摘要：海上絲綢之路的海運網絡是承擔其沿線國家貨物運輸的交通骨架，反映了沿線各國的貿易關系。經濟發展不平衡和地緣政治等因素使得海運交通網絡具有明顯的不均衡性，采用可視化方法對交通不均衡性進行分析，有助于深度刻畫海運網絡空間格局，制定優化策略。基于船舶自動識別系統(automaticidentificationsystem，AIS)軌跡數據，使用Gephi軟件構建了海上絲綢之路的海運網絡，基于此，對交通不均衡性所體現的國家海運角色與海運關系進行了研究，使用ECharts開源可視化庫展示了海運交通不均衡引致的不同國家的海運角色及各國海運聯系的差異。研究結果表明，采用不同的可視化分析方法能直觀形象地展示海運網絡交通的不均衡性，為精細化解析海運網絡的空間格局及地理網絡關系提供有效的技術支撐。

　　關鍵詞：海上絲綢之路;海運網絡;交通不均衡性;可視化分析;Gephi;ECharts

　　隨著21世紀海上絲綢之路(簡稱海上絲路)倡議的不斷推進，沿線各國經濟合作更加緊密，海運交通聯系愈加頻繁，使得資源配置加速，交通不均衡性越發突出[1-3]。交通網絡的不均衡性反映了各國貿易的空間關系[4]，研究這種不均衡性有利于探析海運貿易合作的時空態勢和交通網絡的薄弱點，有助于從國家戰略高度協調海運貿易關系，制定宏觀的經貿合作策略，為實現區域經濟一體化[5]提供科學參考。

　　現有海運網絡交通不均衡性的研究大多通過港口績效[6-8]、港口系統集中度[9，10]、樞紐港地位[11-13]等量化指標來間接體現交通不均衡性。實際上，交通不均衡反映各節點在網絡內的相互聯系與差異，表征著各國在海運網絡中扮演的角色及各國間的交通關系。海運交通不均衡的研究方法主要分為指標法與網絡流分析法兩類。

　　Notteboom等[14]運用基尼系數對1975—2003年間歐洲和北美地區港口的貨流集中度演變進行了比較，得到北美港口的貨物集中度更高的結論。指標法通過比較數值進行度量，解釋性較差，且不能反映網絡的空間動力學信息。基于網絡流分析方法進行研究較為新穎，Wang等[15]基于圖論探索海運交通不均衡特性，并以東亞港口為研究案例，分析內部層次結構及空間交互作用，評估交通整合對集裝箱行業的影響。Xu等[16]運用主導流分析研究全球航運網絡各航區地位的不均衡演變規律，證實了交通總量并不能充分反映節點地位的假設。

　　網絡流分析將網絡的聯結屬性考慮在內，能夠更加綜合、細致地反映交通流模式的形成和運行機制，對網絡節點自身角色和相互之間關系的判定與維護有著無可替代的天然優勢。利用船舶自動識別系統(automaticidentifica⁃tionsystem，AIS)傳感器能夠獲取船舶的實時航行信息[17，18]，提高海運網絡研究的精度與準確度[19]。利用AIS數據能夠準確構建實時海運交通網絡，從而更有效地分析交通不均衡性。因此，本文基于AIS船舶軌跡數據，通過網絡流分析方法對海運交通不均衡特性進行探析，同時采用了不同的可視化表達形式，以直觀、科學地展示海上絲路沿線各國的海運交通角色和交通關系。

　　1數據和方法

　　1.1研究區域

　　絲綢之路是古代中國與亞歐非國家政治、經濟、文化往來通道的統稱，是具有歷史意義的文明傳播之路[20]。現在，海上絲路的合作對象擴大至世界各國，以亞歐非經濟帶一體為目標，為中國和海上絲路沿線各合作國經濟發展做出貢獻。據此確定本文研究區域為在海上絲路處于主導地位的位于東北亞、東南亞、西亞和歐洲沿線的39個國家。

　　1.2研究數據

　　基于AIS軌跡數據與全球港口索引文件提取船舶抵、離港信息，將每艘船舶一次抵港與離港的經緯度、港口號及時間戳等信息作為一條起訖點(origindestination，OD)數據。涉及海上絲路沿線39個國家，最終得到交通流OD數據257715條，本文研究單元是國家，因此，結合全球港口索引文件以及國家基本信息將港口進行國家歸屬劃分，將某一國家的抵、離港數據相加，形成以國家為節點的海運網絡。

