地铁线网性能分析及最小化韧性损失恢复策略

为更好地分析地铁线网性能,优化其在扰动状态下的恢复策略,采用基于复杂网络的地铁线网性能分析方法,并提出最小化韧性损失恢复策略.鉴于地铁线网复杂网络特征,采用Space L拓扑方法处理地铁线网,并运用复杂网络理论计算线网内各站点的基本参数,包括线网的度、平均路径和线网效率等.其次根据韧性理论以线网效率作为性能指标求解各站点韧性损失,采用遗传算法求解站点恢复序列.最后,以福州市为例,分析其地铁线网的复杂网络特征并进行扰动仿真,比较在多站点失效情况下的最小化韧性损失恢复策略与随机恢复策略的恢复效果.研究结果表明:在多个地铁站点受到扰动失效,采用最小化韧性损失恢复策略能够令地铁线网性能在恢复期间仍处于较优水平,恢复效果明显优于具有不确定性的随机恢复策略.

考虑出行阻抗的城市群综合客运网络可达性

为阐明城市群综合客运交通网络的多层空间结构并丰富网络的功能属性,以耦合这一全新视角提出考虑城市交通换乘的城市群综合客运网络模型,并从出行费用与出行时间出发分析节点与网络的可达性。首先,基于复杂网络理论Space-P建模方法,将城市群中的客运站点抽象为网络中的节点并进行编号,以票价与出行时间标定边权,分别构建公路客运子网、铁路客运子网。其次,划设城市群中的各城市中心城区为独立的交通小区,将有城市公共交通、步行等换乘方式连接的节点间添加耦合边,构建耦合子网。再次,将两类客运子网通过耦合子网组合叠加为综合网络,改进传统网络效率指标,构建加权的阻抗效率指标评估节点与网络的阻抗可达性。最后,以成渝城市群为实例研究,构建成渝城市群综合客运网络并分析公路、铁路、综合网络的阻抗可达性。结果表明:多个节点的耦合使得这些节点的阻抗可达性较好,因此在研究城市群综合客运交通网络时,城市交通换乘是不可忽略的因素;综合网络的阻抗可达性相较于公路子网、铁路子网分别提升了83.4%,28.5%,公路与铁路客运子网的耦合提高了城市群客运交通网络的阻抗可达性;推进站点间、多种运输方式间的耦合协调,继而构建更加便捷顺畅的城市群综合客运交通网络,是降低旅客的出行成本的重要途径。

基于Kolmogorov熵权的城市轨道交通网络节点重要度识别算法

近年来,我国城市轨道交通系统中延误、破坏事件及运营故障等事故频发,事故站点大多客流量大且交通繁忙,因此识别城市轨道交通网络中的重要节点对于保证网络的正常运营具有重要意义。为更真实地反映现实世界城市轨道交通网络的实际情况,本文首先基于复杂网络理论构建城市轨道交通网络模型;其次在网络拓扑指标的基础上,考虑车站自身属性及其周边区域环境对节点重要度的影响,构建城市轨道交通网络指标评价体系;然后基于混沌时间序列与混沌系统指标序列的共性,采用Kolmogorov熵权法计算指标权重,结合城市轨道交通网络指标数据得到城市轨道交通网络节点重要度排序;最后,通过成都地铁网络的实例研究结果表明:排序前10的关键车站均位于城市中心城区且皆为换乘站点。与信息熵权法结果进行对比发现,本文方法有8个共同的关键站点,且排序结果分布更集中、极端值更少、得分差距更小。研究成果有助于更好地理解城市轨道交通网络的结构特征,为预防事故、优化运营提供了重要理论依据。

