基于復雜網(wǎng)絡的交通網(wǎng)絡復雜性研究.pdf

1、很多現(xiàn)實生活中的系統(tǒng)都可以抽象為節(jié)點和邊組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)。全球化經(jīng)濟和信息技術(shù)的發(fā)展使得各種網(wǎng)絡規(guī)模在不斷迅速擴大，網(wǎng)絡復雜程度在不斷增強，網(wǎng)絡內(nèi)各個節(jié)點相互作用日益復雜，對復雜的大規(guī)模網(wǎng)絡系統(tǒng)的研究，已經(jīng)成為學術(shù)界關(guān)注的熱點和國際研究前沿領(lǐng)域。交通運輸網(wǎng)絡作為典型的復雜巨系統(tǒng)，是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎。從理論上全面系統(tǒng)深入地研究交通網(wǎng)絡系統(tǒng)的內(nèi)在運行規(guī)律和機制，充分掌握交通網(wǎng)絡在微觀和宏觀不同層面上的復雜性，提高交通網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計和管理

2、水平，已經(jīng)成為我國社會經(jīng)濟發(fā)展中的重大需求。
　　 本文基于復雜網(wǎng)絡理論，綜合管理科學、計算機仿真、交通流分配模型等學科技術(shù)對交通網(wǎng)絡復雜性進行研究，旨在分析大規(guī)模交通網(wǎng)絡具有的普遍拓撲特性，揭示微觀和宏觀層面之間的內(nèi)在聯(lián)系，探索交通網(wǎng)絡復雜運行規(guī)律和機理，為未來交通網(wǎng)絡的設計和管理提供新的視角和決策依據(jù)。
　　 全文遵循認識事物的一般研究思路，按照從實證研究到理論建模分析的先后次序，緊緊圍繞交通網(wǎng)絡的特性，由淺入深地對

3、復雜交通網(wǎng)絡的拓撲性質(zhì)、內(nèi)在機理進行深入系統(tǒng)的研究。論文首先針對現(xiàn)實中主要的三種類型交通網(wǎng)絡：航空、道路、航海網(wǎng)絡進行實證研究，發(fā)現(xiàn)這些交通網(wǎng)絡雖然類型、功能、規(guī)模大相徑庭，卻擁有相同的無標度網(wǎng)絡的特征。接著通過演化模型研究這些拓撲統(tǒng)計特征形成的內(nèi)在原因，發(fā)現(xiàn)和交通網(wǎng)絡上出行者基于成本的選擇有關(guān)。然后反向研究交通網(wǎng)絡底層的拓撲特性對交通網(wǎng)絡上出行者行為的影響，提出了評價交通網(wǎng)絡的效率指標。最后，對交通網(wǎng)絡中的服務者--提供交通服務的公司

4、組成的交通服務供應鏈進行了研究，闡述了未來交通服務供應鏈研究的前景和內(nèi)容。
　　 本文主要完成了如下幾項工作：
　　 一、實證證明航空網(wǎng)絡、城市道路網(wǎng)絡、航海網(wǎng)絡這三種交通網(wǎng)絡盡管類型、功能、規(guī)模都各不相同，但卻具有相似的復雜統(tǒng)計拓撲性質(zhì)。它們的點度分布都服從冪律分布，具有小世界網(wǎng)絡性質(zhì)。而且都存在一些關(guān)鍵的節(jié)點，破壞這些節(jié)點很容易破壞整個網(wǎng)絡的連通性。這樣的拓撲結(jié)構(gòu)特性，尤其是航空網(wǎng)絡和航海網(wǎng)絡的“富者俱樂部”現(xiàn)象，和

5、交通業(yè)普遍采用的軸輻射運營結(jié)構(gòu)有很直接的關(guān)系。
　　 二、研究交通網(wǎng)絡的動態(tài)形成演變過程，提出了兩種加權(quán)交通網(wǎng)絡演化模型。第一個由乘客的中轉(zhuǎn)行為驅(qū)動的加權(quán)網(wǎng)絡演化模型，根據(jù)航空網(wǎng)絡中常見的乘客選擇中轉(zhuǎn)路線的行為，提煉出了簡單的行為規(guī)則，模擬交通網(wǎng)絡動態(tài)演變過程。得到了理論解析解，仿真模擬結(jié)果和理論解非常符合。第二個基于成本驅(qū)動的加權(quán)網(wǎng)絡演化模型，進一步根據(jù)乘客選擇行為背后的經(jīng)濟原因：規(guī)模經(jīng)濟和擁擠效應，提煉出網(wǎng)絡演變規(guī)則，通過仿

6、真模擬得到了符合現(xiàn)實航空網(wǎng)絡截尾冪律分布。通過這兩個模型，說明乘客的中轉(zhuǎn)還是直達的選擇以及背后的深層經(jīng)濟成本的原因使得交通網(wǎng)絡動態(tài)演變成具有特定拓撲特性的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
　　 三、研究交通網(wǎng)絡的效率評價問題，提出了交通網(wǎng)絡整體效率評價模型和節(jié)點效率評價指標。中國航空網(wǎng)絡和長江三角洲機場群的實證研究說明，該指標和其他文獻已有的評價指標相比，更能反映交通網(wǎng)絡中的節(jié)點實際地位。航空網(wǎng)絡效率評價，對評價網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)控制變量促進整體網(wǎng)絡效率

7、的提高，能起到一定的輔助決策作用。
　　 四、研究交通網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)特征對其上的出行者均衡狀態(tài)和網(wǎng)絡效率的影響?；诮?jīng)典交通流用戶均衡模型，通過對不同拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡仿真計算，發(fā)現(xiàn)平均最短路長度和極化度指標可以在一定程度上直觀反映交通網(wǎng)絡性能，并將其應用于著名的Braess悖論。
　　 五、對交通服務商構(gòu)成的交通服務供應鏈網(wǎng)絡進行初步探索，對可能的應用方向和前景進行了闡述。尤其對于競爭合作的復雜適應性，采用基于主體的建模方法