基于物流节点吸引力的城市货运网络演化

基于物流节点吸引力的城市货运网络演化willal背景综述研究背景、目的和意义、研究现状综述内容概述主要内容和技术路线模型建立物流节点吸引力模型空间引力模型

网络演化模型实际算例武汉市货运网络演化算例分析优化演化过程分析网络优化分析背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化物流园区

为实现物流设施集约化和物流运作共同化，或出于城市物流设施空间布局合理化的目的而在城市周边等各区域，集中建设的物流设施群与众多物流业者在地域上的物理集结地。物流中心配送中心物流园区物流中心配送中心从事物流活动的场所或组织，主要面向社会服务；物流功能健全；完善的信息网络；辐射范围大；少品种、大批量；存储/吞吐能力强；物流业务统一经营、管理。从事配送业务的物流场所或组织，主要为特定的用户服务；配送功能健全；完善的信息网络；辐射范围小；多品种、小批量；以配送为主，储存为辅。背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化结构化的需求——网络的结构化(上)点对点运输（下左）经物流节点转运（下右）合理的城市货运网络：在满足货运需求的同时降低对城市交通运行的不良影响；满足不同层次的货运需求，提供多样化的货运服务；降低货运过程中的能源消耗和碳排放；提升城市的经济、贸易影响力。不断增长的货运需求持续发展的城市经济背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化节点吸引力在网络演化中的作用：吸引新节点与之建立连接关系网络拓扑结构变化节点作用的范围变化背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化节点吸引力研究的两种进路：对节点间连接的分析（attachment）对节点作用区域的分析（catchment）节点吸引力的两种作用模式：节点相互连接（link）吸引域的覆盖（area）网络结构研究节点选址研究背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化网络演化过程中，节点吸引力连接的演化和节点吸引力区域的演化研究的核心问题：物流节点吸引力的定义和测度；演化模型（网络动态演化规则）的建立；演化过程可视化的实现；演化过程的分析。背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化1.物流节点吸引力的定义和测度？

节点吸引力测度吸引力较强的节点节点吸引力构成

AttractionOR

Gravity物流节点吸引力节点初始吸引力节点的“先天”条件演化过程中吸引力的增长节点的“后天”成长与较多的节点建立连接节点度较高连接增长的速度较高度的变化率较高演化表现AHP法

偏好连接规则Πn→i背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化物流节点吸引力的定义：

物流节点通过其自身的功能和规模的相对优势，吸引网络中其它节点（货运集散点、起讫点）与之建立连接关系，并产生货物流动的能力。与之相连的节点数的多少；与之产生的货物流量的大小。与之连接的节点数的增长率；与之产生的货物流量的增长率。也就相当于静态角度下两个方面的数量分别对时间微分。动态角度静态角度物流节点吸引力强弱的体现城市货运网络可以抽象为一个网络图。在网络图中，每个物流节点都有一个与之对应的度，这些节点的度一起构成了一个标量场。如果将物流节点相互连接的无向线段换为有向线段，方向指向其度最高的邻居节点（沿这个方向节点的度的变化最大），那么，这个物流节点的度的标量场就变成了一个梯度网络。因为梯度的定义是：标量场f中一点处存在一个矢量G，G的方向为f在该点处变化率最大的方向，则G就称为f的梯度，记为背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化物流节点初始吸引力测度相关指标选取已有研究表明，影响物流节点吸引力的因素包括[22]：工商业发展水平可采用物流节点所在行政区的规模以上工业企业数和社会消费品零售总额加以衡量。依托的交通设施不同，相同时间内可以达到的范围的大小不同，节点之间的相对临近程度就不同。用地条件建设需要占用土地，土地的价格和大面积土地的可获得性直接影响物流节点的规模大小。货运需求大小物流节点的等级高等级物流节点包含低等级的物流节点的功能，并有更高级的功能，能提供物流服务范围也更大。物流节点间的相似度当服务多种货物的运输，当它们的货运种类有重叠时，认为这两个货运节点相似，否则不相似。可采用货运需求集中度（或货运集散地临近度）和相关行业两个指标来测度。交通基础设施水平背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化建立层次指标体系构建判断矩阵一致性检验各指标影响权重计算AHP法计算物流节点初始吸引力背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化建立层次指标体系构建判断矩阵一致性检验各指标影响权重计算AHP法计算物流节点初始吸引力背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化建立层次指标体系构建判断矩阵一致性检验各指标影响权重计算AHP法计算物流节点初始吸引力背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化建立层次指标体系构建判断矩阵一致性检验各指标影响权重计算AHP法计算物流节点初始吸引力背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化

假设物流节点i所处的行政区内规模以上的工商业企业数为ni家，社会消费品零售额为pi，货运量oi，货运周转量qi，道路里程为li；全市规模以上的工商业企业数为n家，社会消费品零售额为p，货运量o，货运周转量q，道路里程为l。此外，物流节点i的货运需求集中度评分为ri，相关行业评分zi，基础设施临近性评分ti，用地条件评分ui，物流节点等级评分vi；所有节点的这五项评分的和分别为r，z，t，u，v。从而得到一个评分向量，其中每个元素都为节点i本项指标评分占所有节点该项总评分的比例：

各指标影响权重向量为:W=(0.0505,0.0505,0.0632,0.0632,0.0352,0.0144,0.0660,0.0220,0.0320,0.6030)，

