城市交通运输_交通运输网络的复杂性研究

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6期莫辉辉等：交通运输网络的复杂性研究115

3交通运输的复杂网络分析

目前，基于复杂网络理论对交通运输网络的复杂性分析已有较广泛研究，主要研究领域涉及航空、轨道交通（铁路与地铁）、城市公交与道路等交通运输网络。

市公交网的复杂拓扑特征。（2）结构复杂性比较，即对不同城市公交网络的结构特征进行对比分析，并总结其网络特征[43~49]。正如大多数学者所“预期”：公交网络的拓扑结构介于规则网络和随机网络之间，且多数研究结果具有“小世界”或“无标度”特征。但几乎所有研究对交通网络的构造过程呈现“混沌”———二部图、设施网络、换乘网络等网络构建方法纷呈，缺乏科学的分类体系，其研究结果缺乏可比性。城市间的对比分析有助于透视公交网络的复杂性，但研究者过于追求既定目标(“小世界”或“无标度”)，而对网络空间特性及网络属性分类混淆不清，绝大多数研究的实践意义十分有限。

此外，部分学者还对城市道路网进行了研究，但结论各异。如有研究认为街道网络具有“小世界”性而不具有“无标度”性[50]、自组织城市的街道网具有幂率特征[51]、城市道路网为“小世界”网络[52]等等。城市的道路网一般由快速路、主干道、次干道等构成，一定程度上表现出层级的相似性，“平面图”（PlanarGraph）特征[53]是对道路网的空间特征的合理解释；“平面图”决定地理空间属性是城市道路网结构分析中的关键，图论(GraphTheory)[1,2]、分形理论（FractalTheory）[54]、空间句法（SpaceSyntax）[55]等为这种复杂特征提供了一种更为适宜的分析方法，而采用复杂网络理论的分析方法则需慎重。

3.1航空

航空网络的研究主要集中在如下几个领域：（1）静态结构复杂特征；即从全球[14,15]或国家[16~21]的空间尺度分析航空网络的结构统计特征。（2）网络演化规律[22]及其机理的分析[23]。（3）其它相关研究。如网络结构对效率的影响[24]。研究表明，航空网络规模小到几十个节点，大到几千个节点，均表现了一定程度的“小世界”特征，这与其网络结构“超平面”的空间特性密不可分[25]。尽管如此，航空网络在不同尺度表现出的网络结构差异（如度相关性）仍待进一步的分析，，且空间经济、社会等因素对网络演化的影响尚未纳入演化机理分析的范畴，而网络结构的“小世界”、“无标度”等特征对引导网络发展和规划的实践有待进一步探讨。

3.2轨道交通

地铁和铁路网络是该领域的热点，主要分析集中在两个方面：(1)设施网络（车站和线路）或运输组织网络(车站和运行线)的拓扑统计性质的分析[26,27]。地铁网研究认为设施网络为树状结构，而运输组织网络具有小世界特征；铁路网则集中研究国家尺度的网络结构特征，如印度铁路网的“小世界”特征[28]、中国铁路客运车流网的“无标度”性质和“小世界”特征[29,30]。(2)基于运输效率（Efficiency）特征指标的网络特征分析[31,32]，研究表明不同城市地铁网的运输效率指标具有较大的差异。效率指标超越了一般复杂网络的拓扑统计分析，考虑地理空间制约，所得结果与传统图论分析结论的可比性强，并具有较好的经济地理解释性，且在多种运输网络的综合系统分析中得到验证[33,34]。轨道交通网络复杂性的研究尚处于起步阶段，特别是运输组织系统复杂性有待深入，基于效率目标的网络分析具有较高的实践价值，也为交通运输网的复杂性分析指明了重要的研究方向。

4交通运输网络的复杂性展望

目前，基于统计物理学的复杂网络分析多为拓扑化的理论分析或数据建模，与实际网络特征仍存在差距，对交通运输网络的复杂性的认识及实践运用尚待深入。从系统视角出发，把握交通运输网络的地理空间特性，研究其网络结构的特征、动力学机理（组织与效率、空间相互作用等）及外在影响条件（开放系统）等，深入梳理交通运输网络的复杂性研究内涵尤为重要。

系统复杂性4.1复杂基础：

从复杂网络理论在交通运输中的应用情况分析，不同的网络构建方法对交通运输网络结构的复杂性特征结果有很大的影响。交通网络结构的复杂性源于其复杂系统，认识系统的复杂性是研究其网络化结构复杂性的前提。交通运输系统宏观上由铁路、公路（或道路）、航空、水运及管道五种现代运输方式构成。各种运输方式受其自身基本特性的限

3.3城市交通

城市公交网络是交通运输网络复杂性研究的热点领域之一。其研究范畴主要包括：（1）网络静态复杂特征。如北京[35~39]、上海[40]、成都[41]、太原[42]等城

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