《“21世纪海上丝绸之路”海运网络空间格局及其复杂性研究》-理学论文，地理论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

“21世纪海上丝绸之路”海运网络空间格局及其复杂性研究

范文

刘婵娟胡志华

摘要：基于全球十大集装箱班轮公司的港口航线数据统计出“21世纪海上丝绸之路”沿线主要的164个港口之间的海运联系情况，构建21世纪海上丝绸之路海运网络。借助网络的整体结构和节点中心性评价指标，对21世纪海上丝绸之路集装箱海运网络的拓扑结构复杂性和空间格局进行分析。结果表明：“21世纪海上丝绸之路”海运网络整体呈现出小世界和无标度网络特性；度与度分布空间差异性较大；网络中节点中心性呈现出明显的位序-规模递减趋势和分层情况；在21世纪海上丝绸之路海运网络中三种中心度最大的港口均是新加坡港，新加坡港具有最高的整体中心度，处于绝对核心地位；从度数中心度和接近中心度分析，排名前15位的港口基本相同，仅在位序上略有差异；三种中心性排名前列的港口大多分布在海运实力较强，海运辐射范围较大的东亚、西亚和东盟地区。

关键词：“21世纪海上丝绸之路”；海运网络；复杂性；中心性；新加坡港

中图分类号：U659 文献标识码：A

海洋是各国经贸文化交流的天然纽带，共建“21世纪海上丝绸之路”，是全球政治、贸易格局不断变化形势下中国连接世界的新型贸易之路。建设“21世纪海上丝绸之路”首先要抓住交通基础设施的关键通道、关键节点和重点工程，提升航运通道的通达水平，实现国际运输的便利化。近年来交通网络作为典型的复杂网络受到了强烈关注。复杂网络领域的学者们对各种形式的交通网络做了实证研究，例如航空网络[1-5]、公交网络[6-8]、铁路网络[9-11]、和海运网[12-16]等。其中，在海运网络方面，邓贵仕[12]通过随机删除和选择删除网络中的节点研究了全球集装箱海运网络的脆弱性和鲁棒性；杜超[13]以港口城市为节点，对中国集装箱航运网络空间格局及其复杂性进行了研究；田炜等[14]基于复杂网络理论对马士基航运集团下属的航运网络进行了实证分析；王成金等[15]从航线、航班、空间联系和地域系统四个角度对中国集装箱港口组织网络进行了分析；徐梦俏[16]基于空间相互作用理论中的引力模型，提出两个节点之间的集装箱海运空间联系强度计算方法，对世界集装箱海运网络的空间联系强度进行了实证研究。由此可见，从复杂网络视角对海运网络的整体网络结构和空间结构等进行研究对海运网络的完善和发展具有重要意义。

本文基于全球前十大班轮公司的港口航线数据构建以港口为节点的“21世纪海上丝绸之路”集装箱海运网络。选取网络整体结构和节点中心性评价指标，对其集装箱海运网络的拓扑结构复杂性和空间格局进行分析，探究不同港口在其中的地位和作用，以期为“21世纪海上丝绸之路”的建设和发展提供理论支持和依据。

1 网络构建

首先搜集全球十大班轮公司（占全球海运运输市场份额合计为63.7%）的港口航线数据，如表1所示。对这10家班轮公司的船期表进行追踪统计，获得2015年10月1日至2016年1月1日相关船舶在各航次运输中的港口挂靠信息，构建全球集装箱海运网络数据信息平台，统计并整理得到155个国家、777个港口、7553条航线的数据。为构建“21世纪海上丝绸之路”海运网络，将上述155个国家的港口信息与“一带一路”沿线65个国家对比，保留两者共同部分，最终得到“21世纪海上丝绸之路”沿线涉及的164个主要港口，从而将海上丝绸之路航运网络简化为一个由港口为节点，港口之间航线为边的简单无向无权网络，建立一个164×164的0-1邻接矩阵，构建航运网络拓扑结构图，如图1所示。

