基于复杂网络的西安主城区空间结构研究

以西安市主城区为研究区,采用OSM道路数据,通过计算道路网密度、识别多层次道路社区分析空间结构。结果表明:①从整体空间上看,西安市主城区道路网发展水平整体较高,以老城区为中心,在主城区北部区域逐渐向外圈层式扩展分布;②从全局尺度来看,西安市主城区表现出多个中心共同发展的城市结构,老城区与周围各区互相影响,形成新的道路空间分布结构,由内向外逐渐扩展,将城市中心分散化,形成多个中心;③从局部尺度来看,除长安区外,各区内部发展均衡,以碑林区、新城区和莲湖区为中心,圈层式向外发展,呈现出中心强外圈弱的空间结构。

基于虚幻引擎的复杂城市路网下生活辐射圈的实时计算与绘制研究

在城市信息化的浪潮下,如何充分发掘城市数据信息的潜力是各类智慧城市平台应着重思考的问题。文章从城市规划领域常见的生活辐射圈概念出发,针对在虚幻引擎上精确辐射圈的算法实现、实时绘制的逻辑,以及对未来的展望三个问题进行探索与研究。旨在深入发掘智慧城市平台上城市道路数据信息的额外价值,为相关领域的发展提供参考。

武汉城市圈城乡道路网的空间结构复杂性

以武汉城市圈为研究区,借助ArcGIS9.3、Pajek2.7和SPSS16.0等软件,从节点重要性、可达性、集聚性3个方面定量揭示了复杂城乡道路网的空间异质性:①高度节点重要性呈幂律分布,表现出无标度性,低度节点重要性则基本呈钟型泊松分布,呈现一定的随机性,导致整个圈域节点的重要性分布曲线既不遵循钟型泊松分布也不遵循幂律分布,出现"涌现"性;节点度值空间分布较均匀,呈现点状特征和弱集聚性,具有明显间断性和跳跃性,表现出一定的"中心-边缘"和"等级圈层"的复合结构;②节点的可达性主要由网络平均路径长度、紧密度和介数指标表达,其中道路网平均路径长度较大,节点交通联系呈线状组织,遵循距离衰减律,成等级圈层分异,但受快速干道影响明显,空间收敛减慢,发生"摄动"变形,形成两条以南北京珠高速和东西宜黄高速为轴的城市交通走廊;节点的紧密度系数较随机网络小,但高紧密度节点在空间分布上较为集中,呈现出一定的"中心-边缘"空间格局;节点的介数指标相对较高,呈现指数分布,空间分布较均匀,但仍呈现出一定的"等级圈层"分异;③网络的集聚性空间差异显著,形成多个大型网络社团,网络的聚类系数近似为零,局部呈现耦合性质,高聚类系数节点集聚成"半月形"展布,低聚类系数节点分布较为离散。

城市复杂道路网络T-GIS数据模型

针对现代城市复杂交通网络现状,提出以交通地理信息系统(transportation-geographic information system,T-GIS)数据模型来描述、城市复杂道路网络的复杂特性.首先以复杂网络理论验证城市道路网络的复杂特性,其次从道路网络综合描述属性表达和网络数据逻辑关系3个方面构建城市复杂道路网络T-GIS数据模型.实践证明,本T-GIS模型具有很好的应用效果,很好表达道路网络空间信息及复杂逻辑关系,为道路拥堵和路径诱导及城市道路网络演化研究提供所需数据,且具有较好的推广价值.

城市道路网络演变模型

为了探寻城市道路网络的内在演变规律,基于叶脉生长模型,提出了道路网络演变模型,分析路网中节点的生成规律;根据道路网络的特点,提出生成节点与已有路网的连接规则.以上海市浦东新区为研究对象,研究节点新增比例与经济、人口等指标的关系,提出了节点新增比例模型.按照提出的演变模型,模拟研究年的道路网络,对比实际路网和模拟路网的一些复杂网络指标.结果表明,该模型能较好地模拟实际路网的变化.

基于复杂网络的城市路网可靠性分析

为分析城市路网中线路的重要程度,采用对偶拓扑方法,将路段抽象为节点,将交叉口抽象为网络边,对实际路网进行拓扑结构转换。应用复杂网络节点度、边介数等特征指标及网络可靠性指标评价城市路网结构特征。最后,分别在蓄意攻击和随机故障条件下,对济南市区路网的连通可靠性进行了实证研究。

城市复合交通网络的若干特性研究

针对北京市三环内实际交通网络,分别构建城市道路交通网络和由城市轨道交通网络叠加形成的城市复合交通网络模型.基于复杂网络理论,采用Matlab计算节点度、聚类系数、平均路径长度、介数和节点紧密度等指标,分析了其分布规律,然后对这两个网络模型的统计特征值进行比较分析.结果表明,它们都具有一定的随机网络模型和无标度网络模型的小聚类系数特征,叠加后的城市交通网络直径和平均最短路径减小,平均度、聚类系数和节点紧密度都有不同程度增加,使整个路网的可达性得到了一定的提高,网络承载力变大.

