蛛网式航线网络特点综合分析
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3.3 大量的中短途直达航线和多种航线连接的中转
美西南航目前大约 80％的客源都是直达旅客，公司的主要目标客户是旅行时间敏感程 度较高的中、短途旅客，公司主要竞争对象包括其他枢纽式航空公司和其他地面运输（汽车、 火车等）公司。因此大量的中、短途直达航线是组成蛛网的必要元素。
美西南航的中转是利用这些中短途直达航线连接组合而成。与枢纽式固定的中转模式相 比，蛛网式拥有更大的灵活性和自主性。在蛛网内部中转，旅客可以自行根据偏好和需要从 蛛网提供的多条候选航线连接组合中选择。而在枢纽式的中转过程中，中转是作为一种产品， 旅客被动的按是联程票所固定的线路飞行。枢纽的中转因其路线的固定性，往往会出现不可 避免的较高的旅客需求延误。我们定义旅客需求延误为旅客因非自身需求而经过中转所花费 的中转衔接时间。在蛛网内部的中转，旅客可以通过自行选择，避开途经常常延误的繁忙机 场的路线，降低了旅客需求延误，从而更有效地保障了其旅行。
关心网络的整体连通性能，而更注重的是追求较低的网络运行成本和每条航线上的收益。
4.2 蛛网式结构的互通率分析
网络的互通率定义为：
网络互通率
=
流出节点的流 −以该节点为源的流 流出节点的流
×100%
(2)
公式(2)表示非必要流经该节点的流量占节点流出量的比重。航线网络中互通率表示为：
航线网络互通率
=
enplaned人数 − outbound人数 enplaned人数
×100%
(3)
其中，Enplaned记录了所有从该机场出发的旅客人数信息，outbound表示OD流以该机场 为始发的旅客人数[2]。公式(3)表示过站旅客人数和OD经该机场实际始发旅客人数的比值。
美西南航和其他枢纽航空公司互通率比较结果如表 2 所示。
表 2 美西南航部分城市和其他枢纽航空公司互通率比较
其平均连通率一般在 30%以上。枢纽式网络的连通性大于蛛网式，但同时也要付出较高的
网络运行成本作为代价。因此，枢纽式网络更适合于大型航空公司，它们有足够的实力来构
建、维护一个枢纽体系，用规模效应的优势来弥补维持枢纽网络的巨大成本；而蛛网式则更
适合于采用低成本策略的中、小型航空公司来实际操作。自身资源的限制约束使得他们并不
BUR
0.30%
MDW
6.50%
CVG
71.90%
CRP
0.10%
MSY
0.70%
SLC
63.70%
DAL
19.60%
OAK
0.50%
UA 互通率
DET
0.20%
OKC
1.20%
IAD
56.00%
DTW
0.20%
ONT
0.40%
ORD
59.40%
通过分析美西南航的航线网络互通率，可以看到主要焦点城市的互通率都低于 30%的 标准。美西南航认为，城市拥有小于等于约 30%的互通率是作为蛛网结构的一个重要的标 志之一[2]。过高的机场互通率会导致大量的非必要过站客流，降低整体航线网络的效率；而
保证一个无向网络图的连通的最少需要 n −1条边， n 表示该图的节点数。通过增加边
数可以增大网络的连通度，可以提升网络的运输性能，但是相应的也需要支付增加边的成本，
使得网络总成本增加。 每个点V 所连接的边 E 的条数称为V 的度，图的平均连通度为图中
所有点的度值的平均，由于网络图规模不一致，规模大的图一般拥有更大的平均单点连通度。 因此，为了不同规模的航线网络之间方便比较，引入平均连通率这个比较合理的概念来描述 整个网络的连接冗余度。
Comprehensive Analysis of Spider Web network characteristic
Ge wei，Xu li
(College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China) Abstract: As a kind of the network frameworks, the airline network has not only the economy but also the network characteristics. Network characteristics can reflect the characteristics of the physical structure of the network. The particular analysis of them can help us to understand the airline network better. In this paper, we analyze the characteristics of the spider web network by three methods, and compare them with the characteristics of the hub-and-spoke network. Finally, we summarize the network characteristics of the spider web network, that provide the theoretical support for our better understanding and application of this emerging network. Key words: Airline Network; Spider Web Network; network characteristic
