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我国枢纽机场航线网络连通性研究
摘要：为了全面了解我国枢纽机场的连通能力，准确把握其国内航线网络构建的现状与未来发展，基于航线网络的空间结构建立机场航线网络连通性指标模型，从空间航线网络的连接质量角度研究了国内机场的连通性。研究结果表明我国主要机场五年来的指标变化与其发展模式相吻合，也验证了模型的适用性。
关键词：枢纽机场；航线网络；连通能力；空间结构；连通性指标模型
引言
2012年国务院发布的《关于促进民航业发展的若干意见》中第一次从国家层面对机场规划和建设提出具体要求：“着力把北京、上海、广州机场建成功能完善、辐射全球的大型国际航空枢纽，培育昆明、乌鲁木齐等门户机场，增强沈阳、杭州、郑州、武汉、长沙、成都、重庆、西安等大型机场的区域性枢纽功能”[1]。航线网络是实现机场枢纽功能的决定因素，航线网络连通性的优劣直接影响着航线网络的效率。枢纽机场之间的可达与否，航班密集程度和航线利用率都能在航线网络连通性的研究中得到直观反映[2]。2011年Arvis和Shepherd提出了“直观指标模型”[3]。“直观指标模型”不仅能反映航线连通的数量，还能体现出连通性的质量。在Pearce和Reynolds-FeighanMcLay的研究中，采用“直观指标模型”通过对不同机场赋值权重，使得通往一些“更有价值”的目的地机场能够增加枢纽机场的连通质量[4][5]。2013年MichaelD.Wittman和William S.Swelbar在此模型基础上加入了间接连通性，建立了机场连通质量指标（ACQI）模型[6]。ACQI模型在参数的计算中需要预先对机场等级进行划分，增加了模型使用的限制，而且在权重赋值时需考虑单一机场和各等级机场的年平均客流量，因而对现实数据的依赖程度很大，缺乏对没有明确等级划分机场的连通性的适用性。
文章综合考虑单一机场的直接连通性和间接连通性，基于航线网络的空间结构建立机场航线网络连通性指标模型。计算了2014年我国8个主要机场和北京、广东、上海浦东、虹桥4个机场5年内的国内机场连通性指标值，分析了我国机场航线网络的连通性质量，及其主要影响因素。机场航线网络连通性指标模型的建立
文章基于国内枢纽机场航线网络的连通性研究，即认为在小型机场中不存在有一次经停的旅客中转，并且当所研究机场与连通的机场之间既有直达航线又有一次经停航线时，统一当作直达机场来计算。
首先构建一个简单的航线网络，如图1，机场i与机场j存在直达航班，与机场k不存在直达航班，但是可在某一直接连接机场j通过一次经停形成中转航班，则机场i的连通性包括与机场j的直接连通性和与机场k的间接连通性。通过分析可以总结出增加单一机场的连通性可以有以下方法：
（1）增加通航机场的航班频次；（2）增加辐射机场的数目，包括枢纽机场和小型机场；（3）时刻资源的优化，即在机场时刻容量限制的前提下，把有限的时刻资源分配到大型枢纽机场，而不是点对点的小型机场。
1.1 目标模型
由此建立目标函数，机场i的连通性指标Wi可以表示为：
Wi=NSi+？琢OSi
式中NSi为机场i的直接连通性指标值，OSi为机场i的间接连通性指标值，α指直达机场和存在一次经停机场对连通性计算影响程度不同而确定的加权系数。
基于研究的目的，采用网络中心度特征向量[7]，研究直接连接机场与间接连接机场在中心机场航线网络中所扮演的角色。表1是文章所用特征向量的含义。
基于航线网络空间结构建立的机场航线网络连通性指标模型可以清晰表现各机场的国内航线网络连通性情况，将模型的特征向量带入可得出机场i的连通性指标值Wi的表达公式如下：
1.2 参数选取
在本模型中，换算系数α是基于航线服务质量水平（Quality Service Index，以下简称QSI）来确定的。换算系数α的精确值会根据不同的QSI模型而有所不同，但一般变化的范围在0.03～0.2之间。即两机场之间的直达航班对连通性的贡献是中转航班的5到33倍。近年来国外学者认为直达航班对连通性的贡献应该是中转航班的8倍左右。综上，文章在模型计算中将α值设定为0.125。
本模型的航班时刻表数据来自全球权威的flightstats网站冬季航班时刻表。中国机场的航线长度通过地理坐标用matlab编程获得。
1.3 机场连通性指标计算
通过单一机场连接国内各机场的航线长度取倒数求得各个机场与该机场的接近中心度。连接密度为机场i与机场j的直接连接航班频次，反映出两机场的连接紧密程度，其中fA为从机场i离港的航班频次，fD为到达机场i的航班频次，机场i的接近中心度函数表达式为：
通过判断机场j是否与机场i存在航班计算程度中心度，反映在其航线网络中各机场的联系可能性大小，文章利用整数规划中的0-1规划确定各个机场与该机场的程度中心度，表达式如下：
利用该模型的三个特征向量可以分别求出机场i的航线网络直接连通性指标值NSi与间接连通性指标值OSi，求和即为该模型的目标函数Wi。
综上，得出机场i的连通性指标值Wi的计算公式为：我国机场连通性研究
