城市复杂交通网络系统脆性管理研究 ——以青岛为例

论文摘要

复杂系统是由许多子系统组成,这些子系统相互作用,如果我们当把子系统比作节点,把子系统之间的相互作用关系比作连接节点的边,那么我们就可以把复杂系统抽象为复杂网络。复杂网络是复杂系统的高度抽象,在现实世界中存在大量的复杂网络,如社会网络(朋友关系网、科研合作网络等)、交通网络(城市公交网络、航空网络等)、技术网络(Internet、万维网等)、生物网(神经网络、食物链网络以及新陈代谢网络)、经济网络等。作为典型的复杂网络,城市交通网络系统的拓扑结构对网络的连通可靠性具有重要的影响。在现实生活中,城市交通网络系统不仅受到例如大风雨雪等自然灾害的破坏,同时也可能受到人为的恶意攻击以及交通堵塞的影响,这些都会引起交通网络局部失效,而交通网络局部失效会增加其它部分的负担,使整个交通网络受到很大的损害。城市公交网络是城市交通网络的重要组成部分,它的点度分布服从幂律分布,具有小世界网络性质,同时也属于BA无标度网络。由于无标度网络中度分布的不均匀性,城市公交网络表现出对随机攻击的鲁棒性和对蓄意攻击的脆弱性。本文主要是针对城市公交网络系统的脆性进行研究,首先对城市公交网络系统进行脆性分析,作为典型的BA无标度网络,城市公交网络表现出对蓄意攻击的脆弱性。然后确定了进行脆性分析的两个评价指标,即最大连通子图的相对大小和网络的效率。通过这两个指标能直观地反映出在受攻击和破坏前后网络的联通可靠性变化情况。本文随后对复杂城市公交网络模型进行实证分析。以青岛市公交网络为例,建立城市公交网络系统模型,分析了青岛公交网络的复杂特性,运用ArcEngine平台的强大空间分析能力,仿真模拟分析青岛公交网络系统在蓄意攻击模式下连通可靠性的变化情况,最后通过对比分析网络全局效率和最大连通子图的相对大小的变化情况,找到影响整个公交网络的关键节点。最后通过对这些公交站点有针对性的进行优化和保护,保障城市公交网络系统的健康有序进行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.1.1 研究背景及问题的提出
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究方法和研究思路
• 1.3.1 研究方法
• 1.3.2 研究思路
• 1.4 论文结构和关键技术问题
• 1.4.1 论文结构
• 1.4.2 拟解决的关键技术问题
• 1.5 本章小结
• 2 相关基本理论及研究综述
• 2.1 网络的图表示
• 2.2 复杂网络的定义
• 2.3 复杂网络的统计特性
• 2.3.1 平均路径长度
• 2.3.2 聚类系数
• 2.3.3 度与度分布
• 2.4 复杂网络模型
• 2.4.1 规则网络
• 2.4.2 随机网络
• 2.4.3 小世界网络模型
• 2.4.4 无标度网络模型
• 2.5 本章小结
• 3 复杂城市公交网络系统脆性分析与评价
• 3.1 复杂网络脆性分析
• 3.2 复杂城市公交网络系统脆性分析
• 3.2.1 复杂城市公交网络系统模型建立
• 3.2.2 城市公交网络系统脆性分析
• 3.3 城市公交网络系统的静态统计特性
• 3.3.1 度和度分布
• 3.3.2 聚类系数
• 3.3.3 平均路径长度
• 3.4 城市公交网络系统脆性评价指标的确定
• 3.4.1 最大联通子图的相对大小
• 3.4.2 城市公交网络的效率
• 3.4.3 网络的连接强度
• 3.5 本章小结
• 4 复杂城市公交网络系统建模研究
• 4.1 青岛复杂公交网络系统模型的构建
• 4.2 青岛复杂公交网络的统计特征值的计算
• 4.2.1 青岛公交网络的度分布
• 4.2.2 青岛公交网络的平均路径长度
• 4.2.3 青岛公交网路的其他统计特征
• 4.3 本章小结
• 5 青岛公交网络脆性仿真及优化研究
• 5.1 仿真研究方法
• 5.2 实证研究
• 5.3 结果分析
• 5.4 青岛公交网络优化建议
• 5.4.1 青岛公交网络现状
• 5.4.2 青岛公交网络优化建议
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果