城市交通網(wǎng)絡拓撲結(jié)構復雜性研究.pdf

1、城市交通作為交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分，是承載人類活動的基本構件之一，是城市繁榮、有序和高速發(fā)展的主要支撐條件。而日益嚴重的交通問題，嚴重影響了城市的經(jīng)濟建設和運行效率，也給人們的工作和生活帶來了種種不便與損害，已經(jīng)成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。 眾所周知，城市交通系統(tǒng)是一個典型的、開放的、復雜巨系統(tǒng)，城市交通運行規(guī)律極其復雜。在新的形勢下，要緩解城市交通問題，構筑和諧交通體系，需要應用復雜系統(tǒng)的研究方法，結(jié)合系統(tǒng)科學的原理

2、、多學科交叉的理論體系對城市交通系統(tǒng)復雜性開展深入的理論和應用研究，從整體、宏觀的角度去認識整個交通系統(tǒng)，理解城市交通網(wǎng)絡演化的內(nèi)在機理和運行規(guī)律。 近幾年發(fā)展起來的復雜網(wǎng)絡方法，為我們研究系統(tǒng)復雜性提供了一個新視角、新方法。小世界效應與無標度特性的科學發(fā)現(xiàn)掀起了對復雜網(wǎng)絡結(jié)構及其動力學特性的研究熱潮，提高了人們對現(xiàn)實世界的科學認識。隨著研究的深入，對于復雜網(wǎng)絡的探討已經(jīng)滲透到包括社會學、生物學、物理學、經(jīng)濟學、計算機機科學以及

3、交通運輸?shù)雀黝I域中。 應用復雜網(wǎng)絡理論，從理論上分析城市交通網(wǎng)絡結(jié)構復雜性，是研究復雜交通網(wǎng)絡的關鍵所在，同時也是城市交通網(wǎng)絡研究的基礎理論問題之一。研究城市交通網(wǎng)絡結(jié)構復雜性，不僅包括交通網(wǎng)絡本身的拓撲特性，更為重要的是要研究不同網(wǎng)絡拓撲條件下城市交通所體現(xiàn)出來的特征。城市交通網(wǎng)絡具有其它復雜網(wǎng)絡相似的一些拓撲特性，但又具有不同于其它復雜網(wǎng)絡的顯著特點，如自主性和選擇性。同時人們逐漸認識到，解決大城市交通問題，必須以路線及道路

4、網(wǎng)絡為對象進行全面的分析。而且對本身是動態(tài)實體的城市交通網(wǎng)絡來說，適應性和動態(tài)性也是它具有的基本特性。這意味著城市交通網(wǎng)絡拓撲結(jié)構不是固定的、成熟的、也不是一成不變的。相反由于外部作用的驅(qū)動或者內(nèi)部元素的作用，允許它隨時間進行演化和調(diào)節(jié)。 本論文主要從復雜網(wǎng)絡理論和網(wǎng)絡優(yōu)化觀點出發(fā)，結(jié)合城市交通網(wǎng)絡自身的特點，研究了城市交通網(wǎng)絡拓撲結(jié)構復雜性。具體來講，本論文研究工作主要有如下幾個方面： (1)將用戶平衡配流與復雜網(wǎng)絡理

5、論相結(jié)合，研究了網(wǎng)絡拓撲對交通阻塞的影響以及網(wǎng)絡拓撲與交通流量的關系，并基于網(wǎng)絡的觀點進一步討論了最優(yōu)交通網(wǎng)絡拓撲，分析了此類拓撲網(wǎng)絡中度分布指數(shù)、交通需求量與交通阻塞之間的關聯(lián)關系； (2)級聯(lián)失效是研究復雜網(wǎng)絡的一個重要分支，本論文應用復雜網(wǎng)絡理論研究了城市交通網(wǎng)絡上的級聯(lián)失效問題，建立了三個城市交通網(wǎng)絡級聯(lián)失效模型，即基于不同移除方式的城市交通網(wǎng)絡級聯(lián)失效模型、邊-點-邊級聯(lián)失效模型以及點能力動態(tài)更新級聯(lián)失效模型，并在不同

6、網(wǎng)絡上進行了模擬實驗； (3)城市交通中蘊涵著許多經(jīng)濟學問題，例如用戶均衡的效率損失上界以及緩解交通阻塞的經(jīng)濟方法。本論文研究了非線性阻抗函數(shù)條件下不同網(wǎng)絡拓撲上的用戶平衡效率損失以及阻塞條件下城市交通網(wǎng)絡上呈現(xiàn)的一般規(guī)律。發(fā)現(xiàn)不同拓撲上的用戶均衡效率損失是有界和有序的，均勻網(wǎng)絡具有較好的抗自由競爭能力，而高聚類高集群的非均勻網(wǎng)絡這種能力較差。并以此為基礎，研究了基于網(wǎng)絡的交通瓶頸識別及改善策略； (4)建立了基于介數(shù)的