施佳怡 郭進利

摘 要：隨著經(jīng)濟與汽車工業(yè)的發(fā)展，加油站成為重要的配套基礎設施，加強其布局合理性可有效改善城市交通系統(tǒng)。從復雜網(wǎng)絡視角將上海市180個中石油加油站作為節(jié)點，形成網(wǎng)絡拓撲圖，并應用商業(yè)數(shù)據(jù)平臺（BDP）可視化數(shù)據(jù)分析工具獲得布局圖，研究其布局特征。結果發(fā)現(xiàn)，不同服務半徑下的加油站點網(wǎng)絡拓撲圖均具有小世界網(wǎng)絡特征，高度值的加油站點聚集在市區(qū)，不同區(qū)域的加油站分布存在差異性。因此未來布局規(guī)劃可重點考慮郊區(qū)，圍繞重要節(jié)點進行合理布局。

關鍵詞：復雜網(wǎng)絡;布局特征;可視化;加油站

DOI：10. 11907/rjdk. 182837 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2019）009-0146-04

Research on the Layout Characteristics of Shanghai Gas Stations

from the Perspective of Complex Networks

——Take China National Petroleum Corporation as an Example

SHI Jia-yi，GUO Jin-li

（School of Management，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract： With the development of the economy and the automobile industry， the gas station as an important infrastructure to strengthen the rationality of its layout plays a decisive role in improving the city's transportation system. From the perspective of complex network， this paper takes 180 China National Petroleum Corporation gas stations as nodes to form a network topology map， and uses BDP （commercial data platform） visual data analysis tool to obtain the layout map， and then studies its layout characteristics. The results show that the network topology map of the gas Stations under different service radius has the characteristics of small world network and the gas stations with height values are concentrated in the urban area. There are differences in the distribution of gas stations in different areas. Future layout planning can focus on the status of the suburbs and rational layout should be made around important nodes.

Key Words： complex network; layout characteristics; visualization; gas station

0 引言

加油站作為城市交通必不可少的配套設施，其布局合理性、規(guī)范性對城市交通體系具有舉足輕重的作用。本文從復雜網(wǎng)絡視角分析中石油在上海市的布局特征，借助商業(yè)數(shù)據(jù)平臺（BDP）可視化數(shù)據(jù)分析工具探討其布局規(guī)劃不合理之處，并提出進一步改善建議，使加油站布局更好地適應上海市未來車輛與經(jīng)濟發(fā)展需求，為市民提供生活便利，同時緩解上海市交通壓力。

1 相關研究綜述

1.1 加油站選址

于林[1]對影響加油站選址的因素進行定性分析，得出確定加油站位置時主要考慮因素;馬義飛、高榮[2]選取某路段加油站構建布局模型，并用案例驗證模型實用性;陳紅[3]利用輻射選址法，根據(jù)加油站保本銷量對加油站進行選址研究;楊德峰[4]依照財務指標定量分析加油站選址，將評價模型得到的結果作為評價指標運用于運營業(yè)績分析;孫寶鳳等[5]采用蒙特卡洛模擬方法，協(xié)調(diào)覆蓋區(qū)域內(nèi)加油需求與服務能力之間的平衡關系。

1.2 加油站空間布局

崔靜[6]通過構建分配模型，確定加油站規(guī)模與用戶耗費的關系;馬小毅等[7]依據(jù)加油站供油能力及空間布局，構建了空間布局評價方法;朱春節(jié)[8]基于差異化原則、集約原則等布局原則，提出加油站布局方法;王成龍[9]利用集合覆蓋模型優(yōu)化站點分布，提高加油站網(wǎng)絡整體功能。

目前國內(nèi)關于加油站選址布局的研究主要基于規(guī)劃布局原則及影響選址的因素，從復雜網(wǎng)絡視角對加油站網(wǎng)絡布局特征進行的研究較為少見。

2 加油站復雜網(wǎng)絡構建

2.1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

本文數(shù)據(jù)主要由2018年高德數(shù)據(jù)供應商提供的上海市15個區(qū)和1個縣的180個中石油加油站點經(jīng)緯度坐標組成。基于復雜網(wǎng)絡，以中石油加油站點為節(jié)點，根據(jù)不同半徑確定每個站點包含的范圍，若包含區(qū)域有重疊，則認為站點間存在關系;反之，站點間不存在關系。通過站點間的關系矩陣構建一個復雜網(wǎng)絡，從而得到上海市中石油加油站網(wǎng)絡拓撲結構圖，在此基礎上分析網(wǎng)絡結構及布局特征。另外，運用BDP可視化數(shù)據(jù)分析工具，將上海市中石油加油站的經(jīng)緯度導入BDP平臺提供的高德地圖中，探討其布局特征與地理意義，并提出改善建議。

