基于復雜網絡理論的網絡交通擁堵問題研究.pdf

1、隨著經濟的快速發(fā)展及城市化的不斷深入，城市道路網絡規(guī)模日益龐大、復雜，然而交通擁堵問題也越來越嚴重。很多城市試圖通過新建或擴寬道路、交通誘導等方式解決交通擁堵問題，但是效果不顯著。研究認為，路網的傳輸能力與路徑選擇過程直接相關。因此，設計高效、穩(wěn)定的動態(tài)路由選擇算法，對于提高路網整體吞吐量及緩解交通擁堵程度，具有重要的科學意義。
　　系統(tǒng)科學認為，結構決定功能。道路網絡的結構特征對交通流傳遞過程具有重要影響，故深入認知道路網絡的結

2、構并揭示交通流的內在運行機理對挖掘高效、可靠的交通誘導策略具有重要的理論和現實意義。為此，本文圍繞城市交通系統(tǒng)的結構和功能特征展開深入研究，結合復雜網絡和引力場理論分析城市交通網絡的引力分布情況，挖掘動態(tài)交通過程中道路之間的引力作用機理，進而建立道路的交通引力場模型及動態(tài)路由選擇策略。具體而言，本文的研究工作主要包括以下幾個方面:
　　1.利用復雜網絡理論研究城市道路網絡的對偶拓撲表達問題，深入剖析了基于道路-道路關系的路網對偶圖

3、的建模原理、優(yōu)勢及其動態(tài)交通過程分析中存在的問題。在此基礎上，提出基于弧段-弧段關系的路網對偶拓撲建模方法，詳細論述了該對偶拓撲模型的建模原理及其在動態(tài)交通過程分析方面的優(yōu)勢，認為基于弧段-弧段關系的對偶圖有助于更為真實地刻畫路網的動態(tài)交通傳遞過程及進一步挖掘道路網絡的結構和功能復雜性，進而提升動態(tài)交通模擬分析的準確性。
　　2.利用引力場理論分析網絡結構與功能之間的關系，著重討論了交通流的引力場模式問題及在經典最短路由策略下交通

4、網絡的引力分布情況，認為網絡交通流的傳遞時刻受到不同道路的引力作用。在最短路由策略下道路的擁塞分布及介中心分布均顯著地反映了道路在整個路網交通流傳遞過程中重要作用，即在一定程度上刻畫了道路對交通流的吸引力。
　　3.為進一步探究交通網絡引力分布問題，從道路重要性角度利用道路的連接度、介中心及接近度指標建立描述道路在整個路網結構及功能特征貢獻的重要性度量模型，進一步提出了一種基于道路重要度的交通網絡引力分析方法，并定義了具體的道路引

5、力計算模型。在此基礎上，討論了交通引力場的優(yōu)化問題，給出了具體的優(yōu)化思路。試驗表明，該方法有效地描述了道路在整個路網中的重要性及對交通流的引力作用強度。道路對交通流的引力是影響整個路網吞吐量及交通擁塞的關鍵因素，交通負載的非均勻分布可以認為是道路引力非均勻分布的結果。由此可知，交通引力場是誘發(fā)交通問題的潛在驅動力之一，合理地優(yōu)化交通引力場有助于提高網絡吞吐量及緩解交通擁塞程度。
　　4.結合復雜網絡理論和引力場理論深入分析了網絡動

6、態(tài)交通過程，兼顧節(jié)點自身及鄰居節(jié)點的傳輸能力及交通狀態(tài)，定義了節(jié)點對交通流的引力模型，提出了一種基于節(jié)點聚集能力的引力場動態(tài)路由算法。試驗表明，所定義的交通引力場模型較好地刻畫了節(jié)點對交通流的聚集作用，引力場路由選擇策略顯著地提高了網絡整體的傳輸能力，有效地均衡了網絡交通負載并緩解了網絡擁塞程度。
　　5.綜合節(jié)點的介中心值與傳輸能力、路徑長度等因素，定義了描述動態(tài)交通過程中交通流內在機理的交通引力場模型，建立了傳輸路徑對交通流的