城市交通系統(tǒng)復(fù)雜性

前言

　　眾所周知，城市交通系統(tǒng)是一切城市活動(dòng)的載體，是整個(gè)城市系統(tǒng)賴以存在和發(fā)揮效能的物質(zhì)基礎(chǔ)。如何更好地改善這個(gè)系統(tǒng)的性能，為更多的出行者提供更好的服務(wù)，是國(guó)內(nèi)外交通學(xué)者與專家一直探索的目標(biāo)。城市交通系統(tǒng)本身是由道路子系統(tǒng)（含地鐵和城鐵）、流量子系統(tǒng)以及管理子系統(tǒng)組成的一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，由于系統(tǒng)中存在出行者的決策博弈行為，從而使得城市交通系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理極其復(fù)雜，具體表現(xiàn)為：①人-車流以及道路、交叉口、樞紐等交通工程及控制設(shè)施眾多，且各組分之間聯(lián)系緊密。②系統(tǒng)中的人-車流具有高度智能性，能夠?qū)χ車h(huán)境變化作出快速反應(yīng)，具有明顯的自組織、自適應(yīng)和自驅(qū)動(dòng)等能力。③網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)動(dòng)的人-車流之間存在強(qiáng)烈的非線性相互作用。④城市交通系統(tǒng)具有強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性和隨機(jī)性，處于不斷地發(fā)展變化之中。⑤系統(tǒng)的高度開(kāi)放性又進(jìn)一步加深了城市交通系統(tǒng)的復(fù)雜性。許多學(xué)者應(yīng)用復(fù)雜系統(tǒng)的分析方法對(duì)城市交通系統(tǒng)復(fù)雜性進(jìn)行了研究，如分形、突變、混沌以及耗散結(jié)構(gòu)理論等。但是，隨著城市用地布局的調(diào)整、居民出行距離的增加和出行行為的改變，城市交通系統(tǒng)運(yùn)行中的不確定因素越來(lái)越多，城市結(jié)構(gòu)與功能越來(lái)越復(fù)雜，新情況、新問(wèn)題不斷出現(xiàn)。其中一個(gè)不容忽視的重要問(wèn)題是：城市交通網(wǎng)絡(luò)上出行者的自主選擇（出行者博弈）行為與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、交通設(shè)施與管理控制措施等變化之間的相互影響關(guān)系是怎樣的？　　由于許多系統(tǒng)及其構(gòu)成元素之間的相互作用都可以用網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述，實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)遍布當(dāng)今幾乎所有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，它們形式上可能是交通網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)、能源電氣輸送網(wǎng)絡(luò)等，深入開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

內(nèi)容概要

　　《城市交通系統(tǒng)復(fù)雜性：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法及其應(yīng)用》在介紹城市交通系統(tǒng)復(fù)雜性和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)融合城市交通系統(tǒng)的一些典型特點(diǎn)，系統(tǒng)地闡述和研究了城市交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系，提出了若干一般運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)上的演化模型，從理論到實(shí)證建立了面向城市交通系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與方法，為研究城市交通系統(tǒng)復(fù)雜性提供了一個(gè)新的研究方法與視角?！冻鞘薪煌ㄏ到y(tǒng)復(fù)雜性：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法及其應(yīng)用》相關(guān)研究?jī)?nèi)容可為工程技術(shù)人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供理論參考?！　　冻鞘薪煌ㄏ到y(tǒng)復(fù)雜性：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法及其應(yīng)用》可作為高等院校交通運(yùn)輸工程及相關(guān)專業(yè)的研究生教材和高年級(jí)本科生選修教材，也可供從事城市交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)及相關(guān)研究的科技工作者參考。