武汉城市圈城乡路网空间关联性及其演化

基于1989—2010年武汉城市圈城乡路网拓扑空间数据库,引入复杂网络统计特征量和空间自相关分析方法,对武汉城市圈城乡路网拓扑空间关联性及其演化进行实证研究。发现全局上武汉城市圈城乡路网各拓扑统计指标间形成良好的空间关联性,存在一定的空间集聚性,并且随着时间的推移这种空间集聚态势呈现波动式变化;局域上,空间集聚模式总体上维持良好的稳定机制,基本呈现核心圈的高值指向性和外围圈的低值指向性特征,武汉市基本成为拓扑变量的高值集聚中心;同时这种空间集聚模式也表现出空间结构的动态性变化,各种关联类型集聚形态出现"渐变"—"突变"的交替演化。

城市路网的复杂网络特性及可靠性仿真分析

首先通过在路网中引进网络平均距离、节点度分布以及簇系数等概念,重点研究了城市路网映射后的复杂网络特征,以合肥市路网为例进行了实证研究。在此基础上,尝试运用复杂网络理论探讨城市路网可靠性,并以合肥市路网为例,进行了路网选择性攻击和随机失效条件下的可靠性仿真分析,其结果表明路网展现出完全不同的鲁棒性。将复杂网络理论应用到城市路网分析,进一步拓展了城市交通网络基础理论的研究思路和研究范围。

武汉城市圈城乡道路网结构演化及复杂性研究

复杂性是一个系统的自组织水平的度量，当系统被迫远离热平衡状态并通过自组织进入有序状态的时候，复杂性结构常常涌现。作为典型、开放和复杂的巨系统，交通网络复杂性研究受到了各研究领域的强烈关注。以1989～2010年武汉城市圈城乡道路网空间数据库为基础，运用复杂网络理论，多度量系统揭示了城乡道路网拓扑结构演化及复杂性“涌现”过程：城乡道路网是一典型的二维平面图，缺乏“超平面性”，整体呈类随机网络性质；城乡道路网是一介于随机网络和规则网络间的复杂网络，道路网整体表现出随机性和有序性的交互耦合；城乡道路网系统的复杂性演化是自组织和他组织机制共同作用的结果，是局部随机性干扰和规则性调控在作用强度上相互交互、此消彼涨演替的过程。

复杂城乡道路网异质性的空间演化分析——以武汉城市圈为例

基于1989—2011年武汉城市圈城乡道路网拓扑空间数据库,引入复杂网络统计特征量对武汉城市圈城乡道路网系统结构的空间异质性及其演化规律进行实证研究。武汉城市圈城乡道路网各拓扑指标值差异日益缩小,节点关联作用存在明显的空间异质化:节点度值空间分布较均匀,呈现点状特征和弱集聚性,表现出一定的"中心—边缘"和"等级圈层"的复合结构;节点紧密度值差异日益缩小,空间渐趋均衡化和离散化,也呈现典型的等级圈层格局;节点介数分布向心极化明显,但存在一定离心化趋势,呈侧"N"形伸展;节点平均路径长遵循距离衰减律,具有明显的时间惯性,与圈域城镇体系空间"靶形分布"一致;网络的集聚性空间差异显著,高簇系数节点空间弱集聚成半月形展布,低簇系数节点分布则较为离散,整个网络在空间上社团性比较明显,社团的等级规模差异较大。

基于Katz自动编码器的城市路网链路预测模型

城市交通道路网络(以下简称"路网")是一种特殊的复杂网络,对路网进行链路预测在城市规划与城市结构演化方面有着重要的应用价值。针对路网的高度稀疏性、高度非线性特点,提出了一种基于Katz相似度自动编码器(Katz Auto Encoder Network Embedding,KAENE)的路网链路预测模型,它是一种基于自动编码器的深度学习网络嵌入模型,使用Katz相似度矩阵保存路网的结构特征,利用多层非线性自动编码器对路网进行网络表征学习,在模型训练阶段通过局部线性嵌入损失函数保存路网的局部特征,在此基础上引入L2范数来提高模型的泛化能力,最后结合路网的方向性特征提高路网的链路预测精确度。通过实验对比了KAENE模型与其他链路预测模型在国内外的不同城市路网数据上的表现以及不同嵌入维度对KAENE模型预测精度的影响,最后通过可视化了解了模型的网络表征学习过程。实验结果表明,KAENE在国内外6个具有代表性的路网数据集的链路预测任务中取得了良好的表现。

城市路网模块结构探测及Hub路段诊断算法

为了剖析城市路网拓扑结构的复杂性,识别路网中的关键路段,根据模块结构理论,分析了城市路网的聚类特性,提出了一种适用于城市路网模块结构划分和Hub路段诊断的算法——GN-T算法.该算法通过逐条移除介值最大的路段实现模块结构的划分,从而诊断出路网中的Hub路段.为确定模块结构的最佳划分,提出了一个改进的模块度函数.以武昌区路网为例对该算法进行验证,结果显示:武昌区路网模块度的最大值为0.41,表明该路网具有明显的模块结构特性;利用该算法诊断出的Hub路段与实际情况相符,证明了该算法的有效性和实用性.

