基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的網(wǎng)絡(luò)交通擁堵問(wèn)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(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。很多城市試圖通過(guò)新建或擴(kuò)寬道路、交通誘導(dǎo)等方式解決交通擁堵問(wèn)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(guò)程直接相關(guān)。因此，設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)路由選擇算法，對(duì)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(duì)交通流傳遞過(guò)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(duì)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(chǎng)理論分析城市交通網(wǎng)絡(luò)的引力分布情況，挖掘動(dòng)態(tài)交通過(guò)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(chǎng)模型及動(dòng)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(gè)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(duì)偶拓?fù)浔磉_(dá)問(wèn)題，深入剖析了基于道路-道路關(guān)系的路網(wǎng)對(duì)偶圖

3、的建模原理、優(yōu)勢(shì)及其動(dòng)態(tài)交通過(guò)程分析中存在的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，提出基于弧段-弧段關(guān)系的路網(wǎng)對(duì)偶拓?fù)浣７椒ǎ敿?xì)論述了該對(duì)偶拓?fù)淠Ｐ偷慕Ｔ砑捌湓趧?dòng)態(tài)交通過(guò)程分析方面的優(yōu)勢(shì)，認(rèn)為基于弧段-弧段關(guān)系的對(duì)偶圖有助于更為真實(shí)地刻畫路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)交通傳遞過(guò)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(dòng)態(tài)交通模擬分析的準(zhǔn)確性。
　　2.利用引力場(chǎng)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(chǎng)模式問(wèn)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(gè)路網(wǎng)交通流傳遞過(guò)程中重要作用，即在一定程度上刻畫了道路對(duì)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(wèn)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(gè)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(chǎng)的優(yōu)化問(wèn)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(gè)路網(wǎng)中的重要性及對(duì)交通流的引力作用強(qiáng)度。道路對(duì)交通流的引力是影響整個(gè)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(chǎng)是誘發(fā)交通問(wèn)題的潛在驅(qū)動(dòng)力之一，合理地優(yōu)化交通引力場(chǎng)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(chǎng)理論深入分析了網(wǎng)絡(luò)動(dòng)

6、態(tài)交通過(guò)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(duì)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(chǎng)動(dòng)態(tài)路由算法。試驗(yàn)表明，所定義的交通引力場(chǎng)模型較好地刻畫了節(jié)點(diǎn)對(duì)交通流的聚集作用，引力場(chǎng)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(zhǎng)度等因素，定義了描述動(dòng)態(tài)交通過(guò)程中交通流內(nèi)在機(jī)理的交通引力場(chǎng)模型，建立了傳輸路徑對(duì)交通流的