城市道路網(wǎng)絡(luò)臨界自組織現(xiàn)象及特征分析.pdf

1、隨著近年來城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，區(qū)域內(nèi)的中心城市的規(guī)模開始快速擴(kuò)張，不論是從城市面積還是人口密度的角度來看，中心城市已經(jīng)成為各自所在區(qū)域的主要集中點(diǎn)。區(qū)域中心城市從區(qū)域內(nèi)其他區(qū)域吸引而來的大量人口也造成了城市內(nèi)系統(tǒng)性的交通擁堵，日益嚴(yán)重的擁堵大大限制了城市居民出行范圍，造成了城市中的交通基礎(chǔ)設(shè)施投資的極大浪費(fèi)，城市交通系統(tǒng)中的道路資源因?yàn)槌鞘兄心承┕?jié)點(diǎn)的擁堵而得不到充分的利用，而瓶頸路段卻長時(shí)間處于擁堵狀態(tài)。為解決這一問題必須從交通流本

2、質(zhì)和城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)這一根源入手，將城市交通視為一個(gè)巨系統(tǒng)，如此才能從本源上緩解甚至解決這一問題。因此本文應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論從宏觀角度分析城市道路網(wǎng)絡(luò)臨界自組織現(xiàn)象及特性，而且應(yīng)用元胞自動機(jī)模型從微觀角度深入剖析城市道路網(wǎng)絡(luò)上交通流的相變特征，通過對城市交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行微觀參數(shù)的研究，可以為緩解城市交通擁堵提供新的思路。
　　復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論自提出以來，已經(jīng)運(yùn)用于多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于交通網(wǎng)絡(luò)中可以從宏觀層面上很好的理解整個(gè)

3、網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特性、擁堵的傳播特性、級聯(lián)失效特性、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的動力學(xué)特征等相關(guān)特性。而元胞自動機(jī)從微觀層面上能夠動態(tài)地刻畫出城市道路網(wǎng)絡(luò)上交通流的微觀物理現(xiàn)象以及內(nèi)部耦合機(jī)理，并且將其應(yīng)用的靈活多樣，可以根據(jù)不同的城市路網(wǎng)條件建立符合實(shí)際情況的交通流模型。
　　本文借鑒吸收國內(nèi)外已有研究，對城市道路網(wǎng)絡(luò)的臨界自組織現(xiàn)象及特征進(jìn)行深入分析，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與元胞自動機(jī)對城市道路網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)失效過程和相變過程進(jìn)行分析，主要的研究內(nèi)容如下:

4、r>　　首先，在對國內(nèi)外城市道路網(wǎng)絡(luò)臨界自組織現(xiàn)象和特征研究進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，闡述論文的研究背景、意義以及城市道路網(wǎng)絡(luò)的基本特征，探討了城市交通復(fù)雜性與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系，為城市交通復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)擁堵的產(chǎn)生、傳播、消散分析提供理論基礎(chǔ)，為縮短延誤時(shí)間，降低出行成本的研究提供思路和模型框架;
　　其次，介紹復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中可以描述網(wǎng)路結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)統(tǒng)計(jì)量，運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對城市道路網(wǎng)絡(luò)臨界自組織現(xiàn)象及特性進(jìn)行分析，建立基于可調(diào)負(fù)載重分配的級聯(lián)失

5、效模型，研究不同的容限系數(shù)、重分配范圍、重分配的均勻性對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)失效時(shí)間和規(guī)模的影響，得出影響城市道路網(wǎng)絡(luò)的抗毀性包括重分配的范圍、重分配的均勻性等管理控制因素和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、容限系數(shù)等設(shè)計(jì)因素。通過適當(dāng)調(diào)節(jié)負(fù)載重分配的范圍和均勻性，可以保證城市道路網(wǎng)絡(luò)的抗毀性處在一個(gè)較高的水平。適當(dāng)?shù)奶嵘缆返膶挾龋梢员苊饩W(wǎng)絡(luò)級聯(lián)失效現(xiàn)象的發(fā)生;
　　然后，建立NaSch和BML耦合模型，運(yùn)用matlab進(jìn)行模擬仿真并分析其的臨界相變。計(jì)算

6、結(jié)果表明，路網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)和初始密度緊密相關(guān)，初始狀態(tài)密度小于某個(gè)特定值時(shí)，路網(wǎng)保持自由流狀態(tài)，反之，若系統(tǒng)初始密度超出某條件時(shí)，完全擁堵現(xiàn)象極易發(fā)生，同時(shí)完全堵塞的構(gòu)行將會出現(xiàn);
　　最后，建立更符合現(xiàn)實(shí)情況的隨機(jī)更新的城市道路網(wǎng)絡(luò)模型，引入轉(zhuǎn)向概率，分析網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、轉(zhuǎn)向概率對各個(gè)方向上的流量影響。隨著系統(tǒng)尺寸增大，臨界密度降低，并且引起更急劇的躍遷，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)尺寸繼續(xù)增大時(shí)，臨界密度趨于穩(wěn)定。在網(wǎng)絡(luò)中的車輛通過增加從右（上）向上（右）