城市轨道交通运营突发事件风险动态演化模型

为了分析城市轨道交通运营突发事件的动态演化特征,探究影响城市轨道交通正常运营的风险致因,研究了城市轨道交通运营突发事件风险动态演化模型。采用bow-tie模型将运营突发事件的风险致因、预估时间裕度和事件严重程度有机组合,构建了风险动态模态,能够反映不同时刻城市轨道交通系统运营的风险状态。基于复杂网络模型,引入连边权重和结构洞理论改进节点的度分布,提出风险动态演化模型,表征风险动态模态及其演化过程。依托北京市轨道交通运营突发事件数据,探究运营突发事件的演化规律和重要风险致因。结果表明:北京市城市轨道交通运营突发事件网络的风险动态演化模型属于无标度网络,19.90%的风险动态模态承担了整个系统77.76%的动态演化过程;风险动态演化模型具有鲁棒且脆弱性,“较严重”“严重”模态对应的风险致因分别为“列车兑现率”“正点率”,这些风险致因给系统的动态演化造成了严重后果。因此,需要重点关注可能带来严重后果的风险致因,并根据系统的动态演化特征开展精准化的风险防控与韧性提升工作。

地铁-公交加权复合网络关键站点识别及鲁棒性研究

为识别地铁-公交复合网络中的关键站点,提高网络鲁棒性,本文综合考虑地铁与公交的运行特性及换乘特性,以出行时间作为边权,构建地铁-公交加权复合网络。针对加权复合网络,提出可达重要度、中心重要度和路径重要度这3类站点重要度评估指标,以及更贴合实际的鲁棒性评估模型,评估不同攻击模式和攻击策略下的网络性能。以南京市地铁-公交加权复合网络为例,分析其网络特性、关键站点及鲁棒性。研究结果表明:地铁网络在复合网络中起到快速通道的作用,能够从整体上极大地提升复合网络的运行效率,减小约13%最优路径的平均耗时,当关键地铁站点遭受攻击时,会造成复合网络绕行率的迅速提升和网络效率的快速下降;在复合网络遭受第1类攻击方式时,基于路径重要度的攻击策略对网络的绕行比例影响最大,基于可达重要度的攻击策略对网络的最大连通度影响最大;相较于第1类攻击,复合网络在第2类攻击下表现出更强的鲁棒性,基于可达重要度的攻击策略对网络性能影响最大。

考虑实际出行成本的城市群铁路客运站点与网络可达性研究

城市群铁路客运站点与网络的可达性与旅客城际出行的便捷顺畅息息相关。基于复杂网络Space-P建模方法,从城际旅客实际出行时间与出行费用出发,建立有向有权的城市群铁路客运城际网络;在城际网络基础上考虑站点间的城市公共交通换乘,标定站点间的换乘时间与换乘费用,建立耦合网络;采用平均最短旅行时间、平均最低出行费用、平均最低综合出行成本分别评估节点与网络的出行时间、出行费用、综合可达性;以成渝城市群铁路客运网络为实例进行研究。结果表明:耦合网络相较于城际网络,出行时间、出行费用、综合可达性分别提升5.45%,11.89%,8.23%,推动不同运输方式间的高效耦合衔接是降低旅客出行成本及提高出行便捷程度的重要途径。

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.

城市地铁-公交复合网络抗毁性与级联失效仿真

为研究城市公共交通复合网络的拓扑结构特性,在构建多方式、多层次拓扑网络的基础上,对以成都市为例的地铁-公交复合网络在袭击与拥堵下的有效性进行了分析.运用复杂网络理论,首先测度地铁-公交复合网络在不同袭击模式下的静态抗毁性,以评判复合网络中节点与连边的重要度;其后对突发性事故下地铁客流拥堵的传播扩散现象与级联失效过程进行仿真分析,通过对受阻客流在复合网络中传播性的分析,评判复合网络中地铁线路与沿线公交线路应急协调能力的匹配度.研究结果表明:在随机、蓄意两种袭击下,地铁-公交复合网络的最大连通度与网络效率的降幅与降速均低于地铁子网络与地面公交子网络,复合网络整体效能优于单一网络;基于有无容量限制下成都市8条地铁线路的拥堵失效仿真结果,能够评估其沿线既有公交线路的应急疏运能力,从而制定具有针对性的策略措施,以应对突发性事故下复合网络的过载情况.

