基于复杂网络理论的城市道路交通网络可靠性研究

发布时间：2017-04-26 23:13

  本文关键词：基于复杂网络理论的城市道路交通网络可靠性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：城市现代化进程日益加快,越来越多的人涌向中心城市生活,居民生活水平不断提升,人均汽车保有量逐年迅速增长,这些现状给当前城市道路交通带来了重大负担。此外,城市交通需求复杂且现有交通方式种类繁多、混合存在,道路网络作为承载这些交通方式的载体,面临着巨大压力。然而,城市现有道路网络受地理空间约束、扩展有限,只有充分发挥既有道路的效能,且必须保证这些道路的完整、有效,才能满足正常的交通需求。因此,对当下城市道路网络进行科学分析、准确判断、合理预测及及时完善显得尤为重要。同时,为了实现城市交通“多、快、好、省”的综合目标,务必要确保该城市的道路网络能给出行者提供基本的可靠出行,以及当有意外情况发生时仍能保证该出行者顺利完成出行任务。因而,在现代城市发展进程中,为最大限度保障城市交通系统稳定性,提高交通服务水平,加强对城市道路网络的可靠性研究将不容小觑。本文使用目前应用较为广泛的两种复杂网络拓扑结构构建方式即主方法和对偶法,分别建立兰州市城关区部分道路网的两种网络模型。借助Pajek软件比较了两种网络模型所呈现出的不同的网络统计特性,证明了主方法构建的实例路网属于随机动态模型,而对偶法构建的实例路网模型其度分布表现出幂律特性,因而属于无标度网络模型。文中选用了对偶法构建的道路网络拓扑结构,同时根据路网的抗毁性与恢复性综合分析路网的可靠性,并选择网络效率及相对变化量为衡量指标。在抗毁性分析中,分别采用随机性攻击策略和选择性攻击策略对路网实现模拟攻击,在恢复性分析中,针对每一种攻击方式都使用了选择性恢复策略和随机性恢复策略对路网实现模拟恢复,结果表明,对偶法构建的兰州市城关区实例路网对随机性攻击表现出较强的适应能力,而对选择性攻击却表现出相对的脆弱性,从而进一步验证了对偶法构建的兰州市城关区所选区域路网呈现出无标度特性。最后,引入数据场中的拓扑势理论,将抗毁性与恢复性进行了有机结合,并依次计算了每条道路的可靠性拓扑势值用以评判该道路可靠性的相对大小,同时也根据可靠性的相对大小值找出了路网中的关键路段。与现有文献不同的是,本文在设置选择性攻击算法时,不是直接依据节点度的大小进行逐次攻击,而是先计算了每个节点的节点度拓扑势值,然后按照该拓扑势值从大到小实现了仿真攻击,这样设计的算法考虑了每个节点对周围节点由近及远不同程度的影响,以便更准确判断各节点在网络中的重要程度。此外,通过依次计算每个节点的抗毁性相对大小值及恢复性相对大小值,代入改进的拓扑势公式,得出节点的可靠性高低跟节点的度大小并不完全成正比关系,且结论是,当两个节点的度大小相差很大时,度越大,可靠性越高,而当两个节点的度大小相近或相等时,节点可靠性值的相对大小主要跟与该节点相连节点的可靠性相对大小值有关,若与该节点相连节点的可靠性值均越大,则该节点的可靠性值就越大。
【关键词】：复杂网络 城市道路交通路网 抗毁性 恢复性 可靠性
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U491
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究目的和意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-14
• 1.4 研究内容与技术路线14-15
• 2 复杂网络相关基础介绍15-24
• 2.1 图论15
• 2.2 复杂网络的定义、分类及特性15-17
• 2.3 复杂网络的统计特征17-19
• 2.4 复杂网络基本模型介绍19-21
• 2.5 复杂网络分析软件介绍21-24
• 3 网络拓扑结构的构建与不同拓扑结构交通网络特性分析24-31
• 3.1 交通网络拓扑结构的构建24-26
• 3.1.1 网络拓扑结构简介24
• 3.1.2 交通网络拓扑结构的构建方法24-26
• 3.2 两种交通网络拓扑结构的比较分析26-27
• 3.2.1 主方法构建交通网络26
• 3.2.2 对偶法构建交通网络26-27
• 3.2.3 交通网络拓扑结构两种构建方法的比较27
• 3.3 两种拓扑结构下复杂交通网络的特性分析27-31
• 3.3.1 基于两种拓扑构建方法的交通网络表示28-29
• 3.3.2 两种路网拓扑结构的静态统计特征分析29
• 3.3.3 两种拓扑结构下的交通网络复杂特性分析29-31
• 4 基于复杂网络理论及相关特性的城市路网可靠性分析31-39
• 4.1 城市路网可靠性的提出31
• 4.2 城市路网可靠性的定义31-34
• 4.2.1 拓扑势的引入32-33
• 4.2.2 城市道路网络中节点可靠性的定义33-34
• 4.3 基于抗毁性与恢复性的城市路网可靠性分析34-39
• 4.3.1 城市路网的抗毁性分析34-36
• 4.3.2 城市路网的恢复性分析36-38
• 4.3.3 基于抗毁性与恢复性的路网节点可靠性的算法实现38-39
• 5 兰州市城关区部分道路网络的可靠性实例研究39-66
• 5.1 兰州市城关区路网概述39-41
• 5.2 兰州市城关区道路网络拓扑结构的构建与分析41-49
• 5.2.1 主方法构建兰州市城关区道路网络及统计特性分析41-45
• 5.2.2 对偶法构建兰州市城关区道路网路及统计特性分析45-48
• 5.2.3 两种方法的比较48-49
• 5.3 兰州市城关区所选道路网络的可靠性计算与分析49-66
• 5.3.1 兰州市城关区所选实例路网各节点的度拓扑势的计算49-50
• 5.3.2 兰州市城关区道路网络抗毁性分析50-55
• 5.3.3 兰州市城关区道路网络恢复性分析55-61
• 5.3.4 基于抗毁性和恢复性的兰州市城关区实例路网的可靠性研究61-66
• 结论66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间的研究成果73

【参考文献】

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本文编号：329442