环洞庭湖区交通网络的复杂性研究

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1、环洞庭湖区交通网络的拓扑特征研究引言作为社会经济发展中的一个热点问题，区域差异问题已引起学术界的广泛关注[1,2]。现实中很多地方最初的发展是没有区域规划的，而是随着经济发展和人口增加逐步扩大的无序发展，以及基础交通设施不均衡分布的区域常态化，导致许多区域的交通网络结构出现复杂多样的形态特征，而交通运输业又作为发展社会经济的“先行官”，其基础作用显著，针对区域交通网络的分析，得出区域交通的差异，如何能加快落后地区的发展、保持发达地区的竞争力的意义十分重大，所以对交通网络研究的正受到国内外越来越多的专家学者研究和关注。类似于其它网络，交通

2、网络也具有复杂网络的结构特性，对深入研究交通网络的特性与拓扑结构之间的相互作用奠定了坚实基础。而要理解网络结构与网络行为之间的关系,并进而考虑改善网络的话,就需要对实际网络的结构特征有很好的了解,并在此基础上建立合适的网络结构模型。长期以来，中外学者不断通过对东西方共同经验的总结和遴选，国内外许多学者对存在于不同领域的大量实际网络的拓扑特征进行了广泛的实证性研究，从不同的角度出发提出了各种各样的网络拓扑结构模型。通过大量而系统的研究分析城市公共运输网络与世界航空网络的拓扑结构，发现这些网络都表现出小世界特性[3-4]。由于交通网络系统是

3、一个典型的、开放的复杂网络系统，复杂网络是大量复杂系统存在的拓扑基础，其研究具有重大科学意义和应用价值，由于研究方法日趋成熟，因此，本文以复杂网络作为研究工具，利用GIS软件、Ucinet软件和NetDraw软件对其建模与分析，从度分布、中心性指数、平均路径长度、集聚系数等方面研究环洞庭湖区交通网络的拓扑特征，并对环洞庭湖区交通网络的优化提出了相应的对策与建议。研究区域概况洞庭湖区地处长江中游荆江南岸，地跨湘、鄂两省，地理坐标约为28°44′N～29°35′N、111°53′E～113°05′E，湖区土地面积85％以上在湖南省辖境内，属

4、于典型的亚热带季风气候，河网密布，湘、资、沅、澧四水流经，水、土、生物等资源丰富[洞庭湖]。环洞庭湖地区主要包括湖南省的岳阳、常德、益阳三市，长沙市宁乡、望城区以及湖北省的松滋、公安、石首等县市，土地面积达5.23×104km2。这一地区无论是地理气候、人文传统，还是资源分布、交通格局、产业基础，都具有同质性。2012年全国“两会”上全国政协委员、省政协主席胡彪为第一提案人，联名所有在湘全国政协委员向全国政协十一届五次会议提交提案，呼吁国家加大统筹支持力度，将建设环洞庭湖生态经济圈上升为国家区域发展战略，加快推进环洞庭湖生态经济圈的可持

5、续发展。将建设环洞庭湖生态经济圈上升为国家区域发展战略，作为国家优质商品粮生产示范基地、生态经济示范区和跨区域合作发展示范区。本文研究范围界定为岳阳、常德、益阳和长沙四市二十三县市区（除岳阳平江县、常德石门县、益阳安化县，包括长沙市辖下的宁乡县和望城区），其土地面积3.58×104km2，人口1.685×107，分别约占湖南省的17％和24％。湖区开发历史悠久，土地利用类型多样，产业基础较好，内外交通便利，具备潜在的发展空间。2001～2010年期间，三次产业结构从26.1：39.4：34.5调整为13.5：58.9：27.6，国民经济

6、生产总值从1.138×103亿元上升到4.193×103亿元，人均GDP从6.78×103元上升到2.4037×104元，全社会固定资产投资从347.75亿元上升到2496.09亿元。近年来，洞庭湖区在湖南省“3+5”城市群发展战略和国家级环洞庭湖生态经济圈构建背景下，交通发展速度不断加快，多层次的交通运输体系已逐步形成。目前，境内有纵穿南北的京广铁路、洛湛铁路和横贯东西的石长铁路三条大动脉。公路密度和通达深度稳步提高，湖区公路通车总里程达11000km，有107、207、319三条国道共计620km，有京珠、随岳、岳长、杭瑞、长张、岳

7、常、益娄、益邵等高速公路，还有武广高铁，有省级公路共计1300km，县级公路里程8000km。在湖南省“3+5”城市群城际铁路网建设中，主干路网岳阳——长株潭——衡阳、长沙——益阳——常德、汨罗——益阳——娄底三条城际铁路横竖贯穿本区。研究方法与数据来源首先利用GIS软件对湖南省内洞庭湖流域涉及到四市二十三县市区交通地图进行矢量化生成交通网络图，将每段公路映射为网络的边，而把道路交叉点视为为网络边关联的节点。然后应用Ucinet软件和NetDraw软件对其建模与分析。模型按两条公路段关联取“1”、反之取“0”的方法建立矩阵表。仅把道路网

8、络看作纯粹拓扑网络，忽略道路网络的空间地理性质，得到一个连通的无向无权网络（即网络中的边都是等价的，没有方向性和加权值），代表洞庭湖流域的交通网络（图1）。数据来源于2011年第3次修订版湖南省交通图和湖南