2 蛛网式航线网络的产生
蛛网式结构不是美西南航从一开始就规划的，而是在其 30 余年的航线调整发展中，从 最初的城市对式结构逐渐发展而来的。美国西南航空公司成立于 1971 年，主要经营达拉斯、 休斯敦和圣安东尼奥的短程航运业务，不断地增加 3 个城市间的航班频率。1977 年，其航 线从东德州扩大到整个州，成为名副其实的州内航空公司。1979 年，美西南航开通了第一 条跨州的航线。1981 年，2 条至关重要的中程航线——Houston到Las Vegas和Houston到 Kansas City的开通使得美西南航正式成为了中、短程航空公司。通过谨慎、缓慢的航线的扩 张，不断调整原有航线结构，增加成熟航线上的航班频率，到 1995 年美西南航的西部航线 已形成蛛网式的网络结构。从 1999 年开始，美西南航开始扩张长航线的营运。发展到今天， 美西南航每天起降飞机近 3000 个航班，其蛛网覆盖到美国 32 个州的 63 个城市[1]。
蛛网式航线网络特点的综合分析
葛伟1，许俐
（南京航空航天大学 民航学院，江苏 南京 210016）
摘要：航线网络作为一种网络结构，不仅具有经济性，还具有网络特性。网络特性能反映出网络物理结构 的特点，通过对其网络特性的细致分析可以有助于我们更深入地了解航线网络。本文针对蛛网式航线网络， 运用了三种方法来分析其网络特性，并结合枢纽式网络进行了分析对比，最终总结了蛛网式航线网络的网 络特点，为我们更好的认识和运用蛛网式这一新兴的航线网络结构提供了理论支持。 关键词：航线网络；蛛网式网络； 网络特性
21
32.31%
Nashville
27
41.54%
Las Vegas
54
83.08%
Amarillo
3
4.62%
Burbank
5
7.69%
Lubbock
5
7.69%
Los Angels
19
29.23%
Dallas
15
23.08%
Ontario
6
9.23%
Birmingham
12
18.46%
Orange Country
基金项目：中国民航总局应用开发科技项目（MHRD0622）. 作者简介：葛伟（1982—），男，江苏南通人，硕士研究生，研究方向：航空运输系统优化.
3 蛛网式航线网络的特点
3.1 保守稳健的航线确定和调整政策
美西南航的稳定的航线扩张政策正是形成蛛网式结构的重要成因。美西南航对新航线城 市的周边 100 英里范围内的人口分布情况进行分析，规避繁忙机场，避开已被垄断的和过于 激烈竞争的航线，针对性的开通航线，然后逐渐的增加航班频率。在随后的 1~2 年内会根据 美西南航每年的收益前 100/200 航线排名对新航线进行经营策略的调整。正是由于这种保守 稳健的航线政策，使得美西南航能保证其蛛网的稳定的收益和不断的成长。
们发现，相对比较平均的节点重要性会产生较高的网络可靠性。对于航线网络来说，当网络
中的单个节点被删除后（可表示成因流控、天气以及其他原因引起的机场大面积延误），直
接导致航空公司的经济损失，我们用 CLOST表示，主要包括延误航班的运营成本T1 和延误 航班的盈利损失T2 ；对旅客造成的经济损失，我们用 PLOST 表示。假设断流时间 H ， H 时
平均连通率 = 图中所有节点的连通度之和 ×100% n2
根据 2007 年美西南航的 Route map，分析其连通率部分结果如表 1 所示。
表 1 2007 年美西南航部分城市连通率
城市
连接度
连通率
城市
连接度
(1)
连通率
Portland
12
18.46%
Kansas City
20
30.77%
Oakland
SWA 互通率
AA 互通率
机场
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
互通率
机场
互通率
机场
互通率
ABQ
9.80%
LAX
0.00%
DFW
67.80%
AMA
2.00%
PHX
27.30%
ORD
58.90%
AUS
2.50%
LIT
0.40%
MIA
78.00%
BHM
1.60%
MAF
3.30%
DL 互通率
BNA
12.20%
MCI
0.90%
ATL
70.30%
6
9.23%
Midland/Odessa
6
9.23%
San Diego
17
26.15%
Jackson
4
6.15%
蛛网内所有城市平均连通率
19.50%
通过对整个蛛网内全部城市的分析计算，最终得出美西南航的蛛网拥有 19.50%的平均