　　1.3研究方法

　　采用多重流分析方法探測交通不均衡性引致的國家海運交通角色與關系的不同，采用Gephi和ECharts來可視化海運交通網絡及進行交通不均衡性的表達。

　　1.3.1多重流分析

　　多重流分析將高于一定閾值的流均考慮在內，關注的是海運網絡中所有較顯著的連接。

　　1)交通流流向與表征的關系。根據多重流的特點，交通流分布與節點的關系存在著不同的分散模式，表現出不同的依賴、互補關系，進而可以識別出目標節點的競爭協同關系等。

　　2)競爭與協同模型。運用多重流分析法得出的顯著流不僅能反映節點的重要性，還能反映節點間的關系[21]。

　　1.3.2可視化方法及軟件

　　根據可視化表達的需求，采用Gephi軟件和ECharts開源庫對數據進行展示。Gephi軟件是一款開源免費的復雜網絡分析軟件，多用于各種網絡和復雜系統的交互可視化，是當前科學數據可視化領域的一款重要軟件，它不但能處理大規模數據集并生成漂亮的可視化圖形，還能對數據進行清洗和分類，并且提供了10余種不同的布局算法，可以根據不同需要生成優美的展示效果。

　　當前針對互聯網、生物網絡、連接分析、社交圖譜等的大多數探索性數據分析基本上都是基于該軟件進行的。ECharts是一個基于JavaScript的開源可視化圖表庫，其圖表類型豐富，渲染引擎多樣，支持數據過濾、聚類、回歸等分析，可以實現同一份數據的多維度分析，還具有開源交互等功能，因此成為當前諸多領域進行可視化分析的首選開源庫。

　　2交通不均衡性的可視化分析

　　2.1海運交通網絡表達

　　在Gephi軟件中采用GeoLayout布局算法對各國及其交通流聯系進行可視化。GeoLayout算法使用經緯度坐標設置網絡上的節點位置，對網絡節點進行地理布局，即能根據地理編碼屬性(緯度和經度)和標準投影顯示圖形。采用GeoLayout布局算法進行海運網絡可視化的基本步驟如下：

　　①在Gephi軟件中導入節點文件，包括ID、Label、Latitude和Longitude字段，邊文件包括Source、Target節點以及Weight字段，布局選擇GeoLayout算法，使其結構形狀依據節點的經緯度位置變化;②在外觀設置中渲染節點和邊，指定顏色、尺寸、標簽等;③通過預覽界面調節參數，美化復雜網絡的可視化效果，并使用Inkscape軟件將GeoLayout算法的可視化效果圖與ArcMap制作的地理底圖(亞洲、歐洲、非洲、大洋洲)疊加，生成各國交通流聯系的可視化圖像。

　　2.2國家海運交通角色分析

　　通過顯著流分析，構建海運網絡的主干結構，以進一步分析各國的海運角色。為形象直觀地刻畫不同國家的海運角色，本文將各國所承擔的海運交通流量等級劃分為大于10000、大于3000、大于100，采用Gephi軟件繪制關系網絡，并以區域為單元將其劃分為4個版塊，繪制國家海運交通角色評估圖。從區際角度看，在歐洲地中海地區，希臘承擔的區際間顯著流最多，西亞以及東南亞國家對希臘存在交通流依賴。在西亞，土耳其承擔的區際顯著流最多，來自歐洲地中海的西班牙、馬耳他、意大利和希臘以及俄羅斯。

　　在歐洲地中海-西亞地區，希臘-土耳其-塞浦路斯-黎巴嫩-以色列形成了跨域海上交通流集中圈。東北亞地區承擔區際顯著流最多、范圍最廣的國家是中國，除對東南亞存在交通流依賴外，中國還與西亞的阿聯酋和沙特阿拉伯存在重要的交通關系。在東南亞，馬來西亞承擔的區際顯著流較多。從各區域內部來看，在歐洲，意大利對海上交通流具有強勁的控制能力，承擔歐洲地中海沿線所有國家的顯著交通流，成為歐洲地中海地區首屈一指的船舶“集散中心”。在西亞地區，阿聯酋對區域內海上交通流的控制能力強于其他國家，承擔了阿曼、巴林、卡塔爾、科威特、沙特阿拉伯、伊拉克和伊朗7個國家的顯著交通流。