“21世纪海上丝绸之路”的重点方向有两条：一是从中国沿海港口过南海到印度洋，延伸至欧洲；二是从中国沿海港口经南海到南太平洋。

2 评价方法

传统的网络分析一般关注关系数据的分析，主要从整体和局部两个方面进行剖析，如用网络密度作为网络整体分析评价指标，节点的连通性属性作为网络局部分析评价指标。近年来，随着网络理论的突破性发展，网络评价方法体系不断充实和完善，本文将从整体、局部和相关性3个方面对“21世纪海上丝绸之路”集装箱海运网络进行系统分析。选择度分布、网络平均最短路径和聚集系数作为网络的整体结构评价指标，选择多中心性（度中心性、中间中心性和接近中心性）作为网络的局部特征评价指标，相关性主要分析中心性和港口航班密度（X次/月）的耦合程度。

2.1 整体评价指标

（1）度与度分布。一个节点i的度值ki是指与该节点直接相连的节点数目。其计算公式如式（1）所示。其中，N为网络节点数，x为邻接矩阵，当i节点和j节点之间有边相连，xij=1，否则，xij=0。

3 “21世纪海上丝绸之路”海运网络整体结构特征

3.1 度与度分布空间差异性大

对“21世纪海上丝绸之路”海运网络度和度分布进行分析，如图2、图3所示，可以发现网络中节点度值最大的是新加坡港，度值为67，网络平均度值为5.27，说明在此海运网络中经过任一港口的航线数平均约为5条。网络中仅有0.6%的港口度值大于50，有12.2%的港口度值在10和50之间，87.2%的港口度值小于10。这说明大部分港口直接联系航线数量较少。从节点度概率分布图（图3）可知，整体上“21世纪海上丝绸之路”海运网络随着度值增加，度分布呈现下降趋势。其中度值排名前5的港口度值差异较大，而后度值差异开始逐渐减小，且度分布基本满足截断递减幂律分布，故“21世纪海上丝绸之路”航运网络也具有无标度特性。

3.2 海运网络呈现出一定的小世界特性

经计算得“21世纪海上丝绸之路”海运网络聚集系数较大，为0.44，远高于随机网络的理论值（c（s）？垌c（s）′≈0.15）[17]，即其集装箱海运网络具有较强的集聚性，表明网络中各个节点之间形成短距离联系的可能性较大。海上丝绸之路航运网络平均最短路径约为2.74，即任意两个港口之间连接需要通过2.74个航段，略高于同等规模的随机网络平均最短路径理论值（LER=1nN/1n

4 节点中心性及空间格局

4.1 网络中心性统计分析

从统计分析角度来看，“21世纪海上丝绸之路”海运网络节点中心性呈现出明显的位序-规模递减趋势，如图4所示。随着港口位序增加，中间中心度的递减速度明显快于度数中心度，接近中心度的递减速度最慢。这表明网络中间中心度的差异性高于度数中心度。网络接近中心度在位序120到160之间出现明显的波动，这恰恰说明不能只依据节点度值大小来衡量节点在网络中的重要程度。

应用系统聚类方法，选取组间连接和平方欧氏距离，综合三种中心性指标对21世纪海上丝绸之路港口层级结构进行分析。总体来看，海上丝绸之路海运网络中港口中心性存在明显的分层情况。从度数中心度分析，新加坡港具有最高的度数中心度，其值为41.10，远高于其他港口，处于第一层。其在21世纪海上丝绸之路海运网络中的枢纽作用能够吸引其他港口与其建立直接的航线联系。洋山港、丹戎帕拉帕斯港、北仑港、杰贝阿里以及林查班、科隆坡等12个港口度值在10到30之间，处于第二层，其余港口处于第三层。由于港口条件制约及相邻港口之间的竞争，处于第三层的港口只与少数港口相连接。

从中间中心度分析，新加坡港和洋山港的中间中心度分别为34.69和21.53，处于第一层。中间中心度测量的是行动者对资源控制的程度，说明在21世纪海上丝绸之路集装箱海运网络中，很多港口间想要进行联系都必须要经过这两个港口，它们在整个网络中处于核心枢纽地位。杰贝阿里、易卜拉欣、大连港、塞得港等26个港口处于第二层，其余港口处于第三层。

