基于EPs的复杂网络分析方法在城市交通网络中的应用

论文摘要

城市交通网络的研究,为探索城市交通的时空演化规律,制定有效的交通规划和管理控制方案提供了科学的依据。传统的基于平衡约束的宏观优化方法难以反映具有自组织特性的交通行为的内在机制,细化过程中又面临着维度和复杂度的灾难。近年来的复杂网络研究及相应的分析方法为探索自然界与人为复杂巨系统的结构功能与演化特性提供了新的思路。本文回顾道路交通网络研究的传统方法和近年来复杂网络研究的成果和进展,开发出一套可用于复杂网络特性分析的交通仿真软件,并对杭州市道路网络进行建模分析,实证结果揭示了杭州市道路网络具有的小世界和无标度特性,即网络具有大的聚集度系数和小的平均最短路径以及道路网络上节点的度数均服从power-law分布的scale-free特性。随后通过类比城市交通网络与细胞代谢网络的相似性,提出了交通量的分布和变换模型,并将代谢网络的分析方法——极端路径分析法EPs（Extreme Pathways）引入城市交通网络分析。作为一种有效的理论工具,基于网络的路径分析方法EPs不但可以解释和说明现有系统的性质和特点,同时也可以探索和预测城市交通系统可能出现的变化和状态。最后,以EPs方法对杭州局部路网作实证分析,验证了这种方法在城市交通网络分析上的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 城市交通网络研究的意义
• 1.2 传统的城市交通网络研究
• 1.3 复杂网络的研究
• 1.3.1 小世界网络
• 1.3.2 Scale-free网络
• 1.3.3 复杂网络研究的意义
• 1.3.4 复杂网络研究方法
• 1.4 细胞代谢网络的 EPs方法
• 1.5 研究内容和目标
• 1.6 本文组织结构
• 1.7 本章小结
• 第2章 城市交通的复杂网络研究
• 2.1 城市交通复杂网络研究的现状
• 2.2 网络模型构建
• 2.2.1 道路网络的网络模型
• 2.2.2 交通流状态的网络模型
• 2.2.3 其它交通组织的网络模型
• 2.3 网络统计参数
• 2.4 网络特性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 Vtds城市道路交通仿真平台
• 3.1 Vtds交通仿真平台介绍
• 3.2 设计方法和思路
• 3.2.1 开发框架
• 3.2.2 设计模式
• 3.2.3 多 Agent设计
• 3.3 系统模块与特点
• 3.3.1 项目管理模块
• 3.3.2 路网编辑模块
• 3.3.3 仿真测试模块
• 3.3.4 统计分析模块
• 3.4 本章小结
• 第4章 杭州市路网的复杂网络特性分析
• 4.1 实证方法
• 4.2 数据分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 城市交通网络的EPs分析
• 5.1 交通网络的EPs方法
• 5.1.1 交通量变换反应模型
• 5.1.2 EPs方程与约束
• 5.1.3 一个简单的例子
• 5.2 基于EPs的统计指标
• 5.3 实证分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文完成的主要工作和创新点
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