城市轨道交通换乘节点与网络运行效率关系研究

换乘节点是城市轨道交通不同线路间转乘的必经场所,对城市轨道交通系统运行有重要影响.本文基于复杂网络理论,将平均路径长度、网络局部效率和网络全局效率作为网络运行效率的评价指标,研究了换乘节点比例、换乘节点衔接线路数及换乘节点分布与网络运行效率的变化关系.研究表明,网络平均路径长度随换乘节点比例、换乘节点衔接线路数增加呈幂函数降低;网络局部效率随换乘节点比例增加呈指数下降,网络全局效率随换乘节点比例增加呈对数增加且换乘效率越高,增长越明显;换乘节点衔接线路数的增加会降低网络局部效率,增加网络全局效率;换乘节点在各线路分布越均匀,网络全局效率越高.

城市公共交通复合系统抗毁性仿真研究

运用复杂网络理论,对以成都市为例的城市公共交通复合系统网络以及两子系统网络进行了相关拓扑特性与抗毁性分析。分析结果显示,以成都市为例的地铁-公交复合网络及其子网络均为具有无标度特性的小世界网络,在L、P两种空间中均表现出随机袭击下的鲁棒性与蓄意袭击下的脆弱性,且节点的抗毁性低于边的抗毁性;同时在相同袭击条件下,复合网络的抗毁性均优于地铁子网络与地面公交子网络。

地铁对城市公交网可达性的改善研究

随着城市规模的不断扩大,地铁的出现在一定程度上缓解了城市交通拥堵问题.国内多个城市都已经开通或新规划了多条地铁线路.如何评价地铁对于城市公交网可达性的改善作用,从而为地铁站点规划和线路分布的决策提供理论支持,是迫切需要关注的问题.本文采用复杂网络分析法,把公交站点作为节点,站点间的连线作为边,建立了包含地铁线的南京市公交网的拓扑模型.以站点间的最少站点数和最少转车次数作为衡量交通可达性的指标,分析了Space L和Space P模型中地铁对于城市公交网可达性的影响.结果表明,地铁的开通提高了城市公交网的整体可达性.南京地铁沿线站点到其他站点的可达性、地铁沿线站点到商业中心的可达性的提高更为明显.

基于FCM聚类的复杂交通网络节点重要性评估

网络关键节点的评估与选择对于区域交通信号控制系统的实施具有重要意义,国内外广泛应用的SCOOT/SCATS等区域交通控制系统关键交叉口的选取往往以交通流量大小、节点间距等为参考,较大程度上依赖经验.本文以节点连接度、节点介数和交叉口高峰小时交通流量为评价指标,应用FCM模糊聚类方法给出交叉口的重要性分类方法,实现城市复杂交通网络的关键节点选择,并以北京市长安街沿线周围交叉口为例进行了实证研究.研究表明:当聚类数取3、4和5时长椿街路口、府右街南口和和平门路口均呈现出极高的聚集性,且聚类中心体现的交通特性与实际工程中的关键交叉口基本相同.本文方法可为区域交通控制系统的关键节点选择提供理论基础.

330个中国城市P空间下公交复杂网络实证研究

目前针对中国城市公交复杂网络的实证研究仍然仅限于数个大城市,而对不同规模城市的公交网络在拓扑结构上是否存在不依赖于人口、社会、经济等外部因素的共性特征,以及城市公交系统演化机制的研究尚不多见.本文实证研究了330个中国城市P空间下公交复杂网络结构特征,发现度分布普遍呈指数分布,表示公交网络演化机制为随机连接而非择优连接;普遍具有较大的簇系数和较小的平均最短路径,呈现典型的小世界特征;网络同配性在N=1 000处发生相变,N>1 000的网络普遍正相关,反之负相关.C<K>与K呈幂律下降关系,表明各城市公交网络具有等级模块性.本文研究结果可为理解城市公交系统演化规律、交通网络建模研究提供指导和参考.

河谷型城市公交网络脆弱性研究——以兰州市为例

应用复杂网络理论,以兰州市为例研究河谷型城市公交网络的脆弱性.首先,根据L空间模型构建城市公交站点网络,分析该网络静态拓扑特性.然后,基于随意攻击和蓄意攻击两种攻击模式,建立城市公交网络脆弱性测度指标,并对两种攻击模式下公交网络的脆弱性进行分析.研究结果表明,由于兰州市特殊的河谷型地形特征,在蓄意攻击下的脆弱性远远强于其在随意攻击下的脆弱性.最后,结合公交网络脆弱性特征研究公交网络核心站点选取策略.结果表明,基于度的核心站点选择更适合兰州市公交网络,这为兰州市交通规划和交通网络优化决策提供理论依据.

