城市道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析及其對(duì)交通流的影響研究.pdf

1、城市交通網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)城市的骨架，是城市中一切社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的載體，也是保障城市繁榮發(fā)展的主要支撐條件。然而，日益嚴(yán)重的交通問(wèn)題不僅影響了城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和運(yùn)行效率，而且給人們的工作和生活帶來(lái)了許多不便和損害。解決交通問(wèn)題已經(jīng)成為保障城市可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。眾所周知，城市交通系統(tǒng)是一個(gè)典型的、開(kāi)放的、復(fù)雜的巨系統(tǒng)。它的復(fù)雜性不僅表現(xiàn)在交通網(wǎng)絡(luò)的多層次、多樣性、規(guī)模巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等方面，更加體現(xiàn)在各種交通現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)性、不確定性、自適應(yīng)性等方面，

2、造成交通運(yùn)行規(guī)律極其復(fù)雜。因此，針對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，緩解城市交通問(wèn)題、構(gòu)建和諧交通體系、保證城市功能的正常運(yùn)行，需要采用系統(tǒng)科學(xué)的原理、多學(xué)科交叉的理論體系以及復(fù)雜系統(tǒng)的研究方法，對(duì)城市交通問(wèn)題的復(fù)雜性展開(kāi)深入的理論和應(yīng)用研究。
　　近幾年發(fā)展起來(lái)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為復(fù)雜系統(tǒng)研究提供了新視角、新方法。小世界網(wǎng)絡(luò)和無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)掀起了網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的新革命，引發(fā)了眾多學(xué)科對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特性及其動(dòng)力學(xué)特性是復(fù)雜網(wǎng)

3、絡(luò)理論的兩個(gè)核心問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定功能，反過(guò)來(lái)，網(wǎng)絡(luò)功能又影響網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演化。城市交通網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)典型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理論方法，分析交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，是研究交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的基礎(chǔ)。通過(guò)研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步找出網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部元素的作用力以及對(duì)外部作用的驅(qū)動(dòng)力，從宏觀上理解交通網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部功能運(yùn)行的機(jī)理和規(guī)律，有助于緩解和預(yù)防城市交通擁堵，科學(xué)合理規(guī)劃城市時(shí)空結(jié)構(gòu)，防備交通網(wǎng)絡(luò)遭遇攻擊和破壞，提高交通網(wǎng)絡(luò)的可靠性。鑒于此，本論文將復(fù)雜網(wǎng)

4、絡(luò)理論與交通流理論相結(jié)合，從交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及可靠性、交通網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空復(fù)雜性、交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)交通流影響這三個(gè)方面進(jìn)行了研究分析。具體來(lái)講，本論文的主要研究工作包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論方法，對(duì)兩種不同布局形態(tài)的道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性進(jìn)行實(shí)證研究。在此基礎(chǔ)上，對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的道路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不同破壞方式的模擬實(shí)驗(yàn)，分析比較了兩種結(jié)構(gòu)的可靠性。
　　(2)根據(jù)交通流在相鄰路段上交互影響的特點(diǎn)，提出了一種基于交通流的道路網(wǎng)

5、絡(luò)建模方法。在現(xiàn)有時(shí)空相關(guān)性指數(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種基于鄰接關(guān)系的局部時(shí)空自相關(guān)指數(shù)。進(jìn)而，構(gòu)建了基于交通流的道路網(wǎng)絡(luò)模型，并從全局和局部角度對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空復(fù)雜性進(jìn)行了研究分析。
　　(3)結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與交通流理論，采用元胞傳輸模型，對(duì)交通需求、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)、交通流狀態(tài)參數(shù)三者之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，分析比較了不同結(jié)構(gòu)道路網(wǎng)絡(luò)的交通承載能力。
　　(4)采用元胞傳輸模型，研究了兩種不同布局形態(tài)道路網(wǎng)絡(luò)中交通瓶頸路段的時(shí)空特

6、性，包括交通瓶頸路段規(guī)模變化、擁堵時(shí)長(zhǎng)、速度變化等情況。進(jìn)一步分析了這些瓶頸路段在整個(gè)路網(wǎng)中所處的結(jié)構(gòu)地位，并根據(jù)瓶頸路段找出路網(wǎng)中的瓶頸交叉路口。
　　(5)采用時(shí)空相關(guān)性的理論方法，針對(duì)四種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò):隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)、規(guī)則網(wǎng)絡(luò)、小世界網(wǎng)絡(luò)和無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，從全局角度研究分析了道路網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空相關(guān)特性。
　　上述研究工作為揭示交通流的運(yùn)行機(jī)理、發(fā)現(xiàn)交通擁堵規(guī)律、指導(dǎo)道路規(guī)劃設(shè)計(jì)、制定交通管理政策等提供參考和幫助。最后，總結(jié)了本