基于复杂网络理论的城市慢行交通网络重要节点识别研究

发布时间：2020-03-22 15:37

【摘要】：在当前以机动车为导向的发展模型下,许多城市出现了交通拥堵、环境污染等一系列的问题。作为城市交通的重要组成部分,慢行交通具有低碳环保的特点,是一种可持续发展的交通方式,合理的规划慢行交通网络对城市的发展具有重要的意义。近年来随着复杂网络理论的发展,越来越多的学者借用复杂网络理论来研究城市交通问题,网络节点的重要性评估也逐渐成为复杂网络一个重要的研究课题。因此,本文基于复杂网络理论对城市慢行交通网络进行复杂性分析和重要节点识别研究。第一,介绍了复杂网络的基础理论,包括图的定义和矩阵表示,复杂网络的定义和分类,加权网络下的特征参数指标以及四种典型的复杂网络模型。第二,考虑慢行路段流量和长度两个影响因素,构建城市慢行交通加权网络。在原始拓扑和对偶拓扑形式下,分别建立对应的数据矩阵,研究了慢行交通网络下的各特征参数指标的意义以及MATLAB实现的逻辑算法。对慢行交通网络的小世界和无标度特性进行理论分析,为后续的实证研究奠定理论基础。第三,引入多级邻居节点,考虑节点自身属性和多级邻居节点的影响,选取节点通行度和节点空间介数两个评价指标,构建了基于多级邻居节点的慢行交通网络重要度评估模型。以ARPA加权网络为实验数据,分别进行不同评估结果的静态和动态攻击实验,通过对比分析网络效率的变化值,检验了模型的有效性,同时,对模型的指标权重和重要度贡献系数两个参数进行了讨论。第四,以福州市仓山区金山大道-闽江-浦上大道-西三环所围区域作为研究对象进行实证分析,探索两种拓扑形式下研究区域慢行交通网络的复杂网络特性,建立基于多级邻居节点的慢行交通网络重要度评估模型,识别出原始拓扑下网络的关键交叉口和对偶拓扑下网络的关键道路。本文的研究成果,不仅可以用于城市慢行交通网络复杂特性的分析,而且构建的节点重要度评估模型结合慢行交通网络的特征属性,能够更加准确地识别网络中的重要节点。通过对这些重要节点的预警保护,能够增强路网连通和抗毁可靠性,指导城市慢行路网的优化设计和道路改造,为城市交通管理和为居民出行方案选择提供现实依据。
【图文】：

示意图,强度分布,示意图,最短路径

逦（２－３）逡逑式中，是指节点强度为５的节点个数，ＡＴ是指网路节点总数。逡逑常见的强度分布有泊松分布和幂律分布，如图２－３所示。逡逑ｊ：ｌ邋Ａ邋＼逡逑ｉ：：邋／邋＼逦１－逦＼逡逑：：［Ｖ．邋１逡逑０逦５逦１０逦１５逦２０逦２５逦３０逦３５逦４０逦１00逦１0＇逦１0１逡逑强度ｓ逦－逦强度ｓ逡逑（ａ）泊松分布逦（ｂ）幂律分布逡逑图２－３强度分布示意图逡逑在节点强度分布的基础上，进一步分析引入了累积强度分布（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ逡逑Ｓｔｒｅｎｇｔｈ邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ），它利用了所有的原始数据，表示节点强度大于ｓ的概率。逡逑户⑷户（，）逦（２－４）逡逑ｓ＇＞ｓ逡逑（２）最短距离和特征路径长度逡逑网络研宄中，两个节点之间往往存在着多条路径。无向无权网络中，定义连逡逑接两个节点的路径中边的数量最少的路径为最短路径（Ｓｈｏｒｔｅｓｔ邋Ｐａｔｈ邋Ｌｅｎｇｔｈ），，边逡逑的数量就是最短路径的长度；无向加权网络中，考虑边权的影响，定义连接两个逡逑节点的路径中所有边的权重之和最小的路径为最短路径，权重之和就是最短路径逡逑的长度。网络中

示意图,规则网络,示意图,耦合网络

规则网络是人们最早开始研宄的网络的类型，主要包括最近邻耦合网络、星逡逑型网络和全局耦合网络三种类型，节点数Ｗ邋＝邋１０的三种类型的规则网络示意图如逡逑图２－４所示。逡逑0旅馨逡逑（ａ）最近邻耦合网络逦（ｂ）星型网络逦（ｃ）全局耦合网络逡逑图２－４规则网络示意图逡逑最近邻耦合网络，每个节点只与它相邻的Ａ个节点相连，Ａ为偶数，当灸取逡逑较大的值时，网络的特征路径长度可以近似计算为／邋＝邋Ｗ／２ｌ网络的聚类系数逡逑ｃ邋＝邋３0ｔ－２）／４0ｔ－0；星型网络存在一个中心节点，其他节点都只与中心节点连接，逡逑网络的特征路径长度为／邋＝邋２－［２0Ｖ－ｌ）／Ａ＾Ｖ－ｌ）］，网络的聚类系数为ｃ邋＝邋０；全局逡逑耦合网络中任意两个节点之间都相互连通，因此也叫作全连通网络，网络的特征逡逑路径长度／邋＝邋１，聚类系数＾邋＝邋１。逡逑２．４．２随机网络模型逡逑随着研宄的深入，人们发现实际网络大多数情况下并不是规则网络，而是具逡逑有某种随机性。于是
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491

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