论文部分内容阅读
21世纪以来，全球海洋运输地位的提高和船舶大型化、集装箱化的发展趋势，推动了集装箱运输的快速发展，逐渐成为未来最具潜力的运输方式之一。集装箱港口作为海洋运输系统中的关键节点，受惠于全球贸易和区域经济的高速增长，已然成为所在国家参与国际市场竞争的主战场，其经济地位日益凸显。此外，集装箱港口的兴起对中国外贸和航运发展至关重要，近年来，中国对外贸易的迅速增长推动了中国集装箱吞吐量快速增长，沿海地区集装箱班轮运输活动日益活跃，为国际贸易和航运经济的繁荣创造了契机。未来，中国集装箱港口的发展仍然是全球海运稳定发展的关键和保障。因此，研究世界集装箱港口网络的特征与中国集装箱港口在世界集装箱港口网络中地位，不仅丰富了现有世界集装箱港口复杂网络、中国港口研究的理论基础，也为中国集装箱港口规划布局、航运企业运力配置及中国海运事业发展提供了科学支持，具有较强的经济和社会意义。因此，基于上述研究目标，主要得出以下结论:
(1)以世界集装箱港口间海运货流联系为基础，设定港口为节点，港口之间的联系为边，构建了以航次为权重的世界集装箱港口网络。首先，通过网络整体指标与k-core方法，分析了港口网络的整体网络结构特征及层次特征。其次，对全球各港口在世界集装箱海运加权网络中的中心性(点强度、加权介数和加权接近度)进行测度，衡量出各港口在加权网络中的地位，并与现有的世界集装箱拓扑网络的中心性进行对比分析。
世界集装箱港口网络符合小世界特性与无标度特征。世界集装箱港口体系被划分为6个层次，每层次港口均分布于多个海域且联系程度差异较大。从世界集装箱港口节点强度、加权介数和加权接近中心性来看，少数港口与较多港口之间存在集装箱班轮运输服务，在轴-辐结构中轴心作用较强，且港口间的运输服务航次较多。枢纽港在全球的地理分布不均衡，主要集中于东亚和东南亚。此外，通过拓扑网络指标与加权网络指标的对比，可以看出加权网络更能反映世界集装箱港口的中心性及重要程度。
(2)为研究世界集装箱港口网络的级联失效下的鲁棒性，在加权网络中构建了以节点强度为攻击方式的蓄意攻击策略，分别基于随机攻击策略、最大度值攻击策略、最大介数攻击策略对网络连通性变化进行了研究。首先，设计基于随机攻击和蓄意攻击进行随机攻击策略、最大度值攻击策略、最大介数攻击策略的仿真算法;再研究世界集装箱港口网络在某种攻击模式下不断实现级联失效后的负载重分配并最终得出仿真结果，基于节点保留率、网络效率和最大连通子图比三个抗毁性指标对不同攻击策略下的网络抗毁性进行评估。
构造的集装箱港口网络对随机攻击有较好的抗毁性，对最大度数攻击和最大介数攻击的抗毁性较差。对蓄意攻击进行分析，集装箱港口网络存在若干重要港口节点，当这些港口节点被攻击移除，级联失效的传播使网络迅速崩溃，这些重要港口的数量就是蓄意攻击次数的阂值。在蓄意攻击的仿真分析中，发现上海、新加坡这些特大型港口既是度值最大的港口节点，又是介数最大的港口节点，当这些节点均被攻击后，在级联效应作用下整个网络会迅速崩溃。
(3)基于复杂网络的相关理论，从港口的网络结构重要性、区位重要性及经济重要性、运输依赖重要性方面，基于复相关系数法整合点强度中心性、加权介数中心性和加权接近中心性三个指标得到加权综合中心性，考察港口的网络结构重要性，并首次界定了“加权综合中心性”、“海运区域参与度”、“港口货流贡献度”、“多重流”等概念，对中国集装箱港口在世界集装箱港口网络中的地位进行评价。
由复相关系数法可知，在评价港口的网络结构重要性时，加权可达性最为重要，加权中介性次之，加权连接性重要程度最低。中国加权综合地位较高的集装箱港口(上海港、深圳港和宁波-舟山港)在世界集装箱港口网络中的拓扑结构地位较突出，但除上海港外，与综合度值排名靠前的新加坡港和釜山港仍有比较大的差距。在世界集装箱港口网络中，中国集装箱港口的加权综合中心性、海运区域参与度、外部货流贡献度、承担显著流数量位序基本一致。表明具有较好的网络结构地位的中国集装箱港口，也会具有区位优势，对全球范围内其他海运区域经济发展具有重要作用，且具有较强的运输主导地位。
(4)基于世界集装箱港口复杂网络和中国集装箱港口网络地位的研究，系统分析世界集装箱港口复杂网络未来发展趋势。并结合中国集装箱港口发展特征，从政府部门、港口行业及航运行业提出了应对策略。
