香港道路网演化特征分析与结构生长模拟

发布时间：2017-06-24 23:03

  本文关键词：香港道路网演化特征分析与结构生长模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：道路网如同城市的经脉和骨架,深入刻画城市肌理。作为城市最重要的子系统之一,道路网与人类日常生活密切相关,它既是城市正常运行的基础通道,也是城市经济发展和社会活动开展的必要设施。人类对于道路网的研究由来已久,但它是耗散、动态、开放、自组织、分形的空间复杂系统,其形态、结构与功能之间的相互关系仍有待进一步挖掘。因此,本文选取了发展较为成熟的香港城市道路网作为研究对象。本文收集了香港1971年至2011年间的道路网数据,并使用复杂性研究中经典的分形理论与复杂网络理论从形态与结构两方面定量地刻画道路网演化的特征和规律,并据此构建路网演化模型。香港道路网演化分析的主要结果如下：(1)从几何形态的角度看,香港道路网在近40年的发育过程中始终呈现出双分形性质和核心-边缘格局,并且城市中心区表现出越来越严格的分形形态。(2)从结构复杂性的角度看,香港道路网的平均最短路径长度和聚类系数等数值逐年递增,结构分形维数也不断增加,意味着香港道路连通方式更加多样并且结构也越加复杂。(3)从中心性的角度看,香港道路网度中心性和介中心性值的不均衡分布揭示出路网中有小部分道路对路网整体的货物和人流运输具有非常大的作用,保护此类道路畅通是路网整体高效运行的基础；道路网邻近中心性值具有越来越严格的正态分布,说明从路网中大部分道路出发都能较为快捷的到达目的地。(4)从其他角度来看,近40年来道路网整体上均保持着小世界和无标度特征,这充分揭示出道路网内部的自组织特性。除上述演化分析外,本文基于香港道路网演化过程中的一般性特征分别构建基于原始图和对偶图的道路网演化模型。研究结果发现基于原始法的道路网演化模型具有很强的局限性,模拟效果并不理想。然而论文提出的基于对偶图的道路网演化模型所得结果更接近实际情况。综上,论文对香港近40年来的道路网形态与结构特征进行了深入挖掘,并归纳了城市道路网演化的一些基本特征和规律。此外,还构建了两种分别基于原始图和对偶图的道路网演化模型。相关研究成果能为现有城市研究提供新的案例,也能为交通设计、城市规划、环境管理等部门提供决策支持。
【关键词】：道路网 复杂网络 演化模拟 几何形态 拓扑结构
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U495;P208
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 城市道路网研究背景及意义11-12
• 1.2 道路网特征分析和模拟的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 道路网形态与结构特征研究综述12-14
• 1.2.2 道路网生长模拟研究综述14-15
• 1.3 研究目标与内容15-16
• 1.4 论文组织结构16-17
• 第2章 城市道路网建模与分析研究综述17-31
• 2.1 道路网建模方法17-18
• 2.2 香港道路网的建模与数据处理18-21
• 2.3 道路网几何形态特征刻画指标21-25
• 2.3.1 几何分形维数21-22
• 2.3.2 城市道路规划指标22-24
• 2.3.3 景观生态指标24-25
• 2.3.4 其它指标25
• 2.4 道路网结构特征挖掘指标25-30
• 2.4.1 复杂网络一般性统计指标25-26
• 2.4.2 中心性指标26-27
• 2.4.3 小世界与无标度性质27
• 2.4.4 结构分形指标27-29
• 2.4.5 其它指标29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 香港道路网几何分形特征的演变31-37
• 3.1 香港道路网几何形态下的双分形特性31-35
• 3.1.1 香港道路网的双分形计算结果31-34
• 3.1.2 香港道路网的结果分析：双分形特性34-35
• 3.2 基于半径维数的香港道路网不均衡发育35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 香港道路网结构复杂性和自相似性的演变37-52
• 4.1 基于一般性网络分析指标的结构复杂性增长37-38
• 4.2 道路网中心性的演变38-46
• 4.2.1 度中心性值的长尾分布38-41
• 4.2.2 邻近中心性值的正态分布41-45
• 4.2.3 高介中心性道路的分流45-46
• 4.3 香港道路网的无标度与小世界特性46-48
• 4.3.1 香港道路网小世界特征演化47
• 4.3.2 香港道路网无标度特征演化47-48
• 4.4 香港道路网结构自相似性质的演变及其异速生长48-51
• 4.4.1 近40年来香港道路网的结构分形特征48-50
• 4.4.2 结构分形与人口、经济的异速生长50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 道路网自组织演化模拟52-64
• 5.1 基于原始图并保持道路网几何形态的自组织演化模型52-58
• 5.1.1 演化模型的基本思想52-53
• 5.1.2 模型参数及其对演化结果的影响53-57
• 5.1.3 原始图生长模型有效性评估57-58
• 5.2 基于对偶图并顾及几何与结构特性的自组织演化模型58-63
• 5.2.1 模型建立的原理59-61
• 5.2.2 模型有效性评估61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 结论与展望64-66
• 1. 总结与结论64-65
• 2. 不足与展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士学位期间所发表的论文73

【参考文献】

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