2.2 網(wǎng)絡構建

2.2.1 研究對象

中石化公司在上海市的站點市場占有率接近70%，中石油公司近20% [8]。由于前者覆蓋率較大，在研究其布局特征時存在一定難度，因此本文選擇市場占有率較小的中石油加油站點布局情況作為研究對象，不僅數(shù)據(jù)處理量比較合理，而且可以清晰地觀察其布局特征、展現(xiàn)基于復雜網(wǎng)絡的結論。

2.2.2 假設條件

加油站服務半徑與其所在區(qū)域、道路及周圍環(huán)境、設施等有關，所以在構建網(wǎng)絡模型時，為防止其它因素干擾對網(wǎng)絡特征的研究，需預先假設：①加油站點均同質(zhì);②無權無向網(wǎng)絡;③兩個加油站點間存在邊時在鄰接矩陣中記錄1，反之為0。

2.2.3 半徑設置

根據(jù)集合覆蓋模型和建設部發(fā)布的《城市道路交通規(guī)劃設計規(guī)范》，城市公共加油站服務半徑宜為0.9～1.2km[10]。因此，構建網(wǎng)絡模型時，分別以0.9km和1.2km作為上海市中石油加油站服務半徑，再運用Python計算得出180個加油站任意兩點間的直線距離。首先以0.9km為服務半徑，運用Excel篩選出站點間距離小于服務半徑之和（1.8km）的加油站，并認定其加油站服務范圍存在重疊，定義加油站之間有邊存在，同時在網(wǎng)絡相應鄰接矩陣中將對應元素設置為1，反之為0;然后以相同方式，得到以1.2km為服務半徑時的鄰接矩陣;得到兩個180×180的鄰接矩陣后，導入UCINET軟件，得到兩個服務半徑對應網(wǎng)絡拓撲結構圖，如圖1、圖2所示。圖中的點對應上海市180個中石油加油站點，兩點之間的邊代表兩個加油站之間存在關系。

2.2.4 網(wǎng)絡參數(shù)及意義

本文從復雜網(wǎng)絡視角對加油站網(wǎng)絡進行研究，主要參數(shù)包括：網(wǎng)絡密度、度、度中心性、平均路徑長度、K-核和聚類系數(shù)。網(wǎng)絡密度主要反映網(wǎng)絡稀疏性與稠密化程度，度可以刻畫單個節(jié)點屬性，度中心性代表單個節(jié)點在網(wǎng)絡中的地位，平均路徑長度與網(wǎng)絡度可以描述網(wǎng)絡各節(jié)點的聯(lián)系性，聚類系數(shù)與K-核可以刻畫網(wǎng)絡集中程度[11]。若一個網(wǎng)絡具有較大的網(wǎng)絡聚類系數(shù)與較小的平均最短路徑長度，則說明該網(wǎng)絡具有小世界網(wǎng)絡特征。

3 拓撲性質(zhì)與布局特征

3.1 復雜網(wǎng)絡特征

3.1.1 整體網(wǎng)絡特征

朱陳平等[12]在復雜網(wǎng)絡理論研究中提出，現(xiàn)實中大部分復雜網(wǎng)絡均具有稀疏性。本文研究對象為上海市中石油加油站點網(wǎng)絡，根據(jù)不同半徑形成兩個拓撲結構， ?0.005 2和0.007 8的平均網(wǎng)絡密度體現(xiàn)了網(wǎng)絡稀疏性。同時，由表1可知兩個網(wǎng)絡的聚類系數(shù)均較高，平均路徑長度均較小。因此，上海市加油站點網(wǎng)絡同樣具有小世界網(wǎng)絡特征。