连通率。相比之下，枢纽式结构为了保证枢纽上的中转量，必须维持其庞大的分支航线结构，
3.2 维持整个网络的焦点城市和小于 30%的互通率
在枢纽网络中，网络中包含枢纽机场城市和非枢纽机场城市，枢纽机场的作用和繁忙程 度远远大于非枢纽机场。而在蛛网式结构中，美西南航把所有的服务城市都统称为焦点城市， 所有的焦点城市在蛛网中享受相对平等的服务。即使是非常重要的焦点城市，其互通率一般 也不超过 30%。
4 蛛网式结构的网络特性分析
蛛网式结构的经济性的已经被美西南航连续 30 余年的赢利历史所验证。同时，蛛网式 航线网络作为一种网络结构，就具有其相应的网络特性。通过分析它的网络特性，可以进一 步的了解蛛网结构的特点。本文对蛛网式的网络连通率、互通率和可靠性分析，详细的分析 了蛛网式结构的网络特点。
4.1 蛛网式结构的网络连通率分析
1 引言
航线网络结构分为城市对式、枢纽式和蛛网式三种。目前国内外对城市对式和枢纽航线 网络结构研究比较多，学术成果也比较丰富，对于蛛网式航线网络结构的研究相对很少。国 内航空公司正面临从线型运行模式向网络运行模式的进行战略转型的时期，研究蛛网式航线 网络具有一定的现实指导意义。本文通过的对蛛网式的起源——美西南航的航线网络发展的 深入研究，分析了蛛网式航线网络结构的特点，并针对其网络特性进行了分析，有助于我国 航空公司规划建设自己的蛛网式航线网络。
过低的互通率会导致航线网络建设成本的增加。枢纽航空公司的枢纽机场的互通率一般远高
于 30%。蛛网式比较合理的互通率保障了其网络具有相对较高的效率和较合理的成本。
4.3 蛛网式结构的网络可靠性分析
在每个网络中所有节点的重要性是不同的。系统的“核与核度”理论基于节点删除思想的
研究 [3]。其研究思路是通过度量节点被删除后对网络连通的破坏程度来定义其重要性的。我
3.4 Bus 式的准点航班
Bus 式就是指航班具有像巴士一样的高频率、班次平均分布的特点，它是保障蛛网式航 线网络顺利运行必要条件。高频率的航班所利用的是一种密度经济（economies of density） 的概念。枢纽式结构顺利运行的必要条件是在枢纽机场的航班波。航班波时段是整个机场负 荷的峰值时段，资源被高度使用，而在航班波间隙时段，机场又处于一个相对非常空闲的运 转状态，大量资源被闲置。蛛网式的均衡频率的航班，可以大大减缓峰值时段对机场的压力， 较为平均的使用资源，运行的安全系数相对较高。
美西南航目前大约 80％的客源都是直达旅客，公司的主要目标客户是旅行时间敏感程 度较高的中、短途旅客，公司主要竞争对象包括其他枢纽式航空公司和其他地面运输（汽车、 火车等）公司。因此大量的中、短途直达航线是组成蛛网的必要元素。
美西南航的中转是利用这些中短途直达航线连接组合而成。与枢纽式固定的中转模式相 比，蛛网式拥有更大的灵活性和自主性。在蛛网内部中转，旅客可以自行根据偏好和需要从 蛛网提供的多条候选航线连接组合中选择。而在枢纽式的中转过程中，中转是作为一种产品， 旅客被动的按是联程票所固定的线路飞行。枢纽的中转因其路线的固定性，往往会出现不可 避免的较高的旅客需求延误。我们定义旅客需求延误为旅客因非自身需求而经过中转所花费 的中转衔接时间。在蛛网内部的中转，旅客可以通过自行选择，避开途经常常延误的繁忙机 场的路线，降低了旅客需求延误，从而更有效地保障了其旅行。
关心网络的整体连通性能，而更注重的是追求较低的网络运行成本和每条航线上的收益。
4.2 蛛网式结构的互通率分析
网络的互通率定义为：
网络互通率
=
流出节点的流 −以该节点为源的流 流出节点的流
×100%
(2)
公式(2)表示非必要流经该节点的流量占节点流出量的比重。航线网络中互通率表示为：
航线网络互通率
=
enplaned人数 − outbound人数 enplaned人数
×100%
(3)
其中，Enplaned记录了所有从该机场出发的旅客人数信息，outbound表示OD流以该机场 为始发的旅客人数[2]。公式(3)表示过站旅客人数和OD经该机场实际始发旅客人数的比值。
美西南航和其他枢纽航空公司互通率比较结果如表 2 所示。
表 2 美西南航部分城市和其他枢纽航空公司互通率比较
其平均连通率一般在 30%以上。枢纽式网络的连通性大于蛛网式，但同时也要付出较高的
网络运行成本作为代价。因此，枢纽式网络更适合于大型航空公司，它们有足够的实力来构
建、维护一个枢纽体系，用规模效应的优势来弥补维持枢纽网络的巨大成本；而蛛网式则更
适合于采用低成本策略的中、小型航空公司来实际操作。自身资源的限制约束使得他们并不
BUR
0.30%
MDW
6.50%
CVG
71.90%
CRP
0.10%
MSY
0.70%
SLC
63.70%
DAL
19.60%
OAK
0.50%
UA 互通率
DET
0.20%
OKC
1.20%
IAD
56.00%
DTW
0.20%
ONT
0.40%
ORD
59.40%