中国政府部门应构建综合交通运输体系，提高集装箱港口运输的硬实力，构建综合交通运输体系，提高集装箱港口运输的硬实力;完善企业市场机制，优化社会保障体系，提升集装箱港口运输的软实力;推动多区域、多领域合作，提升集装箱港口运输的“通实力”。港口可从加快港口资源的优化整合、依托国家战略构建信息化港口、依托港口优势发展临港产业、提升港口应对突发事件的能力四个方面采取我国港口的应对策略。航运行业需要积极采取以经营策略优化为主线，构建绿色、智能、安全航运体系的应对策略。
(1)以世界集装箱港口间海运货流联系为基础，设定港口为节点，港口之间的联系为边，构建了以航次为权重的世界集装箱港口网络。首先，通过网络整体指标与k-core方法，分析了港口网络的整体网络结构特征及层次特征。其次，对全球各港口在世界集装箱海运加权网络中的中心性(点强度、加权介数和加权接近度)进行测度，衡量出各港口在加权网络中的地位，并与现有的世界集装箱拓扑网络的中心性进行对比分析。
世界集装箱港口网络符合小世界特性与无标度特征。世界集装箱港口体系被划分为6个层次，每层次港口均分布于多个海域且联系程度差异较大。从世界集装箱港口节点强度、加权介数和加权接近中心性来看，少数港口与较多港口之间存在集装箱班轮运输服务，在轴-辐结构中轴心作用较强，且港口间的运输服务航次较多。枢纽港在全球的地理分布不均衡，主要集中于东亚和东南亚。此外，通过拓扑网络指标与加权网络指标的对比，可以看出加权网络更能反映世界集装箱港口的中心性及重要程度。
(2)为研究世界集装箱港口网络的级联失效下的鲁棒性，在加权网络中构建了以节点强度为攻击方式的蓄意攻击策略，分别基于随机攻击策略、最大度值攻击策略、最大介数攻击策略对网络连通性变化进行了研究。首先，设计基于随机攻击和蓄意攻击进行随机攻击策略、最大度值攻击策略、最大介数攻击策略的仿真算法;再研究世界集装箱港口网络在某种攻击模式下不断实现级联失效后的负载重分配并最终得出仿真结果，基于节点保留率、网络效率和最大连通子图比三个抗毁性指标对不同攻击策略下的网络抗毁性进行评估。
构造的集装箱港口网络对随机攻击有较好的抗毁性，对最大度数攻击和最大介数攻击的抗毁性较差。对蓄意攻击进行分析，集装箱港口网络存在若干重要港口节点，当这些港口节点被攻击移除，级联失效的传播使网络迅速崩溃，这些重要港口的数量就是蓄意攻击次数的阂值。在蓄意攻击的仿真分析中，发现上海、新加坡这些特大型港口既是度值最大的港口节点，又是介数最大的港口节点，当这些节点均被攻击后，在级联效应作用下整个网络会迅速崩溃。
(3)基于复杂网络的相关理论，从港口的网络结构重要性、区位重要性及经济重要性、运输依赖重要性方面，基于复相关系数法整合点强度中心性、加权介数中心性和加权接近中心性三个指标得到加权综合中心性，考察港口的网络结构重要性，并首次界定了“加权综合中心性”、“海运区域参与度”、“港口货流贡献度”、“多重流”等概念，对中国集装箱港口在世界集装箱港口网络中的地位进行评价。
由复相关系数法可知，在评价港口的网络结构重要性时，加权可达性最为重要，加权中介性次之，加权连接性重要程度最低。中国加权综合地位较高的集装箱港口(上海港、深圳港和宁波-舟山港)在世界集装箱港口网络中的拓扑结构地位较突出，但除上海港外，与综合度值排名靠前的新加坡港和釜山港仍有比较大的差距。在世界集装箱港口网络中，中国集装箱港口的加权综合中心性、海运区域参与度、外部货流贡献度、承担显著流数量位序基本一致。表明具有较好的网络结构地位的中国集装箱港口，也会具有区位优势，对全球范围内其他海运区域经济发展具有重要作用，且具有较强的运输主导地位。
(4)基于世界集装箱港口复杂网络和中国集装箱港口网络地位的研究，系统分析世界集装箱港口复杂网络未来发展趋势。并结合中国集装箱港口发展特征，从政府部门、港口行业及航运行业提出了应对策略。
中国政府部门应构建综合交通运输体系，提高集装箱港口运输的硬实力，构建综合交通运输体系，提高集装箱港口运输的硬实力;完善企业市场机制，优化社会保障体系，提升集装箱港口运输的软实力;推动多区域、多领域合作，提升集装箱港口运输的“通实力”。港口可从加快港口资源的优化整合、依托国家战略构建信息化港口、依托港口优势发展临港产业、提升港口应对突发事件的能力四个方面采取我国港口的应对策略。航运行业需要积极采取以经营策略优化为主线，构建绿色、智能、安全航运体系的应对策略。