3.1.2 局部特征

0.9km服務半徑的加油站點網(wǎng)路最大K-核為3-核，1.2km服務半徑的加油站點網(wǎng)絡最大K-核為4-核，說明后者網(wǎng)絡凝聚力比前者強。根據(jù)表2可知，0.9km半徑復雜網(wǎng)絡的度均值為0.922，表示1個站點平均與1個站點連接，連接數(shù)越小，對于站點之間共享服務區(qū)域越不利。該網(wǎng)絡最大節(jié)點度值為3，有10個節(jié)點，占總數(shù)的5.56%;度值為2的節(jié)點有46個，占總數(shù)的25.56%。由此說明度值為3的10個節(jié)點在0.9 km半徑的網(wǎng)絡中占主導地位。

3.2 空間布局特征

通過BDP可視化數(shù)據(jù)分析工具將復雜網(wǎng)絡參數(shù)及加油站站點空間分布對應，直觀分析上海市中石油加油站空間布局特征。

（1）站點空間分布不合理。由表2、圖3所示，0.9km服務半徑內(nèi)，度值為3的10個中石油加油站分布在靜安區(qū)、奉賢區(qū)和浦東新區(qū)，其中，有5個加油站分布在靜安區(qū)。由表3、圖4所示，1.2km服務半徑內(nèi)，度值高的13個中石油加油站主要分布在市區(qū)，分別是靜安區(qū)、虹口區(qū)、徐匯區(qū)和長寧區(qū)。其中，有9個度值高的加油站分布在靜安區(qū)。由此可見，起關鍵作用的中石油加油站基本分布在靜安區(qū)，并且度值低的加油站點布局也比較分散，空間布局非常不合理。

（2）度值大的站點聚集。由圖3、圖4所示，度值較高的節(jié)點主要聚集在靜安區(qū)，并且在市區(qū)高度值節(jié)點之間聯(lián)系更緊密，傾向于集聚成片分布。由圖4可以清晰地看到以靜安區(qū)為中心的周邊市區(qū)，加油站點的凝聚力顯著強于其它區(qū)域。另外，在各郊區(qū)中，有4個度值為3的加油站分布在奉賢區(qū)，也具有較強的凝聚力。

（3）不同區(qū)域區(qū)別對待。節(jié)點度值越大說明其在網(wǎng)絡中越重要，與多個節(jié)點之間存在聯(lián)系。因此，較大度值的節(jié)點主要分布在市區(qū)，說明中石油加油站更傾向于在交通與經(jīng)濟更為發(fā)達的市區(qū)設置加油站點，不重視郊區(qū)的發(fā)展。各區(qū)域內(nèi)節(jié)點度之和數(shù)值越大并不代表該區(qū)域加油站點數(shù)量越多，如長寧區(qū)只有一個加油站點，但由表5可知，以1.2km為服務半徑時，它的節(jié)點度為6，說明該站點在網(wǎng)絡中占據(jù)重要地位，也進一步說明，中石油在郊區(qū)加油站分布不均勻，各區(qū)域內(nèi)站點聯(lián)系性較小，布局分布合理性有待進一步提高。

4 改善建議

本文在復雜網(wǎng)絡視角下，研究上海市中石油加油站空間布局，發(fā)現(xiàn)其存在以下問題，并提出相應改善建議。

（1）除靜安區(qū)加油站點聯(lián)系密切，其它各區(qū)加油站點聯(lián)系相對稀疏，不同服務半徑下的加油站點網(wǎng)絡拓撲圖均具有小世界網(wǎng)絡特征。因此，需改善郊區(qū)加油站布局，使郊區(qū)加油站的選址盡可能在服務半徑之內(nèi)，增強加油站點之間的聯(lián)系性，提高加油站點網(wǎng)絡結構穩(wěn)定性。

（2）高度值的加油站點聚集在市區(qū)，使市區(qū)加油站凝聚力大于郊區(qū)。雖然市區(qū)交通及商業(yè)比較發(fā)達，但郊區(qū)發(fā)展?jié)摿Υ?、速度快。因此，可將加油站設置在郊區(qū)發(fā)達的樞紐位置，提高其凝聚力。