通过分析美西南航的航线网络互通率，可以看到主要焦点城市的互通率都低于 30%的 标准。美西南航认为，城市拥有小于等于约 30%的互通率是作为蛛网结构的一个重要的标 志之一[2]。过高的机场互通率会导致大量的非必要过站客流，降低整体航线网络的效率；而
保证一个无向网络图的连通的最少需要 n −1条边， n 表示该图的节点数。通过增加边
数可以增大网络的连通度，可以提升网络的运输性能，但是相应的也需要支付增加边的成本，
使得网络总成本增加。 每个点V 所连接的边 E 的条数称为V 的度，图的平均连通度为图中
所有点的度值的平均，由于网络图规模不一致，规模大的图一般拥有更大的平均单点连通度。 因此，为了不同规模的航线网络之间方便比较，引入平均连通率这个比较合理的概念来描述 整个网络的连接冗余度。
Comprehensive Analysis of Spider Web network characteristic
Ge wei，Xu li
(College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China) Abstract: As a kind of the network frameworks, the airline network has not only the economy but also the network characteristics. Network characteristics can reflect the characteristics of the physical structure of the network. The particular analysis of them can help us to understand the airline network better. In this paper, we analyze the characteristics of the spider web network by three methods, and compare them with the characteristics of the hub-and-spoke network. Finally, we summarize the network characteristics of the spider web network, that provide the theoretical support for our better understanding and application of this emerging network. Key words: Airline Network; Spider Web Network; network characteristic
2 蛛网式航线网络的产生
蛛网式结构不是美西南航从一开始就规划的，而是在其 30 余年的航线调整发展中，从 最初的城市对式结构逐渐发展而来的。美国西南航空公司成立于 1971 年，主要经营达拉斯、 休斯敦和圣安东尼奥的短程航运业务，不断地增加 3 个城市间的航班频率。1977 年，其航 线从东德州扩大到整个州，成为名副其实的州内航空公司。1979 年，美西南航开通了第一 条跨州的航线。1981 年，2 条至关重要的中程航线——Houston到Las Vegas和Houston到 Kansas City的开通使得美西南航正式成为了中、短程航空公司。通过谨慎、缓慢的航线的扩 张，不断调整原有航线结构，增加成熟航线上的航班频率，到 1995 年美西南航的西部航线 已形成蛛网式的网络结构。从 1999 年开始，美西南航开始扩张长航线的营运。发展到今天， 美西南航每天起降飞机近 3000 个航班，其蛛网覆盖到美国 32 个州的 63 个城市[1]。
蛛网式航线网络特点的综合分析
葛伟1，许俐
（南京航空航天大学 民航学院，江苏 南京 210016）
摘要：航线网络作为一种网络结构，不仅具有经济性，还具有网络特性。网络特性能反映出网络物理结构 的特点，通过对其网络特性的细致分析可以有助于我们更深入地了解航线网络。本文针对蛛网式航线网络， 运用了三种方法来分析其网络特性，并结合枢纽式网络进行了分析对比，最终总结了蛛网式航线网络的网 络特点，为我们更好的认识和运用蛛网式这一新兴的航线网络结构提供了理论支持。 关键词：航线网络；蛛网式网络； 网络特性
21
32.31%
Nashville
27
41.54%
Las Vegas
54
83.08%
Amarillo
3
4.62%
Burbank
5
7.69%
Lubbock
5
7.69%
Los Angels
19
29.23%
Dallas
15
23.08%
Ontario
6
9.23%
Birmingham
12
18.46%
Orange Country
基金项目：中国民航总局应用开发科技项目（MHRD0622）. 作者简介：葛伟（1982—），男，江苏南通人，硕士研究生，研究方向：航空运输系统优化.
