基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)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(diǎn)和邊組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。全球化經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)的發(fā)展使得各種網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在不斷迅速擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度在不斷增強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個節(jié)點(diǎn)相互作用日益復(fù)雜，對復(fù)雜的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究，已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)和國際研究前沿領(lǐng)域。交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)作為典型的復(fù)雜巨系統(tǒng)，是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。從理論上全面系統(tǒng)深入地研究交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的內(nèi)在運(yùn)行規(guī)律和機(jī)制，充分掌握交通網(wǎng)絡(luò)在微觀和宏觀不同層面上的復(fù)雜性，提高交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計和管理

2、水平，已經(jīng)成為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重大需求。
　　 本文基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，綜合管理科學(xué)、計算機(jī)仿真、交通流分配模型等學(xué)科技術(shù)對交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性進(jìn)行研究，旨在分析大規(guī)模交通網(wǎng)絡(luò)具有的普遍拓?fù)涮匦?，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(luò)復(fù)雜運(yùn)行規(guī)律和機(jī)理，為未來交通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和管理提供新的視角和決策依據(jù)。
　　 全文遵循認(rèn)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(luò)的特性，由淺入深地對

3、復(fù)雜交通網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫再|(zhì)、內(nèi)在機(jī)理進(jìn)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(luò)：航空、道路、航海網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實證研究，發(fā)現(xiàn)這些交通網(wǎng)絡(luò)雖然類型、功能、規(guī)模大相徑庭，卻擁有相同的無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的特征。接著通過演化模型研究這些拓?fù)浣y(tǒng)計特征形成的內(nèi)在原因，發(fā)現(xiàn)和交通網(wǎng)絡(luò)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(luò)底層的拓?fù)涮匦詫煌ňW(wǎng)絡(luò)上出行者行為的影響，提出了評價交通網(wǎng)絡(luò)的效率指標(biāo)。最后，對交通網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)者--提供交通服務(wù)的公司

4、組成的交通服務(wù)供應(yīng)鏈進(jìn)行了研究，闡述了未來交通服務(wù)供應(yīng)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(luò)、城市道路網(wǎng)絡(luò)、航海網(wǎng)絡(luò)這三種交通網(wǎng)絡(luò)盡管類型、功能、規(guī)模都各不相同，但卻具有相似的復(fù)雜統(tǒng)計拓?fù)湫再|(zhì)。它們的點(diǎn)度分布都服從冪律分布，具有小世界網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。而且都存在一些關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，破壞這些節(jié)點(diǎn)很容易破壞整個網(wǎng)絡(luò)的連通性。這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性，尤其是航空網(wǎng)絡(luò)和航海網(wǎng)絡(luò)的“富者俱樂部”現(xiàn)象，和

5、交通業(yè)普遍采用的軸輻射運(yùn)營結(jié)構(gòu)有很直接的關(guān)系。
　　 二、研究交通網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)形成演變過程，提出了兩種加權(quán)交通網(wǎng)絡(luò)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(luò)演化模型，根據(jù)航空網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)演化模型，進(jìn)一步根據(jù)乘客選擇行為背后的經(jīng)濟(jì)原因：規(guī)模經(jīng)濟(jì)和擁擠效應(yīng)，提煉出網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(dá)的選擇以及背后的深層經(jīng)濟(jì)成本的原因使得交通網(wǎng)絡(luò)動態(tài)演變成具有特定拓?fù)涮匦缘木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　 三、研究交通網(wǎng)絡(luò)的效率評價問題，提出了交通網(wǎng)絡(luò)整體效率評價模型和節(jié)點(diǎn)效率評價指標(biāo)。中國航空網(wǎng)絡(luò)和長江三角洲機(jī)場群的實證研究說明，該指標(biāo)和其他文獻(xiàn)已有的評價指標(biāo)相比，更能反映交通網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)實際地位。航空網(wǎng)絡(luò)效率評價，對評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)控制變量促進(jìn)整體網(wǎng)絡(luò)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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征對其上的出行者均衡狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)效率的影響?；诮?jīng)典交通流用戶均衡模型，通過對不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)仿真計算，發(fā)現(xiàn)平均最短路長度和極化度指標(biāo)可以在一定程度上直觀反映交通網(wǎng)絡(luò)性能，并將其應(yīng)用于著名的Braess悖論。
　　 五、對交通服務(wù)商構(gòu)成的交通服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初步探索，對可能的應(yīng)用方向和前景進(jìn)行了闡述。尤其對于競爭合作的復(fù)雜適應(yīng)性，采用基于主體的建模方法