基于复杂网络理论的陕西省高速公路网结构特性及鲁棒性研究

发布时间：2020-06-14 07:48

【摘要】：近年来,随着路网不断完善,高速公路逐渐走向网络化、复杂化。与此同时,各种突发事件的不断发生也对路网连通性提出了更高的要求。复杂网络理论为系统分析高速公路的复杂拓扑特性和鲁棒性提供了全新的方法论。系统科学认为,结构决定功能。高速公路作为典型的复杂网络,其拓扑结构对区域路网的连通性具有重要影响,其鲁棒性的健壮与否也对突发事件下路网的安全运行具有重要意义。本文以截止到2018年10月份的已建和在建的陕西省高速公路网为研究对象,引入复杂网络理论,基于原始映射法和对偶映射法分别构建了路网模型。针对两种不同的路网模型,分别从节点度、平均路径长度、聚类系数、紧密中心性、介数、网络效率六个角度分析了陕西省高速公路网络的复杂结构特性。分析结果显示:陕西省高速公路网络具有显著的“无标度”性,但是不具备“小世界”特征;网络中节点度、介数的分布很不均衡,少数度值高、介数大的节点在路网中发挥着核心作用。高速公路的鲁棒性是指路网对来自于外界的各种影响的阻抗性能,是衡量高速公路网络整体性能的关键指标之一。本文中提出了适用于高速公路网络鲁棒性的指标:网络效率相对值和最大连通子图相对大小。为了阐明陕西省高速公路鲁棒性的变化规律,设计了“随机干扰”和“定向干扰”两种干扰模式,通过R软件对不同干扰策略下鲁棒性进行了仿真实验。实验结果表明:陕西省高速公路网对随机干扰表现出了一定的鲁棒性,但是对定向干扰的鲁棒性较差;不同节点对路网鲁棒性的整体影响差别很大,而且路网高度依赖于“介数”和“节点度”排名前20%的节点;不同干扰策略下,陕西省高速公路网络的鲁棒性高低排序如下:随机干扰下的鲁棒性基于介数的定向干扰下的鲁棒性基于节点度的定向干扰下的鲁棒性。本文最后提出了网络效率变化值作为路网关键节点与关键路段的量化指标,并对该指标和原先经典理论中的指标进行了对比分析,结果显示两者之间存在正相关关系,说明该指标是有效合理的。最后对陕西省高速公路网络提出了一些改善性建议,以提升陕西省高速公路的连通可靠性。 【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U495

【图文】：

陕西省高速公路2018-2035年规划图

哥尼斯堡七桥

【参考文献】

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本文编号：2712478