城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)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(gòu)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(yán)重的交通問題，嚴(yán)重影響了城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(fù)雜巨系統(tǒng)，城市交通運行規(guī)律極其復(fù)雜。在新的形勢下，要緩解城市交通問題，構(gòu)筑和諧交通體系，需要應(yīng)用復(fù)雜系統(tǒng)的研究方法，結(jié)合系統(tǒng)科學(xué)的原理

2、、多學(xué)科交叉的理論體系對城市交通系統(tǒng)復(fù)雜性開展深入的理論和應(yīng)用研究，從整體、宏觀的角度去認(rèn)識整個交通系統(tǒng)，理解城市交通網(wǎng)絡(luò)演化的內(nèi)在機(jī)理和運行規(guī)律。 近幾年發(fā)展起來的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法，為我們研究系統(tǒng)復(fù)雜性提供了一個新視角、新方法。小世界效應(yīng)與無標(biāo)度特性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)掀起了對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)特性的研究熱潮，提高了人們對現(xiàn)實世界的科學(xué)認(rèn)識。隨著研究的深入，對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的探討已經(jīng)滲透到包括社會學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、計算機(jī)機(jī)科學(xué)以及

3、交通運輸?shù)雀黝I(lǐng)域中。 應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，從理論上分析城市交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，是研究復(fù)雜交通網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵所在，同時也是城市交通網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)理論問題之一。研究城市交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，不僅包括交通網(wǎng)絡(luò)本身的拓?fù)涮匦裕鼮橹匾氖且芯坎煌W(wǎng)絡(luò)拓?fù)錀l件下城市交通所體現(xiàn)出來的特征。城市交通網(wǎng)絡(luò)具有其它復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相似的一些拓?fù)涮匦裕志哂胁煌谄渌鼜?fù)雜網(wǎng)絡(luò)的顯著特點，如自主性和選擇性。同時人們逐漸認(rèn)識到，解決大城市交通問題，必須以路線及道路

4、網(wǎng)絡(luò)為對象進(jìn)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(luò)來說，適應(yīng)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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jìn)行演化和調(diào)節(jié)。 本論文主要從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化觀點出發(fā)，結(jié)合城市交通網(wǎng)絡(luò)自身的特點，研究了城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理

5、論相結(jié)合，研究了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵煌ㄗ枞挠绊懸约熬W(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c交通流量的關(guān)系，并基于網(wǎng)絡(luò)的觀點進(jìn)一步討論了最優(yōu)交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，分析了此類拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中度分布指數(shù)、交通需求量與交通阻塞之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系； (2)級聯(lián)失效是研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一個重要分支，本論文應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究了城市交通網(wǎng)絡(luò)上的級聯(lián)失效問題，建立了三個城市交通網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)失效模型，即基于不同移除方式的城市交通網(wǎng)絡(luò)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(luò)上進(jìn)行了模擬實驗； (3)城市交通中蘊涵著許多經(jīng)濟(jì)學(xué)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(jì)方法。本論文研究了非線性阻抗函數(shù)條件下不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系挠脩羝胶庑蕮p失以及阻塞條件下城市交通網(wǎng)絡(luò)上呈現(xiàn)的一般規(guī)律。發(fā)現(xiàn)不同拓?fù)渖系挠脩艟庑蕮p失是有界和有序的，均勻網(wǎng)絡(luò)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(luò)這種能力較差。并以此為基礎(chǔ)，研究了基于網(wǎng)絡(luò)的交通瓶頸識別及改善策略； (4)建立了基于介數(shù)的