文章采用机场航线网络连通性模型计算得出的三个指标NS、OS、W，可以清晰反映各机场的国内航线网络连通性情况，且易于比较分析。通过计算我国8个主要大型机场和北京、广州、上海机场近年来的国内机场航线网络连通性指标，对国内机场航线网络连通质量进行定量评估。
2.1 国内机场航线网络连通性情况
从表2中可以看出北京首都国际机场相较于我国其他大型国际机场的指标值最高，表明北京首都国际机场的国内航线网络连通性最好。北京首都国际机场的航线网络覆盖了我国大多数的大中型机场，并且和上海、广州等机场的航班频次较多，从而使其航线网络的直接连接性和间接连通性相较其他航空公司都有明显的优势。然而，北京的间接连通性约占整体连通性的2.23%，处于较低水平，表明其连通质量主要依赖于直达航班。除北京、广州以外，其他大型国际机场的国内航线网络连通性呈现出较为平均的态势。
机场航线网络连通质量指标模型不仅能够清晰表现各机场国内航线网络连通性情况，还可以对机场的功能定位和发展情况提出参考依据。上海两场明显低于西安、深圳、昆明等城市机场，原因是上海两场的运力更多集中在国际航线中，并且两场分散了一些国内的运力，在连通性方面形成了城市机场群的协同发展，而其他国内的大型机场则较好地承担着国家区域枢纽的功能。
2.2 枢纽机场航线网络连通性变化
图2显示了我国四大枢纽机场从2010年至2014年的变化情况，整体趋于增长。北京首都国际机场、广州白云国际机场2010到2013中的国内航线网络增长比例较小，2014年在容量几乎达到限制的情况下取得较快增长，说明网络的空间连通性是可以通过航线网络的优化取得提高的，然而国内连通性的增强一定程度上会阻碍国际航线网络的发展。上海浦东国际机场的国内航线网络连通性低于虹桥国际机场，其原因是浦东机场以国际航线为主的国际枢纽和虹桥以国内航线为主的地区枢纽战略定位的差异化发展。结束语
本研究基于航线网络的空间结构建立机场航线网络连通性指标模型，计算了我国8个主要大型机场和北京、广州、上海机场近年来的国内机场航线网络连通性指标，并分析计算结果，验证其对单一机场航线网络连通性研究的适用性，反映了该模型能够准确地评价枢纽机场的连通质量，并可对机场未来的航线网络连通性变化进行准确预测，为我国枢纽机场航线网络建设提供真实可靠的参考。
参考文献
[1]国务院.国务院关于促进民航业发展的若干意见[EB/OL].[2012].http：//.[2]DeLaurentis，D.E.P.Han，and T.Kotegawa.“Network-Theory Approach for Analyzing Connectivity in Air Transportation Networks.”[J].Journal of Aircraft，2008，45（5）：1669-1679.[3]Arvis，J.F.and B.Shepherd.“The Air Connectivity Index： Measuring Integration in the Global Air Transport Network.” The World Bank[J].Policy Research Working Paper，2011：5722.[4]Pearce，B.“Investing in Air Transport Connectivity to Boost National Productivity and Economic Growth.” In J.Blanke and T.Chiesaed.The Travel and Tourism Competitivene Report 2007： Furthering the Proce of Economic Development[J].Davos： World Economic Forum，2007.[5]Reynolds-Feighan，A.and P.McLay.“Acceibility and attractivene of European airports： A simple small-community perspective.”[J].Journal of Air Transport Management，2006，12：313-323.[6]MichaelD.Wittman，William S.Swelbar.Modeling Changes in Connectivity at U.S.Airports： A small Community Perspective [J].MIT Small Community Air Service White Paper，2013，2.[7]任新惠.我国机场航线网络连通性水平及切断点损失分析[J].交通运输系统工程与信息，2012，12（6）：192-197.作者简介：金嗣博（1992-），男，辽宁人，硕士，主要研究方向为空中交通管理、枢纽机场。
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