从而，物流节点i的初始吸引力强度为：AHP法计算物流节点初始吸引力背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化类别物理学引力模型地理学引力模型标准模型T=GMmd-bT=GTiTjd-b异化形式无Iij=GTiTje-bd幂指数（b）b=2b∈(0,3]比例系数（G）G=6.67×10-11m3s-2无确定值质量M、m分别代表两个物体的质量（通常不随时间变化）Ti、Tj分别为i、j两要素的规模（大部分文献中取为节点货运量，随时间变化）距离（d）两物体重心间的距离（欧氏距离）两要素间的距离（欧氏距离或交通距离）相互作用同时性时滞性作用与反作用对称不对称适用范围普世不普世物理学引力模型和地理学引力模型的比较背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化引力模型（网络演化规则中空间距离作用的体现）引力模型的一般形式：幂型：F[dE(i,j)]=dij-σ指数型：F[dE(i,j)]=exp(-dij/κ)（幂与指数）复合型：F[dE(i,j)]=dij-σ·exp(-dij/κ)半钟形：F[dE(i,j)]=

(a+bdij-σ)-1

背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化权重更新增长初始状态网络演化模型（网络演化规则的确定）初始状态：1.原始节点数目；2.原始节点之间的连接方式。增长：1.节点数目增长；2.节点之间连接的增长→偏好连接规则的确定权重更新：1.节点强度的更新；2.节点i的相邻边的权重变化背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化初始状态增长权重动态BBV模型N0个节点被给定权重w0的边相互连接，时间每增长一个步长，网络新增一个节点n。新增节点与现有节点中强度较大的m个节点连接，新增连接的边权是w0。节点i被选中与新增节点n连接的概率为：新增连接将会引起网络交通量的变化。为了简化这一交通量重分配过程，认为重分配仅发生在节点i与其邻居节点jϵѴ(i)的连线上：设由新增连接所带来的交通量的总增长为δi，引起的其它边的权重变化量与这些边自身的权重成正比：这一规则导致节点i的强度增长了δi+w0，也就是si→si+δi+w0。当权重更新后，增长机制也就完成了一次迭代。背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化BBV模型与本文需要的演化模型的设定有以下几点不同：1.BBV模型中未体现空间网络的特征，距离因素未被考虑。

2.BBV模型中初始状态设定为N0个节点以等权重w0的边相互连接的全耦合网络。3.BBV模型中未体现节点吸引力在演化中的作用。4.BBV模型中所有节点的初始状态都是相同的，不能体现节点初始吸引力的异质性。

因此，为得到符合城市货运网络演化特征的模型，需要对BBV模型进行改进。背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化基于物流节点吸引力的演化模型在t=0时，从备选的物流节点集中随机选择一个坐标对（x,y），记为（x0,y0），为节点m0的相应坐标。因为每个物流节点有其相对应的一系列信息，当选定了节点坐标(x,y)后，就可以由3.2.3节计算方法得到物流节点的初始强度s0：背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化基于物流节点吸引力的演化模型t=t+1，从备选物流节点集中随机选取一个坐标对（xt,yt），为新建物流节点n，新节点n在原有的m个节点中选择一个节点i连接，边的权重为w0，节点n与i连接的概率同时受节点的强度、吸引力、距离因素影响，新建物流节点与原有物流节点i连接的概率为：背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化基于物流节点吸引力的演化模型时间每增长一个步长，新加入的边(n,i)均被赋予权值w0。假设新加入的边(n,i)只会局部地引起i与它的邻居节点jϵѴ(i)的边权值的动态调整。调整按照如下规则进行：背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化武汉市共有物流园区7个，物流中心28个，合计为35个节点。采集地理坐标和其它信息，ArcGIS绘制节点交互式地理信息图背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化4.可视化的实现？背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化演化过程的动态可视化子目标：在地理空间中的可视化子方案：总方案：背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化在NetBeansIDE7.3平台上导入it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.、java.io等包，构建Gephi的交互和开发平台，并使用Java编程，建立演化模型，模拟城市货运网络演化将NetBeans中生成的演化过程和结果生成为gexf文件，在Gephi中实现演化过程可视化为gephi编写一个插件，将Gephi生成的可视化结果生成为shp文件，导入ArcGIS，实现可视化结果在地理空间中的可视化背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化武汉市货运网络演化结果

背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化图

4‑4网络节点（n）的度（k）的大小背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化通过计算，网络节点度分布符合幂律分布。这表明，由本文所建立的空间加权网络的演化模型是一个无标度网络模型。符合货运网络的轴辐式特征。图4-5网络节点度分布背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化

比较节点强度和节点度可以发现，节点的强度之间的异质性更明显，节点强度和节点度的分布并不完全一致，节点的强度增长的幅度差别较大，其中5号节点东西湖综合物流园、22号节龙阳大道汽车物流中心的强度增长幅度为最大（10.592倍）和次大（9.586倍），这两个节点加入网络的时间都比较早，节点相对获得了较多的强度增长机会，但是，这并不能完全解释节点强度的快速增长，例如，2号节点天河空港综合物流园、3号节点阳逻港综合物流园，虽然加入网络的时间较早，但是节点强度增长远低于5号和22号节点。背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化

网络连接间的距离主要集中分布于30km以下，超过30km的连接仅占所有连接的9.09%。而0~20km内的连接的占到所有连接的78.8%，其中，10km以内的连接在所有连接中所占的比例高，达46.5%，接近一半。演化所示结果也体现了距离衰减作用。图5-1节点间连接的距离的分组统计结构类型示意图节点数边数平均路径长度网络效率链状网络13124.6670.214环状网络13133.5000.286星型网络（单枢纽）13121.8460.542二枢纽轴辐式网络13122.2310.448三枢纽轴辐式网络13122.5130.398四枢纽轴辐式网络13122.7690.361背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化表52不同结构类型的网络比较对于权重网络，网络成本可以定义为：背景综述内容概述模型建立实际算例分析优化总体来说，轴辐式网