城市道路网拓扑结构的复杂网络特性研究

以城市道路网中的连续道路中心线作为网络拓扑结构的基本分析单元,作者采用对偶法对我国12个不同规模和形态的城市道路网的拓扑结构进行了抽象,在此基础上分析了我国城市道路网拓扑结构具有的普遍复杂网络特性。研究指出,我国城市道路网的拓扑结构一方面具有较小的特征路径长度和较大的聚类系数,是典型的小世界网络;另一方面其度分布函数为幂律形式,又具有典型的无标度特性。

城市道路网络修复策略研究

为找出城市道路网络遭受自然灾害和人为破坏后的有效修复策略,建立级联失效效应影响下的网络修复策略双层优化模型。模型以网络整体效率为优化目标,考虑在随机和目的攻击下的交通网络级联失效效应对交通状况的影响,采用优化迭代算法求解。最后通过算例分析,检验该模型的实际应用效果,并且与复杂网络一般修复策略进行比较。计算结果表明,通过模型得出的修复策略比其他策略修复效果更好;在交通网络修复研究中考虑级联失效影响是必要的。

危险品事故背景下城市交通网络级联失效抗毁性研究

为了研究危险品事故背景下城市交通网络的抗毁性,首先基于复杂网络理论构建城市交通复杂网络;其次,通过对危险品事故发生后城市交通网络级联失效现象的分析,构建抗毁性测度,建立网络级联失效模型;最后,通过仿真对城市交通网络的抗毁性进行评价,验证模型的适用性。结果表明:节点的毗邻方式不同,随着节点容量系数变化,网络抗毁性的变化趋势呈现很大差异,并且,城市交通网络抗毁性具有与节点容量系数相关的跃变特性。

基于有向含权复杂网络的城市交通路网关键路段识别

针对目前基于复杂网络识别城市交通路网关键路段缺乏考虑现实影响因素和路段方向性问题,提出了一种基于有向含权复杂网络的关键路段识别方法。第一阶段利用复杂网络理论将城市交通路网构建成有向含权复杂网络模型;第二阶段利用LinkRank算法对复杂网络中边进行重要度排序,以此识别关键边,即城市交通路网关键路段;第三阶段利用变异的易感-感染(susceptible-infective,SI)模型对关键路段进行影响评估。通过对浙江省海宁市城区的城市交通路网分析,验证了本方法的实用性和有效性。

基于复杂网络的西部地区公路网可靠性研究

在复杂网络理论的基础上对西部地区公路网的脆弱性进行了分析,进而得出现有公路网的可靠性。为提升西部地区公路网结构的可靠性,采用原始法构建西部地区公路网的拓扑结构图,运用点度与度分布、平均路径长度、网络效率等统计特性指标,对所构建的拓扑结构进行定量分析;找出可靠性较低的城市进行点度的增加,研究增加后的西部地区公路网数据,并与相对应地区的"十三五"规划进行可靠性对比分析;指出脆弱性较高、节点度较低的格尔木、武威、天水、嘉峪关、白银市应进行多边化规划建设,从而对西部地区新型城镇化的发展起到良好的引导作用。

主城区公路网的复杂网络特征分析

将复杂网络理论应用到主城区公路网分析上,拓展了城市交通网络基础理论的研究思路和研究范围.首先介绍主城区公路网的重要作用和特点,接着阐述复杂网络的基础理论,在此基础上,重点研究了主城区公路网映射后的复杂网络特征,并以重庆市主城区公路网为例分析,将其与其他城市主城区公路网做了比较.

信息量最大化定权的城市道路重要性评价

针对城市道路重要性多指标综合评价中的指标权重确定问题,以标准差法为基础,建立了顾及评价指标间相关性的信息量最大化权重计算模型.并以武汉市路网数据为基础,以道路stroke为路网的基本结构单元,基于对偶拓扑图的几何拓扑结构表达形式,进行了实验研究与分析.结果表明:基于信息量最大化定权的道路重要性评价结果与路网的一般结构构成规律完全吻合,也很好地避免了基于单指标评价结果的片面性和相互冲突性;而且,基于信息量最大化确定的权重能随着路网结构的变化而变化,具有很好的适应性.