（3）不同區(qū)域內(nèi)加油站分布存在差異性：①度值高的節(jié)點在靜安區(qū)聚集程度很高，有成片分布傾向。由表5可知，靜安區(qū)節(jié)點度值大于3的節(jié)點度值總和為47，明顯高于其它片區(qū)。由于市區(qū)發(fā)展程度高于郊區(qū)，所以中石油更偏向在市區(qū)集中設置加油站點，并且站點之間聯(lián)系密切;②郊區(qū)加油站點分布非常不均勻，例如在寶山區(qū)，只有7個加油站點，而浦東新區(qū)有42個加油站點。未來中石油在規(guī)劃加油站點時，可以重點考慮郊區(qū)現(xiàn)狀，圍繞郊區(qū)重要節(jié)點位置進行合理的空間布局，提高中石油在上海市的凝聚力和影響力，為市民更好地提供便利。

5 結語

本文基于復雜網(wǎng)絡視角，探索上海市中石油加油站點網(wǎng)絡布局特征，針對中石油加油站空間布局空間布局不合理之處，提出改善建議。加油站點布局受很多不確定因素影響，本文僅從地理距離角度構建加油站點復雜網(wǎng)絡模型，并沒有考慮其發(fā)展趨勢;同時，本文以中石油加油站為研究對象，沒有考慮中石化等競爭對手對其抗毀性的影響，以上問題是下一步研究內(nèi)容。

參考文獻：

[1] 于林. 加油站選址與布局[J]. 石油商技，1999，17（4）：39-42.

[2] 馬義飛，高榮曉. 路段加油站布局模型[J]. 運籌與管理，2005，14（5）：63-68.

[3] 陳紅.加油站布局的構思[J]. 石油庫與加油站，2001，10（5）：27-31.

[4] 楊德鋒. 加油站選址研究[J]. 中國石油大學學報：社會科學版，2006，22（3）：20-23.

[5] 孫寶鳳，高坤，申琇秀，等. ?基于能力平衡和變覆蓋半徑的加油站網(wǎng)絡擴充選址模型[J]. 吉林大學學報：工學版，2018，48（3）： 704-711.

[6] 崔靜，常琪. 我國加油站布局問題研究[J]. 石油化工管理干部學院學報，2007，9（3）：36-39.

[7] 馬小毅，豐富，陳先龍. 加油站空間布局評價方法研究——以廣州市為例[J]. 交通與運輸：學術版，2016（1）：266-270.

[8] 朱春節(jié). 上海市加油站規(guī)劃布局研究[J]. 交通與運輸：學術版， 2016（1）：260-265.

[9] 王成龍. 國有石油企業(yè)視角下的加油站布局策略[J]. 石油庫與加油站，2008，17（6）：1.

[10] 盧志成，黃云. 城市機動車加油站需求預測與規(guī)劃布局方法探討[J]. 規(guī)劃師，2011，27（2）：99-103.

[11] 汪小帆，李翔，陳關榮. 網(wǎng)絡科學導論[M]. 北京：高等教育出版社，2012.

[12] 朱陳平，張永梅，劉小廷，等. 復雜網(wǎng)絡稀疏性的統(tǒng)計物理研究綜述[J]. 上海理工大學學報，2011，33（5）：425-432.

[13] 鄭嘯，陳建平，邵佳麗，等. 基于復雜網(wǎng)絡理論的北京公交網(wǎng)絡拓撲性質(zhì)分析[J]. 物理學報，2012，61（19）：95-105.

[14] 何亞伯，周雅丹，張浩. 基于復雜網(wǎng)絡理論的城鎮(zhèn)居民點布局特征研究[J]. 武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2018，40（1）： 55-60.

[15] 甄茂成，張景秋，楊廣林. 基于復雜網(wǎng)絡的商業(yè)銀行網(wǎng)點布局特征：以北京市中國銀行為例[J]. 地理科學進展，2013，32（12）： 1732-1741.

[16] BARABASI AL，ALBERT R. Emergence of scaling in random networks[J]. Science （New York），1999，286（5439）：509-512.

[17] 雷霆，余鎮(zhèn)危. 基于復雜網(wǎng)絡理論的計算機網(wǎng)絡拓撲研究[J]. 計算機工程與應用，2007，43（6）：132.

[18] 周濤，柏文潔，汪秉宏，等. 復雜網(wǎng)絡研究概述[J]. 物理，2005，34（1）： 31-36.

[19] BERMAN O，DREZNER Z，KRASS D. Generalized coverage： new developments in covering location models[J]. ?Computers and Operations Research，2010，37：1675-1687.

[20] CHURCH R，REVELLE C. The maximal covering location problem[J]. Papers of the Region Science Association，1974，32（1）：101-108.

（責任編輯：江 艷）