城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演化的復(fù)雜性研究.pdf

1、大力發(fā)展城市軌道交通已經(jīng)成為解決日益嚴(yán)重的城市交通問題的主要手段之一，各地的軌道交通項(xiàng)目如雨后春筍紛紛立項(xiàng)建設(shè)。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益增大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和線路運(yùn)營也愈發(fā)復(fù)雜。傳統(tǒng)圖論已經(jīng)難以滿足對(duì)城市軌道交通的進(jìn)一步抽象與分析，而近年來復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的應(yīng)用，又為軌道交通網(wǎng)絡(luò)的理論研究帶來了新的思路。
　　本文以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，研究城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征。通過構(gòu)建基于L空間改進(jìn)的S空間模型，分析不同主體

2、的軌道交通網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)涮卣饕约皢沃黧w各個(gè)發(fā)展時(shí)期的拓?fù)涮卣?，研究軌道交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展演化規(guī)律。同時(shí)結(jié)合軌道交通乘客刷卡數(shù)據(jù)，分析網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演化中的客流特征及分布規(guī)律。并對(duì)以關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為主的網(wǎng)絡(luò)承載有效性進(jìn)行了相應(yīng)分析。期望為軌道交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)營及相關(guān)理論研究提供借鑒與參考。
　　論文按照靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)——?jiǎng)討B(tài)網(wǎng)絡(luò)——混合網(wǎng)絡(luò)的順序進(jìn)行逐級(jí)研究。這三個(gè)階段的網(wǎng)絡(luò)分別對(duì)應(yīng)了軌道交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)階段、獨(dú)立系統(tǒng)的運(yùn)營管理階段，以及

3、與城市綜合交通系統(tǒng)的銜接階段。首先研究基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，明晰網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成及演化機(jī)理。再加載動(dòng)態(tài)運(yùn)營的列車及動(dòng)態(tài)客流，將靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，使模型更加貼合實(shí)際運(yùn)行的軌道系統(tǒng)。最后通過關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及地面公交系統(tǒng)的銜接網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)分析，研究如何使軌道交通子系統(tǒng)更好的融入城市交通系統(tǒng)。
　　為建立統(tǒng)一規(guī)范適用全文的分析平臺(tái)，論文建立了基于L空間改進(jìn)的S空間模型，并結(jié)合S、P空間建立了拓?fù)浞治瞿Ｐ汀３Ｒ姷能壍澜煌ňW(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析多采用了p空間模

4、型和L空間模型進(jìn)行分析。本研究分析了這兩種空間模型的優(yōu)缺點(diǎn)，通過改進(jìn)L空間模型建立了S空間模型。能夠更好的反映軌道交通網(wǎng)絡(luò)中多條線路連續(xù)共站的情況，從而使度值的物理意義更加明確;路徑選擇上增加了換乘次數(shù)最小的約束條件，更好的模擬乘客的實(shí)際路徑選擇。與P空間模型相配合，可以補(bǔ)充P空間模型信息缺陷，搭建更適合研究的拓?fù)浞治瞿Ｐ汀?br>　　針對(duì)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，研究中建立了基于聚類分析的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)展演化模型，并建立了判別函數(shù)。選取了世界范圍內(nèi)的56

5、個(gè)典型城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)，包括低至2條線路的小型網(wǎng)絡(luò)和高達(dá)21條線路的巨型網(wǎng)絡(luò)，基本涵蓋了目前城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的各種形式。將其抽象為56個(gè)樣本的拓?fù)浞治瞿Ｐ停崛颖镜恼军c(diǎn)數(shù)、線路數(shù)、換乘站數(shù)、網(wǎng)絡(luò)直徑、平均路徑長度、平均聚類系數(shù)等指標(biāo)，將所有軌道交通網(wǎng)絡(luò)聚類分為兩大形態(tài)三大類別，對(duì)應(yīng)軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的各個(gè)階段。并將各特征指標(biāo)作為判別變量，建立了判別函數(shù)，可以對(duì)任一軌道交通網(wǎng)絡(luò)的演化規(guī)模及發(fā)展階段做出有效評(píng)估。
　　明確了靜態(tài)網(wǎng)

6、絡(luò)的發(fā)展演化特征后，本文建立了車流網(wǎng)分析模型，并建立了車流網(wǎng)時(shí)間費(fèi)用函數(shù)以分析網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性。將軌道交通拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步抽象，加入時(shí)間維度，將運(yùn)營中的軌道交通網(wǎng)絡(luò)抽象為由站點(diǎn)和列車組成的車流網(wǎng)模型。脫離靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的范疇，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。結(jié)合軌道交通運(yùn)營時(shí)刻表及乘客進(jìn)出站刷卡數(shù)據(jù)，建立車流網(wǎng)時(shí)間費(fèi)用函數(shù)，并標(biāo)定參數(shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)將乘客分配到每一列軌道列車的車到車的分配。為軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流分配提供了新的思路與方法。
　　最后分析了軌道交通網(wǎng)絡(luò)化

7、進(jìn)程中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)生長與退化的網(wǎng)絡(luò)有效性。針對(duì)同一城市軌道交通的歷史網(wǎng)絡(luò)及規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，分析其生長過程中的重要性變化。通過關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)逐條加載軌道交通網(wǎng)絡(luò)，分析其網(wǎng)絡(luò)效益。并在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)功能退化后的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)中分析網(wǎng)絡(luò)的承載有效性。也是對(duì)軌道交通網(wǎng)絡(luò)小世界特性的驗(yàn)證。
　　綜上所述，通過研究軌道交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演化的復(fù)雜性，可以為軌道交通的建設(shè)及運(yùn)營提供理論依據(jù)，使其能夠在軌道交通規(guī)劃建設(shè)之初甚至之前，就能科學(xué)有效的把握其未來發(fā)展脈絡(luò)，并在