城市鐵路客運站外部集散網(wǎng)絡(luò)的脆性理論研究.pdf

1、交通擁堵已經(jīng)成為世界各大城市的通病，究其根本原因，除交通能力供給與需求的矛盾之外，交通干擾因素的不確定性和波動性是重要原因之一。如何針對干擾的不確定性對交通網(wǎng)絡(luò)的特性及動態(tài)演化機理進行分析，從而提出解決擁堵的科學(xué)措施與對策，是城市交通領(lǐng)域研究面對的一個重大課題。城市對外交通鐵路客運站是產(chǎn)生城市交通擁堵的一個重要干擾源，隨著我國城市化進程的加快和高速鐵路的快速發(fā)展，大型客運站的規(guī)模的擴大和功能的不斷加強，對城市交通擁堵產(chǎn)生的影響越來越大，

2、如何站在提高城市交通系統(tǒng)整體能力的高度，針對大型鐵路客運站對城市交通網(wǎng)絡(luò)的干擾作用，分析研究大型鐵路客運站集散網(wǎng)絡(luò)動態(tài)演化機理特性、理論模型與方法，為解決交通擁堵、優(yōu)化運營組織和應(yīng)急管理決策提供科學(xué)依據(jù)，是當(dāng)前面臨的一個重要研究問題。
　　大型鐵路客運站是集各種運輸方式于一體的城市交通樞紐，因此大型鐵路客運站集散網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜系統(tǒng)。目前，關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的脆性理論研究，仍是一個理論研究的前沿課題，我國大型鐵路客運站集散網(wǎng)絡(luò)在干擾作用下

3、的動態(tài)演化機理還缺乏系統(tǒng)研究。本文對大型鐵路客運站外部集散網(wǎng)絡(luò)的脆性理論進行了選題研究。
　　本文主要從復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論出發(fā)，研究城市鐵路客運站外部集散網(wǎng)絡(luò)的崩潰路徑以及脆性產(chǎn)生機理和演化規(guī)律，本文的研究工作主要有以下幾個方面:
　　(1)根據(jù)鐵路客運站實際的運營組織管理模式，首先分析了鐵路客運站空間布局特征，對集散系統(tǒng)進行定義并定義其邊界，其次闡述了集散網(wǎng)絡(luò)的道路網(wǎng)特征和交通流特征，并深刻分析了集散路網(wǎng)交通與一般城市交通的

4、區(qū)別和聯(lián)系，最后，分析了集散網(wǎng)絡(luò)脆性激發(fā)的內(nèi)部和外部干擾因素，為集散網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和脆性研究奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)結(jié)合復(fù)雜系統(tǒng)適應(yīng)性理論，建立適應(yīng)性Agent圖的城市鐵路客運站外部集散網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對其崩潰路徑進行定義，建立集散網(wǎng)絡(luò)的最大/最小崩潰路徑模型，然后根據(jù)其模型的特殊性，把其轉(zhuǎn)化為最短路問題，并用拉格朗日松弛(Lagrangian Relaxation)算法進行求解，最后以北京南站外部集散網(wǎng)絡(luò)為例驗證算法的實用性和有效性。

5、
　　(3)基于復(fù)雜系統(tǒng)適應(yīng)性系統(tǒng)相關(guān)理論，針對集散網(wǎng)絡(luò)的脆性特征，運用脆性熵對其無序度進行描述，考慮到集散網(wǎng)絡(luò)的崩潰是由各節(jié)點(Agent)之間的交互作用產(chǎn)生，應(yīng)用復(fù)雜適應(yīng)性理論對其進行建模，并運用適應(yīng)性Agent圖對其演化過程進行仿真模擬，并對各節(jié)點演化的執(zhí)行器準(zhǔn)則進行分析，以北京南站外部集散網(wǎng)絡(luò)進行算例分析，得出不同IF/THEN準(zhǔn)則下客運站節(jié)點狀態(tài)的變化規(guī)律和整個集散網(wǎng)絡(luò)熵流的變化規(guī)律;然后針對非節(jié)假日和節(jié)假日客運站的客流

6、時間分布規(guī)律進行分析，并運用集散網(wǎng)絡(luò)的脆性特征進行仿真模擬，得出集散網(wǎng)絡(luò)脆性的時間分布特征;按照鐵路客運站與城市空間布局的相對關(guān)系，針對城市中心型、城市邊緣型和機場地區(qū)型三種類型的鐵路客運站的集散網(wǎng)絡(luò)脆性特征進行仿真模擬，得出不同空間布局類型的鐵路客運站外部集散網(wǎng)絡(luò)的脆性時空分布規(guī)律，為客運站的運營管理提供理論依據(jù)。
　　(4)基于自組織臨界性理論對集散網(wǎng)絡(luò)脆性的冪律特性及分形、分維特性進行研究。對自組織臨界性理論進行闡述，研究脆

7、性與自組織臨界性的關(guān)系，以北京南站為例，基于改進的元胞傳輸模型和自組織臨界性的沙堆模型對北京南站外部集散網(wǎng)絡(luò)的脆性崩潰規(guī)模與崩潰頻率的冪律特性以及分形、分維特性進行研究。
　　(5)建立客運站脆性評價指標(biāo)體系，運用改進突變級數(shù)評價法，對鐵路客運站脆性狀態(tài)進行評價，得出鐵路客運站脆性同一、對立和波動的評價值，根據(jù)集對理論得出集散網(wǎng)絡(luò)趨向于崩潰的勢值，從而判斷各方案下客運站所處的脆性等級，并對北京南站的現(xiàn)狀及其2020年北京南站低、中