　　在東北亞，中國承擔區域內所有國家的顯著交通流，且承擔的顯著交通流數量在區域內遙遙領先。作為世界上最大的制造業國家，有“世界工廠”之稱的中國成為東北亞地區乃至世界海運交通的“集散中心”。在東南亞，新加坡對海上交通流的控制力較該區域其他國家更強。綜上來看，意大利、新加坡和中國在海上絲路海上交通網絡中發揮著支柱作用，而作為局部樞紐的希臘、土耳其以及以色列等構建起了地中海東部海域的主要交通流結構，對地中海區域的海運貿易起到了積極的推動作用。沙特阿拉伯是海上絲路國家中與各地區海運交通聯系最均衡的國家，為歐洲和亞洲構建起了海運貿易的橋梁。

　　2.3各國海運關系分析

　　從關系的數量和強度兩個層面對國家海運關系進行定量分析，基于競爭-協同模型，采用ECharts統計和可視化方法展示各區域內各個國家承擔的競爭和協同關系度值分布和占比以及各區域的交通關系強度，可以看出，競爭與協同關系趨勢線走向相似。定義度值大于30的國家為高層次國家，度值為(20，30]的國家為中層次國家，度值為(10，20]的國家為低層次國家。

　　可以看到，西亞和歐洲地中海地區的國家兩極分化明顯，相比之下，東亞各國的交通關系則更均衡。從關系的空間分布與強度上看，區際交通關系遠遠多于區域內部交通關系，關系強度與總體平均強度值相近。在各區域內部，西亞的交通關系最多，但強度遠未達到總體平均強 度;歐洲競爭、協同關系比西亞少，但關系強度更大;東南亞交通關系極強;東北亞交通關系強度僅次于東南亞。因此，各國跨區遠洋交通目前仍有較大發展空間，各國應積極主動加強跨區海運貿易合作。繼續從區際和區域兩個視角探究交通關系。使用ECharts可視化庫構建弦圖，以形象刻畫交通關系，根據不同國家權重大小構造不同半徑的節點，按照起始節點與目標節點的強、弱關系以及權重確定線數據。

　　關系網絡中的強關系占比70%以上，故顯著交通關系網絡以強關系為主。另外，在競爭網絡中處于核心地位的國家在協同網絡中也處于核心地位，與核心國存在競爭與協同交通關系的國家高度重合。因此，大多數國家間既有競爭交通關系又有協同交通關系，形成競爭-協同型交通關系。

　　其中，中國、新加坡、馬來西亞承擔的區際交通關系最多，進一步對這3個國家的海運交通關系進行研究。可以發現，中國、新加坡和馬來西亞相互之間海運交通聯系作用很強，此外，馬來西亞與歐洲的希臘、法國、意大利，西亞的阿聯酋、沙特阿拉伯和東北亞的韓國競爭-協同型交通關系較強。新加坡與歐洲的西班牙、希臘、意大利，西亞的阿聯酋和東北亞的韓國、日本存在較強的競爭-協同型交通關系。因此，地理鄰近的海運大國間更易形成區域內較強的競爭-協同型交通關系。

　　3結束語

　　海上絲路海運交通網絡的不均衡性體現在沿線國家在海運網絡中承擔的不同角色及其之間的不同交通關系，本文通過Gephi軟件利用AIS軌跡數據構建海運交通網絡，采用顯著流方法通過ECharts可視化庫對國家的交通角色和國家間的交通關系進行了可視化分析，得出了以下結論：

　　1)從海上絲路海運網絡結構上看，海運網絡空間分布不均引致沿線國家海運地位及聯系特征差異明顯，意大利、新加坡和中國在海上絲路海運網絡中承擔了極為重要的角色，希臘-土耳其-塞浦路斯-黎巴嫩-以色列形成了歐洲地中海-西亞地區海運交通圈，沙特阿拉伯是亞歐貿易的橋梁;從交通關系數量上看，歐洲地中海與西亞國家兩極分化明顯，東亞國家表現均衡;從交通關系強度上看，東南亞國家間關系強度最強，西亞的關系強度最弱;從交通關系類型上看，大多數國家間已形成了競爭-協同型交通關系。

　　2)從可視化的手段來看，Gephi軟件和ECharts可視化庫能夠優美展示海運交通網絡的結構特征，深度刻畫交通不均衡性引致的國家角色及交通關系的差異，將復雜的地理問題形象化，使分析結果更具可讀性和可解釋性。

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　　作者：牟乃夏1任浩楠1，2張靈先1鄭允豪1，3宋沛林1劉志文1徐幻青1