基于启发式方法的城市路网演化与公交网络设计研究

发布时间：2020-06-08 05:07

【摘要】：随着我国城市化进程的快速推进和机动车保有量的迅速增加,现如今我国绝大多数城市都面临着交通拥堵、环境污染、噪声污染等问题。面对这些问题,一方面,一个结构合理、布局恰当、容量足够的道路网络已成为城市交通系统可持续发展的重要基础条件;另一方面,发展基于道路网络的公共交通是解决城市交通问题的最有效方法,而发展公共交通事业最基础的步骤就是对于公交网络的设计。本文的研究对象就是基于上述两个出发点,即城市路网拓扑结构的演化特性、建模以及公交线网的设计。第一部分,本文基于复杂网络以及图论理论,对城市路网拓扑结构演化特性及模型构建的相关问题进行了具体研究。首先以原始法将城市路网拓扑结构抽象为网络,运用城市路网几何特性和复杂特性的方法对城市路网进行量化;其次对城市路网演化系统的要素成分进行分析。结合城市路网的演化要素和演化过程提出了城市路网拓扑结构演化的两种重要效益:自组织效益和规划效益;最后,基于现有的模型研究成果及RNG邻近图生成方法的启发,本文定量地证明了城市路网的生长受两个基本连续过程的控制:扩张和加密。为了再现这两个过程,我们提出了一个模型,通过考虑相对邻居偏好和角度约束,生成节点和道路路段。并且对该模型的节点度分布、介数、网络细胞结构、网络效率、形状因子等参数进行仿真与验证。该模型的宏观和微观指标的统计特性与观察到的经验模式具有很好的一致性。此外,该模型成功地再现了道路网模式的巨大多样性,模型的性质与实证结果的相似性表明,城市路网空间增长中确实存在着自组织行为和规划行为的混合机制。基于模型及其扩展,可用于评估道路网络的结构特性和行驶效率,预测道路网络扩展并指导城市道路规划和修改。第二部分,基于蜂群算法的公交网络设计。提出基于蜂群算法的公交网络设计模型,模型以乘客出行总时间与线网流量的方差为总费用构建目标函数,以公交线路的最小最大站点数为约束条件。为了使整个公交网络流量趋于均衡,对传统的贪婪算法生成初始解的算法进行了改进,通过循环迭代对初始解集进行改进,直至生成符合要求的公交网络。最后利用的瑞士的Mandl标准网络和第一部分模型生成的道路网进行验证设计,证明了模型的有效性。
【图文】：

（e）GG （f）DT图 2.2 相同随机点生成的 6 种邻近图Fig 2.2 Six proximity graphs generated on same random points可以看出，RNG 是介于 MST 和 DT 之间的一种邻近图，MST 是 RNG 的子图 RNG 是 DT 的子图，这表明根据 RNG 构建的网络具有比 MST 更高的可达性是与 DT 相比可达性要低。.2 城市路网统计指标.2.1 基于路网几何性的统计指标本节将从路网几何结构的角度出发去讨论城市路网的统计指标，旨在网络上对城市路网提出一些评判标准，分析城市路网的几何优劣。城市路网的几统计指标主要如下：（1） 路网路段总长度路网路段总长度即网络中所有路段的长度之和，用公式表示如下：nL l (2.3)

（a）最近邻耦合网络 （b）全局耦合网络 （c）星型网络图 2.3 三种典型的规则网络Fig 2.3 Three kind of regular networkER 随机网络于现实网络较为复杂的生成机制和结构特性，，实际上许多现实的网的，而表现出随机性，随机网络应运而生。其中最典型的模型是 Er 在 1959 年建立的 ER 随机网络模型[54]。它的生成机制为：设定网络
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U491.17

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本文编号：2702586