[發明專利]一種基于復雜網絡分層的海運航線樞紐港口分析方法

在審

• 申請號: 201710409703.3
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107316102A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 劉澤羲;王文俊;潘林
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/08;G06Q50/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉玥

技術領域

本發明涉及海上交通管理技術領域，特別涉及一種基于復雜網絡分層的海運航線樞紐港口分析方法。

背景技術

近年以來，世界商品貿易的增長不再遙遙領先于世界GDP的增長率，世界貿易的增長動力越發乏力，世界經濟處于階段性筑底、蓄勢上升的低迷階段，世界貿易的增長也并不樂觀，而世界貿易百分之八十是通過海洋運輸來實現商品的流通，在這一大前提下，海洋運輸行業的發展好壞在一定程度上受到世界經濟市場的發展的影響，并反向作用于世界經濟，因此如何增加海運效率，降低海運成本，通過尋找海運樞紐，從而合理的安排使得海運線路不斷優化也成了相關行業的熱門話題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種基于復雜網絡分層的海運航線樞紐港口分析方法，采用復雜網絡的量化方法對現實網絡的特征進行評估，篩選海運網絡樞紐。

本發明所采用的技術方案是：一種基于復雜網絡分層的海運航線樞紐港口分析方法，包括以下步驟：

步驟一、針對一區域的航線數據進行收集，從而完成原始數據的采集；

步驟二、將原始數據進行預處理，整合出構建海運網絡所需要的港口之間的連接情況；

步驟三、以預處理后的數據為基礎，數據中所包含的港口數據為節點，航線為邊，貨運總量作為權重，構建加權海運網絡；

步驟四、對于所構建出的加權海運網絡，計算其節點度指標及其中心性指標；

步驟五、采用k-core算法對整個加權海運網絡進行分層處理，得到分層后的k層海運復雜網絡，其中k越大，代表該層中所包括的的節點在k層海運復雜網絡中地位越高；

步驟六、分別將k層海運復雜網絡中的每一層中的節點，依照步驟四中所計算的中心性指標進行排序，排名越靠前意味著該節點所對應的港口在該層海運復雜網絡中越處于樞紐地位，從而實現海運航線樞紐港口分析。

進一步的，步驟三的具體方法為：對于任意一個港口，將其作為網絡中的一個節點，對于任意的兩個港口之間，若航線數據顯示兩個港口之間存在航線，則兩個節點之間存在一條邊將其連接起來，將港口之間的航線所承載的貨運總量作為權重，由此得到基于航線數據的加權海運網絡。

進一步的，步驟四中，所述的中心性指標包括點度中心性、緊密中心性和介數中心性；所述點度中心性衡量經過港口的航線數量，反映港口在網絡中的地位，所述點度中心性的值越大，該港口在海運網絡中的中心地位越高；所述緊密中心性衡量一港口對其他港口進行船舶運輸的中轉能力，所述緊密中心性的值越大，該港口船舶運輸的中轉能力越強；所述介數中心性衡量一港口與網絡中所有其它港口的距離之和，反映出港口在海上運輸時的通達性，所述介數中心性的值越大，該港口在海運網絡中的樞紐地位越高。

進一步的，步驟五中，采用k-core算法對整個加權海運網絡進行分層處理的具體方法為：

a.根據步驟四計算的到的節點度指標，從加權海運網絡中移除節點度值為k_i＝1的所有節點，這些節點形成網絡的外圍層；在移除節點度值為k_i＝1的所有節點后，若存在節點與主網絡之間完全斷開連接的情況，則這些節點也包含在外圍層當中；

b.在接下來的迭代中，從加權海運網絡中依次移除節點度值為k_i’＝t，t＝2；3；...；max的節點；如果在步驟t中移除節點度值為k_i’＝t的所有節點后，網絡中所產生的新節點的節點度值小于t，則移除這些節點；其中，k_i’是上次迭代完成后所產生的節點的度，max為網絡中節點度的最大值；

c.當所有節點從網絡中移除時，算法在迭代至步驟t＝max時停止，此時網絡具有k＝t層結構，得到k層海運復雜網絡。

進一步的，步驟六中，對節點進行排序的具體方法為：對于每一層中的節點，采用步驟四中計算得到的點度中心性、緊密中心性和介數中心性對每層海運復雜網絡中的節點分別進行排序，其節點在三個中心性指標的排序中越靠前，代表該節點在同層海運復雜網絡中具有更高的樞紐地位，選取三個指標都靠前的節點，認為該節點對應的港口為該層海運復雜網絡中的樞紐港口。

本發明的有益效果是：本發明基于復雜網絡的海運航線樞紐港口分析方法，是通過將現實的網絡映射到復雜網絡所構建的模型之中，采用復雜網絡的量化方法對現實網絡的特征進行評估，將現實世界抽象出來，通過指標分析，網絡分層等一系列技術方案，分析現有的航線數據，衡量海運港口地位，進而辨別不同區域中的海運樞紐，為海運航線規劃，尤其是軸輻式運輸航線規劃提供了有利參考。

附圖說明