从接近中心度分析，位居首位的依然是新加坡港，其值为4.64。位于第二到第十位之间的港口接近中心度相差不大，其值在4.55到4.60之间。说明在“21世纪海上丝绸之路”海运网络中任一港口与网络中其他港口之间的距离都较短，也充分证明了前文所述的该海运网络具有小世界特性的论点。

在“21世纪海上丝绸之路”海运网络中三种中心度最大的港口均是新加坡港，度数中心度为41.10，中间中心度为34.69，接近中心度为4.64。这说明164个港口中与新加坡港有直接海运联系的港口约有41个，新加坡港具有最高的整体中心度。这主要是因为从地理位置上讲，新加坡扼守马六甲海峡，而马六甲海峡历来是东西方贸易的主要通道。此外，新加坡是东盟国家的主要成员国和经济体，故其在“21世纪海上丝绸之路”中发挥着枢纽作用。

4.2 关键港口节点空间分布

根据计算结果可知，采用不同的评价方法，21世纪海上丝绸之路海运网络中心性排名前15位的港口有一定变化，见表2。

从度数中心度和接近中心度分析，前15位的港口基本相同，仅在位序上略有差异。其中，属于东盟地区的港口有3个，东亚地区8个，西亚地区3个，南亚地区1个。而从中间中心度分析，排名前15位的港口中有东盟地区港口2个，东亚地区5个，西亚地区6个，中东欧和南亚各占1个。“21世纪海上丝绸之路”海运网络中排名前15位的关键节点中心性分布如图5所示。三种中心性排名前列的港口大多分布在海运实力较强、海运辐射范围较大的东亚、西亚和东盟地区，如中国，阿联酋、沙特阿拉伯、埃及、新加坡、马来西亚、泰国等国家。

综上可知，在“21世纪海上丝绸之路”建设过程中应重点加强东亚、西亚和东南亚区域关键港口的建设和发展。其中，中国除上海洋山港之外还应重点加强中国南部沿海地区的盐田、赤湾和南沙港等，以使中国南部沿海城市与东南亚、南亚、北非、欧洲等地区连接起来，形成一个以港口为依托，以贸易、投资为纽带的合作经济带。西亚处在连接欧亚非三大洲，沟通印度洋和大西洋两大洋以及阿拉伯海、红海、地中海、黑海和里海这五海的现代海陆空交通枢纽地带，具有十分重要的战略地位。尤其是处于西亚地区的杰贝阿里港（阿联酋）、易卜拉欣港（埃及）、丹戎布绿港（以色列）和塞得港（埃及）是保障连接欧亚非的海上运输通道畅通的关键节点。东南亚地区各国是中国提出的“21世纪海上丝绸之路”沿线上的重要国家，无论是在地理位置，还是文化的丰富性方面都对中国更有效地联系中东、中亚、南亚的国家具有重要的意义。而且东南亚国家的对外开放政策对海上丝绸之路的通畅和繁荣也将起到重要作用。

5 结论

本文基于全球10大集装箱班轮公司的港口航线数据统计出“21世纪海上丝绸之路”沿线主要的164个港口之间的海运联系情况，构建了21世纪海上丝绸之路海运网络。首先应用复杂网络理论，对21世纪海上丝绸之路海运网络的整体结构进行分析，发现“21世纪海上丝绸之路”海运网络度分布基本满足截断递减幂律分布，具有较小的平均最短路径和较大的网络聚集系数，整体呈现出小世界和无标度网络特性，且度与度分布空间差异性较大。

其次，借助网络的节点中心性评价指标，对21世纪海上丝绸之路集装箱海运网络的空间格局进行分析。发现网络中节点中心性呈现出明显的位序-规模递减趋势和分层情况。在21世纪海上丝绸之路海运网络中，三种中心度最大的港口均是新加坡港，新加坡港具有最高的整体中心度，说明其在21世纪海上丝绸之路海运网络中处于绝对核心地位。从度数中心度和接近中心度分析，前15位的港口基本相同，仅在位序上略有差异，三种中心性排名前列的港口大多分布在海运实力较强，海运辐射范围较大的东亚、西亚和东盟地区。中国南部沿海地区的盐田港、赤湾港和南沙港都具有较高的中心度，是使中国南部沿海城市与东南亚、南亚、北非、欧洲等地区连接起来，形成一个以港口为依托，以贸易、投资为纽带的合作经济带的关键节点，具有大型港口的潜质，应进行重点建设和保护。海上丝绸之路海运网络对新加坡港（新加坡）、丹戎帕拉帕斯（马来西亚）和林查班（泰国）等中心性较大的东南亚港口具有明显的依赖性，东南亚地区自古以來是海上的交通要道，不仅在地缘政治上具有独特性和重要性，而且还是亚洲主要经济体的集中地，为了加快“21世纪海上丝绸之路”的发展，必须加强中国与东盟地区的合作，保证中国与东盟地区港口之间的航运畅通。