書(shū)籍目錄

前言第1章 緒論1.1 復(fù)雜系統(tǒng)、復(fù)雜性科學(xué)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)1.1.1 復(fù)雜系統(tǒng)1.1.2 復(fù)雜性科學(xué)1.1.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)1.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程及其特征1.2.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程1.2.2 復(fù)雜加權(quán)網(wǎng)絡(luò)1.2.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基本特征1.3 研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的原因及其研究?jī)?nèi)容1.3.1 研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的原因1.3.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究?jī)?nèi)容1.4 現(xiàn)實(shí)中的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)1.4.1 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)1.4.2 技術(shù)網(wǎng)絡(luò)1.4.3 生物網(wǎng)絡(luò)1.4.4 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)1.4.5 輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)1.4.6 其他1.5 小結(jié)第2章 基礎(chǔ)理論2.1 圖的定義及相關(guān)概念2.1.1 圖的定義2.1.2 節(jié)點(diǎn)的度數(shù)2.1.3 連通性2.1.4 最大連通分支2.1.5 樹(shù)、支撐樹(shù)2.1.6 圖的矩陣表示2.1.7 嵌入問(wèn)題與平面圖2.1.8 染色問(wèn)題2.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的定義、分類及其統(tǒng)計(jì)特征2.2.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的定義2.2.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分類2.2.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)特征2.3 典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其演化模型2.3.1 規(guī)則網(wǎng)絡(luò)2.3.2 隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)2.3.3 小世界網(wǎng)絡(luò)2.3.4 無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)2.4 用戶均衡配流模型2.4.1 均衡的定義2.4.2 用戶均衡配流模型2.5 系統(tǒng)最優(yōu)模型2.6 動(dòng)態(tài)用戶最優(yōu)模型2.7 小結(jié)第3章 城市交通系統(tǒng)復(fù)雜性與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)3.1 城市交通網(wǎng)絡(luò)的基本特性3.2 城市交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性研究的重要性3.3 城市交通復(fù)雜性與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)3.4 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的動(dòng)力學(xué)過(guò)程3.4.1 網(wǎng)絡(luò)上的交通流3.4.2 網(wǎng)絡(luò)上的病毒傳播3.4.3 級(jí)聯(lián)失效3.5 城市交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的研究現(xiàn)狀3.5.1 城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性3.5.2 道路交通流的復(fù)雜性3.5.3 網(wǎng)絡(luò)交通流的復(fù)雜性3.6 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的流量分布特性3.6.1 流量分布特性3.6.2 梯度網(wǎng)絡(luò)上的擁堵特性3.6.3 一般網(wǎng)絡(luò)上交通流的演化3.7 小結(jié)第4章 一般輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的加權(quán)演化模型4.1 網(wǎng)絡(luò)演化建模研究概述4.2 考慮局部事件的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)4.3 合并機(jī)制演化加權(quán)網(wǎng)絡(luò)4.3.1 考慮節(jié)點(diǎn)合并和再生機(jī)制的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)演化模型4.3.2 考慮相鄰節(jié)點(diǎn)合并和再生機(jī)制的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)演化模型4.4 考慮局部演化的交通驅(qū)動(dòng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)模型4.4.1 局部演化的交通驅(qū)動(dòng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)模型4.4.2 權(quán)重局部再分配的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)模型4.5 小結(jié)第5章 輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)Hub節(jié)點(diǎn)的隱含特征5.1 網(wǎng)絡(luò)Hub節(jié)點(diǎn)隱含特征概述5.2 相關(guān)定義及網(wǎng)絡(luò)選取5.3 Hub節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)特征5.3.1 Hub節(jié)點(diǎn)的度分布5.3.2 Hub節(jié)點(diǎn)的聚類特性5.3.3 Hub節(jié)點(diǎn)的相配性特征5.4 小結(jié)第6章 具有模塊結(jié)構(gòu)輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)非對(duì)稱演化與傳播動(dòng)力學(xué)模型6.1 具有模塊結(jié)構(gòu)輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)非對(duì)稱演化模型6.1.1 具有模塊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)6.1.2 非對(duì)稱演化的群落結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型6.2 輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)上的傳播動(dòng)力學(xué)概述6.3 具有模塊結(jié)構(gòu)的小世界網(wǎng)絡(luò)6.4 具有模塊結(jié)構(gòu)的小世界網(wǎng)絡(luò)上的SIS模型6.5 具有模塊結(jié)構(gòu)的小世界網(wǎng)絡(luò)上的SIR模型6.6 小結(jié)第7章 基于空間價(jià)格的物流網(wǎng)絡(luò)演化特性7.1 空間價(jià)格均衡簡(jiǎn)介7.2 空間價(jià)格對(duì)物流網(wǎng)絡(luò)的影響機(jī)制7.3 模擬結(jié)果分析7.3.1 四種典型物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的價(jià)格演化特點(diǎn)7.3.2 具有群落結(jié)構(gòu)特性的物流網(wǎng)絡(luò)價(jià)格演化特點(diǎn)7.4 小結(jié)第8章 城市交通網(wǎng)絡(luò)的承載能力及最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究8.1 不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的城市交通網(wǎng)絡(luò)承載力研究8.1.1 