基于复杂网络理论的通用机场保障网络研究

邢伟永

摘 要：航空运输的发展离不开强有力的地面保障服务。随着各地区对通用航空需求的增加，通用机场是保障通用航空发展的基础和关键。本文从现有机场布局角度出发，以复杂网络理论为基础，通过分析通用机场网络的拓扑特征，对通用机场保障网络的复杂性进行研究。

关键词：通用机场；复杂网络；机场保障；MATLAB；PAJEK

中图分类号： U8 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）28-137-2

0 引言

交通运输伴随着人类的各种经济社会活动以及社会生产力的发展和科学技术的进步，民用航空是交通运输领域非常重要一部分，在全球人类进行生活和生产活动中有着举足轻重的地位。通用机场是指为从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行，以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等飞行活动的民用航空器提供起飞、降落等服务的机场（《民用机场管理条例》第八十四条）。

1 复杂网络理论

20世纪90年代以来，信息技术的发展迅猛，尤其Internet的极大进步使人与人之间通过各种各样的网络相连接，人类社会飞速迈入了网络信息时代。我们所处的世界存在着各种各样复杂网络。对复杂网络进行定性、定量的科学界定和解释，已经成为网络时代科学研究中一个极其重要的课题。

1.1 平均路径长度（average path length）

1.3 度（degree）与度分布（degree distribution）

1.4 小世界网络

小世界网络是指既具有比较短的平均距离又具有相对较大簇系数的网络，WS模型和NW模型是两种最为典型的小世界网络构造方法。

2 通用机场规划模型

目前我国通用机场尚缺少统筹规划布局，而通过一般运输机场建设的经验，可以发现盲目进行机场建设而没有前期的统筹规划和科学研究，结果只能造成资源浪费和达不到预期结果。因此，在全国范围内加强通用机场的统筹规划，首先深刻了解现有机场的分布和作用，基于此，才能保证更加合理地进行通用机场建设工作。

模型假设，为了使模型的建立简单有效，先对几方面内容做出如下假设：①以所有民用机场作为网络节点，包括部分军民很用的机场。对目前为止已经通航的运输机场和通用机场构建复杂网络，并对其进行评估分析。 临时起降点不在本文的研究范围之列。②每个符合条件的机场都是无差别的，即不考虑机场规模、设施以及从业人员的差异，认为它所有机场提供通用航空服务的能力是相同的。③每个通用机场都会有自身的业务服务范围，我们普遍认为其业务服务范围与当地的经济水平和当地通用航空作业量两个因素成反比，这两个因素分别用机场所在省份GDP和机场年飞行小时数来衡量。

3 模型构建路线

3.1 数据搜集

本文以2012年为研究年度，搜集全国220家民用机场的名称、所属省份、经纬度以及年飞行小时数，查找机场所覆盖的31个省（直辖市）的人均DGP。

3.2 计算两机场节点之间的距离

在复杂网络中测量两节点的距离显然不明智，又考虑到我国幅员辽阔，机场分布较为分散，本模型采用计算机辅助的方法以机场的经纬度来计算节点间的物理距离。

其中，jdi为i地的经度，wdj为j地的维度，R为地球半径，（3.1）求得两地的东西距离，（3.2）求得两地的南北距离，（3.3）求得两地直线距离。

3.3 计算机场的服务半径

生成复杂网络的邻接矩阵。如果任意两个机场之间的距离大于这两个机场各自服务半径的和，记为0，如果小于或等于则记为1；用MATLAB求出邻接矩阵。最后将机场复杂网络的邻接矩阵导入Pajek，进行分析其拓扑性质。

3.4 模型的应用和分析

拓扑特征分析。通过构建的机场网络邻接矩阵，利用pajek计算出，该复杂网络拓扑性质如下表所示：

由上表可以看出，该网络的平均度长为3.72，这表明平均每个机场与3.72个其他机场的服务区有重叠，机场的总体疏密程度适中。机场的平局路径长度为5.084，聚类系数为0.679，这与随机网络相比，该机场网络具有较大的聚类系数、较小的平均路径长度，因此可以说该机场网络具有小世界特性。通用机场的小世界特性可以保障通用飞行器在飞行时能得到边界的服务保障。

4 结论及对未来机场规划的建议

近年来我国通航市场迅猛发展，通用航空市场的发展又离不开地面保障服务，结合现有通用机场的布局和民航局在2020年之前对民用机场的规划布局，以通用机场网络具有小世界网络特性为原则，可对未来机场布局进行调整。我国东北、华北、新疆和广东地区可新建通用机场，其他地区既有机场可以满足飞行保障需求。

参 考 文 献

[1] 王小帆.复杂网络理论及其应用[M].清华大学出版社，2005.

[2] Wouter de Nooy.Exploratory Social Network Analysis with Pajek[M].Cambridge University Press.2005.

[3] 曾小舟.基于复杂网络理论的中国航空网络结构实证研究与分析[D].南京航空航天大学，博士学位论文，2011，11.