基于复杂网络的公共自行车关键节点选取和网点布设优化研究

发布时间：2020-06-17 12:20

【摘要】：近年来,随着公共自行车系统的迅猛发展,其独特的交通流量疏通优势日益展现出来,在广大居民的日常生活中大显身手。与此同时,由于使用需求的激增和运营规模的扩张,系统也逐渐暴露出不少缺陷。比如:高峰时期与高频使用地点车辆周转率不平衡,中心城区与偏远郊区路网流量分配不均、车辆调度难、成本高等问题。这些问题的产生主要是由于部分客流量大的关键节点流量失衡导致的,如何运用科学手段对这些节点合理筛选及优化控制是提高公共自行车系统运行效率的关键。复杂网络是用以描述现实世界中系统及其构成元素之间相互作用关系的重要工具。其中有许多关于网络结构稳定性、演化规律、交通阻塞动力学行为、阻塞疏导方案的研究方法可以借鉴。公共自行车交通系统作为一个离散时间的复杂动力学复杂网络,网络的拓扑结构和网点的布设对整个网络流量的传输效率具有重要的影响。合理筛选关键节点并建立其分流优化方案,就能够较好避免网络拥塞,提高整个系统的运行效率。有资料表明,我国公共自行车系统现有的优化方案研究主要集中在单一指标筛选问题节点上,考虑交通属性和用户出行特性很少,针对筛选出的关键节点,也大多未给出下一步合理的优化方案。基于以上事实和分析,本文采用公共自行车真实租赁数据建立复杂网络,针对公共自行车交通系统中动态拓扑与网点布局优化难点进行分析,评价系统整体运营情况,构建关键节点选取策略,通过对少量关键节点实施动态优化控制,达到系统的整体优化。本文的主要研究和成果如下:1、基于实际的公共自行车系统运营数据,从复杂网络拓扑结构入手,对其进行统计分析。分析结果表明其网络度分布符合幂律分布,整体拓扑分析显示公共自行车的用户需求模式具有无标度和小世界特性,符合“六度空间理论”。系统综合运营情况较好,但网点分布小部分关键节点可进一步优化。2、针对关键节点的动态存量失衡问题,紧扣公共自行车系统的公共交通特性,结合目的地功能区域进行社团划分,设计可达性指标潜力评价模型用以筛选关键节点。将结果与经典度值和介数中心性指标进行对比分析,得出对关键节点的优化方案。3、针对筛选出的关键节点,综合考虑网点之间位置,提出一种基于波面理论的公共自行车关键节点优化方案。利用波面净流阈值辐射法在关键节点附近放置辅助节点缓解关键节点的压力,以达到局部辅助分流作用。实证表明本文提出的基于分区可达性指标筛选关键节点策略能更加充分的反映出各个网络关键节点的特征;波面理论网点优化方案能有效解决网点失衡现象,优化公共自行车初始网点的布设,提高车辆使用率,达到从局部优化提高全局效率的目的,本文的研究成果能够为公共自行车系统的建立提供有益的指导意见。
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U491.225
【图文】：

系统布局,不合法,交通拥堵,单车

硕士学位论文调度需求量；另一方面是由于未能深入分析已有租赁网点的布设情况，没能根据动态流量的分布特征进行网点的科学增设所致。因此，对公共自行车系统布局的合理性和运营情况进行综合评价，筛选出问题节点，及时管理控制，动态调度需求设置，合理规划、增设租赁网点是影响公共自行车系统效率的关键要素，也是优化公共自行车系统的重要内容。

示意图,规则网络,随机网络,示意图

图 2.1 三种规则网络示意图2、随机网络随机图理论最早是由 Erdos[56]提出的，这种理论被证明在解决图形问题时效果明显，为复杂网络理论的研究提供了坚实的基础。文献[57]对随机网络给出了定义：随机网络是指随机从包含 N 个初始节点的网络中以概率 p N ( N 1)/2抽取两个节点进行连接而组成的网络，该网络的数学期望满足 E ( n ) p ( N ( N 1))/2。其中一种随机网络演化过程如图 2.2 所示：

【参考文献】