城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)造及參數(shù)定義8.1.2 擁堵因子的定義8.1.3 結(jié)果分析8.2 彈性需求條件下網(wǎng)絡(luò)承載能力分析8.2.1 彈性需求條件下的網(wǎng)絡(luò)均衡配流模型8.2.2 數(shù)值模擬8.3 最優(yōu)城市交通網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其特征參量8.3.1 城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與交通擁堵8.3.2 最優(yōu)城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?.4 小結(jié)第9章 城市交通網(wǎng)絡(luò)上的用戶均衡效率損失及擁堵緩解策略研究9.1 用戶均衡效率損失9.2 不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系挠脩艟庑蕮p失9.2.1 城市交通網(wǎng)絡(luò)上的個(gè)體選擇行為9.2.2 用戶均衡與系統(tǒng)最優(yōu)9.2.3 不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖嫌脩艟庑蕮p失9.3 基于網(wǎng)絡(luò)的城市交通瓶頸識(shí)別以及擁堵緩解策略9.3.1 交通瓶頸及其產(chǎn)生原因9.3.2 參數(shù)設(shè)定9.3.3 基于網(wǎng)絡(luò)的交通瓶頸識(shí)別9.3.4 緩解交通擁堵策略9.4 小結(jié)第10章 城市交通網(wǎng)絡(luò)上的級(jí)聯(lián)失效問(wèn)題研究10.1 不同移除方式和交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錀l件下的級(jí)聯(lián)失效模型10.1.1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及參數(shù)設(shè)定10.1.2 交通流量加載10.1.3 模擬分析與討論10.2 不同城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系倪?點(diǎn)-邊級(jí)聯(lián)失效10.2.1 擁堵程度10.2.2 最小支撐聚類10.2.3 度量參量10.2.4 模擬分析與討論10.3 點(diǎn)能力動(dòng)態(tài)更新的城市交通網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效模型10.3.1 模型建立10.3.2 模擬分析與討論10.4 一般輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效的預(yù)防策略10.4.1 基于節(jié)點(diǎn)度的導(dǎo)航策略10.4.2 基于節(jié)點(diǎn)度的導(dǎo)航策略下的級(jí)聯(lián)失效10.4.3 一種基于節(jié)點(diǎn)度的新導(dǎo)航策略10.5 具有群落結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上級(jí)聯(lián)失效行為10.6 小結(jié)第11章 有限資源條件下基于路段重要性的能力分配策略11.1 基于介數(shù)的能力分配模型及其應(yīng)用11.1.1 基于介數(shù)的能力分配模型11.1.2 數(shù)例分析與實(shí)際應(yīng)用11.2 有限資源下基于路段重要性的能力分配模型11.2.1 路段重要性度量方法11.2.2 有限資源條件下的能力分配模型11.3 小結(jié)第12章 兩種典型的城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦约捌漪敯粜匝芯?2.1 城市公交網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦约捌漪敯粜?2.1.1 基于線路的公交網(wǎng)絡(luò)無(wú)標(biāo)度特性12.1.2 基于停靠站點(diǎn)的公交網(wǎng)絡(luò)小世界特性12.1.3 北京市公交網(wǎng)絡(luò)的有效性及魯棒性12.2 中國(guó)高速公路網(wǎng)的拓?fù)涮匦约捌漪敯粜?2.2.1 中國(guó)高速公路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦?2.2.2 中國(guó)高速公路網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)特征量及其魯棒性12.3 山東省高速客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦?2.3.1 高速客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造12.3.2 結(jié)果分析12.4 小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　陳潔等（2004）搜集了中國(guó)電力網(wǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)所得的分支系數(shù)和平均路徑長(zhǎng)度結(jié)果表明中國(guó)電力網(wǎng)也具有符合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)共性的性質(zhì)，即小世界效應(yīng)和無(wú)標(biāo)度特性。這說(shuō)明中國(guó)電力網(wǎng)具有較小的平均路徑長(zhǎng)度，即任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（電站或變電所）可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)比較方便地連接；另一方面，它具有較大的分支系數(shù)，即任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)附近的節(jié)點(diǎn)集團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接的完備程度比較高。這表明中國(guó)電力網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)比較合理的狀態(tài)，便于實(shí)現(xiàn)各個(gè)位置之間的電能輸送或調(diào)節(jié)；無(wú)標(biāo)度特性說(shuō)明中國(guó)電力網(wǎng)在發(fā)展過(guò)程中也曾部分遵從“富的更富，窮的更窮”的原則，已經(jīng)有較多連接（輸電）線的節(jié)點(diǎn)更容易連接新的連接線?！　?）航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。面對(duì)全球一體化和海上貿(mào)易的迅速發(fā)展，全球范圍內(nèi)的許多港口，包括我國(guó)的各大港口城市均作出了積極的反應(yīng)，投入巨額的資金建設(shè)新的港口配套設(shè)施，并加快相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門的現(xiàn)代化進(jìn)程，力爭(zhēng)成為當(dāng)今港口業(yè)的霸主。如何在現(xiàn)代競(jìng)爭(zhēng)激烈的港口，航運(yùn)業(yè)內(nèi)進(jìn)行港口間復(fù)雜航線網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃，提高供應(yīng)鏈運(yùn)轉(zhuǎn)效率是急需解決的一個(gè)世界性問(wèn)題。從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，對(duì)世界航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，將有可能為港口、航線的規(guī)劃問(wèn)題提供必要的決策信息。田煒等（2007）對(duì)180多個(gè)港口及近千條航線組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)權(quán)處理并做了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)際航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)具有小世界和無(wú)標(biāo)度特性，包括短的網(wǎng)絡(luò)平均路徑和節(jié)點(diǎn)度分布的冪律特性。由于受到世界政治、地理、經(jīng)濟(jì)等方面因素的影響，其網(wǎng)絡(luò)的聚集系數(shù)雖然不大，且存在局部節(jié)點(diǎn)聚集系數(shù)偏小的問(wèn)題，與理想的無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)存在一定的差距，但這也恰好證實(shí)了航線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實(shí)性。

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