3 蛛网式航线网络的特点
3.1 保守稳健的航线确定和调整政策
美西南航的稳定的航线扩张政策正是形成蛛网式结构的重要成因。美西南航对新航线城 市的周边 100 英里范围内的人口分布情况进行分析，规避繁忙机场，避开已被垄断的和过于 激烈竞争的航线，针对性的开通航线，然后逐渐的增加航班频率。在随后的 1~2 年内会根据 美西南航每年的收益前 100/200 航线排名对新航线进行经营策略的调整。正是由于这种保守 稳健的航线政策，使得美西南航能保证其蛛网的稳定的收益和不断的成长。
们发现，相对比较平均的节点重要性会产生较高的网络可靠性。对于航线网络来说，当网络
中的单个节点被删除后（可表示成因流控、天气以及其他原因引起的机场大面积延误），直
接导致航空公司的经济损失，我们用 CLOST表示，主要包括延误航班的运营成本T1 和延误 航班的盈利损失T2 ；对旅客造成的经济损失，我们用 PLOST 表示。假设断流时间 H ， H 时
平均连通率 = 图中所有节点的连通度之和 ×100% n2
根据 2007 年美西南航的 Route map，分析其连通率部分结果如表 1 所示。
表 1 2007 年美西南航部分城市连通率
城市
连接度
连通率
城市
连接度
(1)
连通率
Portland
12
18.46%
Kansas City
20
30.77%
Oakland
SWA 互通率
AA 互通率
机场
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
互通率
机场
互通率
机场
互通率
ABQ
9.80%
LAX
0.00%
DFW
67.80%
AMA
2.00%
PHX
27.30%
ORD
58.90%
AUS
2.50%
LIT
0.40%
MIA
78.00%
BHM
1.60%
MAF
3.30%
DL 互通率
BNA
12.20%
MCI
0.90%
ATL
70.30%
6
9.23%
Midland/Odessa
6
9.23%
San Diego
17
26.15%
Jackson
4
6.15%
蛛网内所有城市平均连通率
19.50%
通过对整个蛛网内全部城市的分析计算，最终得出美西南航的蛛网拥有 19.50%的平均
连通率。相比之下，枢纽式结构为了保证枢纽上的中转量，必须维持其庞大的分支航线结构，
3.2 维持整个网络的焦点城市和小于 30%的互通率
在枢纽网络中，网络中包含枢纽机场城市和非枢纽机场城市，枢纽机场的作用和繁忙程 度远远大于非枢纽机场。而在蛛网式结构中，美西南航把所有的服务城市都统称为焦点城市， 所有的焦点城市在蛛网中享受相对平等的服务。即使是非常重要的焦点城市，其互通率一般 也不超过 30%。
4 蛛网式结构的网络特性分析
蛛网式结构的经济性的已经被美西南航连续 30 余年的赢利历史所验证。同时，蛛网式 航线网络作为一种网络结构，就具有其相应的网络特性。通过分析它的网络特性，可以进一 步的了解蛛网结构的特点。本文对蛛网式的网络连通率、互通率和可靠性分析，详细的分析 了蛛网式结构的网络特点。
4.1 蛛网式结构的网络连通率分析
1 引言
航线网络结构分为城市对式、枢纽式和蛛网式三种。目前国内外对城市对式和枢纽航线 网络结构研究比较多，学术成果也比较丰富，对于蛛网式航线网络结构的研究相对很少。国 内航空公司正面临从线型运行模式向网络运行模式的进行战略转型的时期，研究蛛网式航线 网络具有一定的现实指导意义。本文通过的对蛛网式的起源——美西南航的航线网络发展的 深入研究，分析了蛛网式航线网络结构的特点，并针对其网络特性进行了分析，有助于我国 航空公司规划建设自己的蛛网式航线网络。
过低的互通率会导致航线网络建设成本的增加。枢纽航空公司的枢纽机场的互通率一般远高
于 30%。蛛网式比较合理的互通率保障了其网络具有相对较高的效率和较合理的成本。
4.3 蛛网式结构的网络可靠性分析
在每个网络中所有节点的重要性是不同的。系统的“核与核度”理论基于节点删除思想的
研究 [3]。其研究思路是通过度量节点被删除后对网络连通的破坏程度来定义其重要性的。我
3.4 Bus 式的准点航班
Bus 式就是指航班具有像巴士一样的高频率、班次平均分布的特点，它是保障蛛网式航 线网络顺利运行必要条件。高频率的航班所利用的是一种密度经济（economies of density） 的概念。枢纽式结构顺利运行的必要条件是在枢纽机场的航班波。航班波时段是整个机场负 荷的峰值时段，资源被高度使用，而在航班波间隙时段，机场又处于一个相对非常空闲的运 转状态，大量资源被闲置。蛛网式的均衡频率的航班，可以大大减缓峰值时段对机场的压力， 较为平均的使用资源，运行的安全系数相对较高。