參考文献：

[1] Guimer R， Mossa S， Turtschi A E A. The worldwide air transportation network： Anomalous centrality， community structure， and cities' global roles[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences，2003，102（22）：7791-7799.

[2] Guida M， Maria F. Topology of the Italian airport network： A scale-free small-world network with a fractal structure？[J]. Chaos Solitons & Fractals，2007，31（3）：527-536.

[3] Amaral L A N， Scala A， Barthe Le My M， et al. Classes of small-world networks[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2000，97（21）：11149-11152.

[4] Wang R， Cai X. Hierarchical structure， disassortativity， and information measures of the US flight network[J]. Chinese Physics Letters，2005，22（10）：2715-2718.

[5] 周蓓. 四川省民用航空网络的拓扑结构特征及其演化机制[J]. 经济地理，2006，26（4）：577-580.

[6] Li P， Xiong X， Qiao Z-L， et al. Topological properties of urban public traffic networks in Chinese top-ten biggest cities[J]. Chinese Physics Letter，2006，23（12）：3384-3387.

[7] 常鸣，马寿峰. 我国大城市公交网络结构的实证研究[J]. 系统工程学报，2007，22（4）：412-418.

[8] 李英，周伟，郭世进. 上海公共交通网络复杂性分析[J]. 系统工程，2007，25（1）：38-41.

[9] Seaton K A， Hackett L M. Station trains and small-world networks[J]. Physica A，2004，339：635-644.

[10] Wei L， Xu C. Empirical analysis of a scale-free railway network in China[J]. Physic A，2007，381（2）：693-703.

[11] 赵伟，何红生，林中材，等. 中国铁路客运网网络性质的研究[J]. 物理学报，2006，55（8）：3906-3912.

[12] 邓贵仕，武佩剑，田炜. 全球航运网络鲁棒性和脆弱性研究[J]. 大连理工大学学报，2008，48（5）：765-768.

[13] 杜超，王姣娥，莫辉辉. 中国集装箱航运网络空间格局及复杂性研究[J]. 长江流域资源与环境，2016，25（2）：190-198.

[14] 田炜，邓贵仕，武佩剑，等. 世界航运网络复杂性分析 [J]. 大连理工大学学报， 2007，47（4）：605-609.

[15] 王成金，金凤君. 中国海上集装箱运输的组织网络研究[J]. 地理科学，2006，26（4）：392-401.

[16] 徐梦俏，李振福，史砚磊. 世界集装箱海运网络空间联系强度[J]. 上海海事大学学报，2015，36（3）：6-12.

[17] Erdos P， Renyi A. On random graphs[J]. Publicationes Mathematicae，1959，6（4）：290-297.

Abstract： Based on worlds top10 container liner companies route data， maritime transport links between the 164 ports along the 21st Century Maritime Silk Road was collected. With the help of the whole structure and evaluation index of the nodes in network， the topological structure and spatial pattern of the Maritime Silk Road shipping network were analyzed. The results show that： "21st Century Maritime Silk Road" shipping network as a whole exhibits small-world and scale-free network characteristics； Degree distribution of the nodes shows large differences in space； Centrality shows a significant rank-size decreasing trend and stratification； Singapore has the highest centrality in the network， which is absolutely the core in the Maritime Silk Road shipping network； From the degree centrality and closeness centrality analysis， the top15 ports are basically the same， only a slight difference in sequence； The ports with highest values of three kinds of centralities mostly distributed in the East and West Asia and ASEAN region.

Key words： the 21st Century Maritime Silk Road； shipping network； complexity； centrality； Singapore

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。