北京公交线路客流加权复杂网络特性分析

城市公交网络是一个典型的动态有权、混合型的复杂网络,要理解其本质和演化机制,不仅需研究静态拓扑结构,还应探讨考虑了流量信息后的网络所表现出来的结构特征.本文构造了考虑公交客流量因素的公交线路加权复杂网络模型,结合北京市实际客流数据,对其网络复杂特性进行研究.统计分析表明,北京地面公交线路加权网络节点度和强度分布均服从幂律分布,并具有小的聚类系数和小的平均最短距离,加权网络是典型的无标度网络,具有负相关性的技术网络特性.研究结果可为设计和优化城市公交线网提供借鉴和参考.

复杂网络理论与城市交通系统复杂性问题的相关研究

首先综述了当今关于小世界网络、无标度网络以及复杂加权网络的最新研究成果,并从城市交通系统的角度出发,指出了综合利用复杂网络理论、动力系统理论、现代控制理论及交通科学和工程等多学科的理论与方法,在探索城市交通网络的时空复杂性及其演化机理,揭示交通流的演化过程,缓解和预防交通拥堵,指导交通实践等方面,都具有重大的科学理论意义与实际应用价值,是值得深入研究与探讨的大问题.并进一步指出了一些今后关于城市交通网络复杂性问题的研究主题.

一类新的双层耦合公交网络模型

为了研究城市公共交通网络的动态特征,本文在现有公交网络模型的基础上,运用space P方法和space R方法分别建立了公交换乘网络和公交线路网络.然后将这两个网络作为子网络,并通过换乘网络中停靠站点和线路网络中的公交线路之间的联系构建了一类新的双层耦合公交网络模型.该模型能够很好地反映出行乘客与公交运营车辆之间的联系.基于耦合网络的同步理论,以非线性Lorenz系统为网络的节点,研究了双层耦合公交网络的同步问题.最后,采用Matlab仿真技术分析了公交运营中的人为调度、公交线路之间公共停靠站点的数目,以及站点之间的可达性对双层耦合公交网络平衡的影响.

基于复杂网络的Braess悖论现象

通过将复杂网络理论应用于城市交通中,分析当存在大量居民起讫点及路段时,城市交通中的Braess悖论现象。利用MATLAB建立一个双层城市交通网络,基于Braess悖论现象的成因,对城市交通网络进行交通配流;在此基础上,通过采用MATLAB对城市交通流进行仿真,研究当改变路段实际通行能力、新增居民起讫点或路段时,城市交通网络中的Braess悖论现象,确定造成该现象的路段,提供改善城市交通的方案。

基于GIS的城市交通网络复杂性定量描述

城市交通网络是城市空间形态的基本骨架,交通网络的定量研究是对城市空间形态可控参数研究的重要方面.在GIS平台上利用拓扑分析可确定交通网络的整体层次结构及复杂程度,并可进一步分析交通网络的基本形态;长度维数主要描述网络密度的变化情况;而分枝维数主要描述网络内部的复杂程度及其连通情况.利用扩展维数分析城市交通网络有利于了解交通网络的动态变化过程.

一种新的多重边复杂公交网络模型

在现有公交网络模型的基础上,建立了一种新的多重边公交线路网络模型.这种公交线路网络模型以公交线路为节点,公交线路间的若干个相同停靠站点为连边.同时根据网络拆分的思想,对具有相同站点的三条不同的公交线路,通过引入时滞,将四重边公交线路网络拆分为四个性质不同的子网络,进而以Chen系统为网络的节点,研究了四重边复杂公交网络的全局同步.改变公交车辆之间的控制强度和相同的站点个数,分析了公交车辆的人为调度和线路优化对公交线路网络平衡的影响.最后通过Matlab进行数值仿真,为城市公交网络的合理调度提供理论依据.