基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的網(wǎng)絡(luò)交通擁堵問題研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及城市化的不斷深入，城市道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益龐大、復(fù)雜，然而交通擁堵問題也越來越嚴(yán)重。很多城市試圖通過新建或擴(kuò)寬道路、交通誘導(dǎo)等方式解決交通擁堵問題，但是效果不顯著。研究認(rèn)為，路網(wǎng)的傳輸能力與路徑選擇過程直接相關(guān)。因此，設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的動態(tài)路由選擇算法，對于提高路網(wǎng)整體吞吐量及緩解交通擁堵程度，具有重要的科學(xué)意義。
　　系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)為，結(jié)構(gòu)決定功能。道路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征對交通流傳遞過程具有重要影響，故深入認(rèn)知道路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)

2、構(gòu)并揭示交通流的內(nèi)在運(yùn)行機(jī)理對挖掘高效、可靠的交通誘導(dǎo)策略具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文圍繞城市交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特征展開深入研究，結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和引力場理論分析城市交通網(wǎng)絡(luò)的引力分布情況，挖掘動態(tài)交通過程中道路之間的引力作用機(jī)理，進(jìn)而建立道路的交通引力場模型及動態(tài)路由選擇策略。具體而言，本文的研究工作主要包括以下幾個方面:
　　1.利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究城市道路網(wǎng)絡(luò)的對偶拓?fù)浔磉_(dá)問題，深入剖析了基于道路-道路關(guān)系的路網(wǎng)對偶圖

3、的建模原理、優(yōu)勢及其動態(tài)交通過程分析中存在的問題。在此基礎(chǔ)上，提出基于弧段-弧段關(guān)系的路網(wǎng)對偶拓?fù)浣７椒?，詳?xì)論述了該對偶拓?fù)淠Ｐ偷慕Ｔ砑捌湓趧討B(tài)交通過程分析方面的優(yōu)勢，認(rèn)為基于弧段-弧段關(guān)系的對偶圖有助于更為真實(shí)地刻畫路網(wǎng)的動態(tài)交通傳遞過程及進(jìn)一步挖掘道路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜性，進(jìn)而提升動態(tài)交通模擬分析的準(zhǔn)確性。
　　2.利用引力場理論分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，著重討論了交通流的引力場模式問題及在經(jīng)典最短路由策略下交通

4、網(wǎng)絡(luò)的引力分布情況，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)交通流的傳遞時(shí)刻受到不同道路的引力作用。在最短路由策略下道路的擁塞分布及介中心分布均顯著地反映了道路在整個路網(wǎng)交通流傳遞過程中重要作用，即在一定程度上刻畫了道路對交通流的吸引力。
　　3.為進(jìn)一步探究交通網(wǎng)絡(luò)引力分布問題，從道路重要性角度利用道路的連接度、介中心及接近度指標(biāo)建立描述道路在整個路網(wǎng)結(jié)構(gòu)及功能特征貢獻(xiàn)的重要性度量模型，進(jìn)一步提出了一種基于道路重要度的交通網(wǎng)絡(luò)引力分析方法，并定義了具體的道路引

5、力計(jì)算模型。在此基礎(chǔ)上，討論了交通引力場的優(yōu)化問題，給出了具體的優(yōu)化思路。試驗(yàn)表明，該方法有效地描述了道路在整個路網(wǎng)中的重要性及對交通流的引力作用強(qiáng)度。道路對交通流的引力是影響整個路網(wǎng)吞吐量及交通擁塞的關(guān)鍵因素，交通負(fù)載的非均勻分布可以認(rèn)為是道路引力非均勻分布的結(jié)果。由此可知，交通引力場是誘發(fā)交通問題的潛在驅(qū)動力之一，合理地優(yōu)化交通引力場有助于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量及緩解交通擁塞程度。
　　4.結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和引力場理論深入分析了網(wǎng)絡(luò)動

6、態(tài)交通過程，兼顧節(jié)點(diǎn)自身及鄰居節(jié)點(diǎn)的傳輸能力及交通狀態(tài)，定義了節(jié)點(diǎn)對交通流的引力模型，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)聚集能力的引力場動態(tài)路由算法。試驗(yàn)表明，所定義的交通引力場模型較好地刻畫了節(jié)點(diǎn)對交通流的聚集作用，引力場路由選擇策略顯著地提高了網(wǎng)絡(luò)整體的傳輸能力，有效地均衡了網(wǎng)絡(luò)交通負(fù)載并緩解了網(wǎng)絡(luò)擁塞程度。
　　5.綜合節(jié)點(diǎn)的介中心值與傳輸能力、路徑長度等因素，定義了描述動態(tài)交通過程中交通流內(nèi)在機(jī)理的交通引力場模型，建立了傳輸路徑對交通流的