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)化進程的不斷推進，區(qū)域內(nèi)的中心城市的規(guī)模開始快速擴張，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。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，城市交通系統(tǒng)中的道路資源因為城市中某些節(jié)點的擁堵而得不到充分的利用，而瓶頸路段卻長時間處于擁堵狀態(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)運行狀態(tài)進行微觀參數(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)運用于多個學科領(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

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)部的動力學特征等相關(guān)特性。而元胞自動機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)象及特征進行深入分析，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與元胞自動機對城市道路網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)失效過程和相變過程進行分析，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)計量，運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對城市道路網(wǎng)絡(luò)臨界自組織現(xiàn)象及特性進行分析，建立基于可調(diào)負載重分配的級聯(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網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)失效時間和規(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)計因素。通過適當調(diào)節(jié)負載重分配的范圍和均勻性，可以保證城市道路網(wǎng)絡(luò)的抗毀性處在一個較高的水平。適當?shù)奶嵘缆返膶挾?，可以避免網(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，運用matlab進行模擬仿真并分析其的臨界相變。計算

6、結(jié)果表明，路網(wǎng)運行的狀態(tài)和初始密度緊密相關(guān)，初始狀態(tài)密度小于某個特定值時，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，完全擁堵現(xiàn)象極易發(fā)生，同時完全堵塞的構(gòu)行將會出現(xiàn);
　　最后，建立更符合現(xiàn)實情況的隨機更新的城市道路網(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，當網(wǎng)絡(luò)尺寸繼續(xù)增大時，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）