数据转换，第一种，本文将原始实验数据导入EXCEL，然后利用EXCELtoPAJEK获取仿真数据，第二种方法本文将数据转化成.TXT格式，再利用TXTtoPAJEK完成数据提取。

（三） 研究视角及网络特性分析

本文通过社会网络研究形成的分析概念与特征，密度、中心度、凝聚系数、平均路长等作为研究网络特性的指标。

1.节点度

度值体现站点节点的影响力及对网络的重要程度。节点的度越大，意味着节点越“重要”。网络所有节点度的平均值定义为网络的平均度。一方面考察节点的度值，同时计算了节点的入度和出度。选择典型节点，计算了度、入度、出度数值，度值较大的节点有1、10、13、14、15、16，这是交通网络中的中心节点。入度值较大的有1、10、13、14、32，出度值较大有1、10、13、14、15、16、17、32。整体上看度值较大的节点不多，较为平均，这正反映了公交网络的特点。

2.平均路长

网络平均路径长度称为网络的特征路径长度。数值大小表明节点能够连接到其他节点的难易程度，用两节点之间的连线数来表征。研究表明，尽管许多实际的复杂网络节点数巨大，但网络的平均路径长度却小得惊人。本文仿真结果公交网络平均路长为4。这说明公交运输网络层次相对简单。

3.聚类系数

聚类系数表示所有网络节点的聚类系数平均值。本文公交网络仿真结果为0.02923 。说明公交网络是沿路线布置站点的特点。也表明一旦网络中部分关键节点一旦瘫痪，其它节点就很难快速形成新的传输路径。同时也说明该网络并不是一个小世界网络。

4.网络节点的核心及最大连通子图

复杂网络理论表明：重要节点相对于整个网络节点数目来说非常少，并且重要节点之间联系非常紧密。如果其中少量重要节点受到攻击，整个网络就可能陷于瘫痪。

三、城轨交通及公交网络可视化仿真与分析

城市交通网络的形成存在多种方法，可以将交通网络抽象成为一个加权网络。将交叉路口的站点看作节点，而将道路抽象为边。两个站点之间最短路径就是两站之间需要转车的次数再加1;本文采用后一种方法仿真，仿真结果如图1、图2所示。

从仿真结果可见，城市交通网络有如下特征：网络大小差别较大;多路车都会经过几个不同的站点;整个城市交通网络存在几个大的站点，新开设的站点容易与之相连;城市交通网络具有无标度网络的特性。

四 、结语

本文对城市交通网络进行可视化仿真研究，分析结果如下：1.整个交通网络节点度值呈幂律分布，网络节点的平均距离为4.0，聚类系数较小。2.网络优化后，度值大于10的用户仅有23位。可见交通网络的稳健性、脆弱性和这些节点相关联。3.重点考虑拥堵重要节点的交通流形成机理以及城市交通网络的演化規律，提出缓解和预防交通拥堵的道路规划及控制策略。（作者单位：西安交通工程学院  中兴通信学院）