公交客流加權復雜網(wǎng)絡結構及動力學行為研究.pdf

1、城市公共交通系統(tǒng)是一個由靜態(tài)拓撲網(wǎng)絡子系統(tǒng)和動態(tài)流量子系統(tǒng)相互作用、相互影響而形成的復雜、動態(tài)巨系統(tǒng)，也是一個在長期的發(fā)展過程中，受城市社會經(jīng)濟活動、空間結構、地理特征甚至文化習俗等多重因素影響的演化產(chǎn)物。對于城市公交系統(tǒng)的復雜性，近年來興起的復雜網(wǎng)絡理論為研究公交系統(tǒng)內部和外部的耦合作用和組織機理提供了一個新視角、新方法。隨著復雜網(wǎng)絡理論在國內外學術界掀起的研究熱潮不斷高漲，人們對復雜網(wǎng)絡的研究更多地關注在網(wǎng)絡構成要素和信息的不斷變化

2、以及網(wǎng)絡的演化過程和動力學行為上。城市公交網(wǎng)絡是一個具有技術網(wǎng)絡和社會網(wǎng)絡特征混合而成的復合型復雜網(wǎng)絡，具有時空動態(tài)復雜性，研究城市公交網(wǎng)絡結構的復雜性，不僅要研究公交網(wǎng)絡本身的靜態(tài)拓撲特性，更重要的是要研究加載了動態(tài)客流量信息的加權網(wǎng)絡所體現(xiàn)出來的特性。而目前，對基于客流動態(tài)行為的公交加權網(wǎng)絡研究幾乎沒有，為更好地把握公交系統(tǒng)的組織結構和整體特性，需要用公交網(wǎng)絡的影響要素動態(tài)變化的觀點來重新認識網(wǎng)絡，建立模型來模擬公交網(wǎng)絡的演化過程以

3、再現(xiàn)網(wǎng)絡結構屬性，并分析公交網(wǎng)絡這一復雜系統(tǒng)的動力學行為。這些問題的研究對于從復雜網(wǎng)絡理論角度優(yōu)化和調整城市公交線網(wǎng)具有重要的理論及現(xiàn)實指導意義。
　　本文以加載了客流動態(tài)行為的城市公共交通系統(tǒng)作為研究對象，基于復雜網(wǎng)絡理論和公交系統(tǒng)規(guī)劃理論，對城市公交加權復雜網(wǎng)絡的結構特征及動力學行為進行了研究。首先提出了加權復雜網(wǎng)絡特征度量指標和模型構建方法，利用統(tǒng)計分析與比較分析相結合的方法，對城市公交無權和有權復雜網(wǎng)絡結構的統(tǒng)計特性進行了

4、實證研究;其次在總結公交加權網(wǎng)絡系統(tǒng)特性的基礎上，探索形成這些網(wǎng)絡結構的演化機理，針對不同的公交網(wǎng)絡抽象形式構建了加權網(wǎng)絡演化模型，研究了有、無承載力約束下的公交網(wǎng)絡演化特性;最后提出公交網(wǎng)絡穩(wěn)定性概念和分析指標，考慮網(wǎng)絡上的流量分布特性，研究了不同外部影響條件下公交加權網(wǎng)絡的動力學行為，為提高公交網(wǎng)絡穩(wěn)定性提供理論依據(jù)。
　　具體來講，本文的研究工作主要有如下幾個方面:
　　1.提出了基于客流的城市公交加權復雜網(wǎng)絡模型構造

5、方法?？紤]公交網(wǎng)絡上的客流特征，將現(xiàn)實城市公交系統(tǒng)抽象構建為三類加權復雜網(wǎng)絡模型，突破了傳統(tǒng)公交復雜網(wǎng)絡理論研究以靜態(tài)物理統(tǒng)計特性為出發(fā)點的局限。系統(tǒng)梳理了復雜網(wǎng)絡加權特征度量指標，并結合網(wǎng)絡流量特征提出了一些加權度量指標，豐富了加權復雜網(wǎng)絡的統(tǒng)計指標。
　　2.對基于客流量的城市公交無權和加權復雜網(wǎng)絡進行了統(tǒng)計分析實證研究。在對北京公交客流數(shù)據(jù)收集與處理的基礎上，采用統(tǒng)計物理學、計算機模擬等方法分別針對北京地面公交系統(tǒng)、軌道交通

6、系統(tǒng)以及融合地面公交和軌道交通的雙方式公交系統(tǒng)進行了三類復雜加權網(wǎng)絡、7個子系統(tǒng)維度的統(tǒng)計分析，通過無權靜態(tài)拓撲結構與加權動態(tài)網(wǎng)絡結構的復雜網(wǎng)絡特征比對分析，多角度、多維度地挖掘了公交系統(tǒng)的結構組織特征和功能，探討了公交系統(tǒng)演化的機理。
　　3.研究了有、無承載力約束的城市公交加權復雜網(wǎng)絡演化模型，以真實合理地再現(xiàn)公交網(wǎng)絡的演化過程。在綜合考慮公交系統(tǒng)演化過程中的乘客利益、公交公司利益、地理空間位置等影響因素基礎上，通過理論解析與

7、數(shù)值模擬的方法，分別研究構造了基于客流分布及擾動影響動態(tài)變化的公交線路、公交站點以及公交換乘加權網(wǎng)絡演化模型，探討了演化過程中的流量動態(tài)行為。通過解析公交網(wǎng)絡存在客流承載能力限制的機理，本文進一步研究了在網(wǎng)絡點強度、邊權承載能力有限的條件下，公交加權網(wǎng)絡演化模型的網(wǎng)絡結構和流量分布特性，探討了公交網(wǎng)絡的承載力約束閾值，挖掘出了實際公交加權網(wǎng)絡結構統(tǒng)計特性的產(chǎn)生機制。
　　4.研究了城市公交加權復雜網(wǎng)絡的動力學行為，對加載了流量信息