基于耦合空间网络的城市交通网络机理及优化方法研究

We study large urban public transport networks containing subway. The network consists of surface road sub-network (carrier of social vehicles), surface bus sub-network and subway sub-network (rail transit). These sub-networks embedded in space are interdependent and typically coupling spatial networks. We study the temporal-spatial models of urban transport networks based on three coupled sub-networks. On the basis of the percolation theory, we study cascading failures of coupling spatial networks and further study the impact of traffic congestion on transport network, robustness of network and methods of predicting and releasing congestion. Under the condition that three sub-networks have different transit capacity respectively and there is no congestion in subway, we study the impact of coupling and coupling strength on system transit performance. We will propose new coupling based performance evaluating indicator and study corresponding optimization algorithm. We explore optimization methods in which reducing the average travel time and minimizing the imbalance of traffic flow distribution are considered at the same time. We explore optimal coupling way. We propose spatial nodes clustering based real-time optimal path searching algorithm involving different sub-networks for passengers. We will develop software of system analysis and optimization.The objective of this project is that we will propose effective system analytical and optimizing method which accord with coupling spatial networks for urban transport networks containing subway. Therefore, the study has theoretical and applied importance.

研究含地铁的大城市交通网络，该网络由地面道路子网（社会车辆载体）、地面公交巴士子网和地铁子网（轨道交通）构成，这些子网嵌入在所处的空间中，彼此之间存在相互影响，属于典型的耦合空间网络。研究基于三个子网耦合的城市交通网络时空模型；基于渗流理论研究耦合空间网络的级联失效问题并基于此研究道路拥堵对交通网络的影响和交通网络的鲁棒性，研究预测和缓解拥堵的方法；在三个子网输运能力不同和地铁子网的道路无拥堵的情况下，研究耦合作用和耦合强度对系统输运性能的影响；提出新的基于耦合的性能评价指标并研究性能优化算法，探索兼顾降低平均出行时间和最小化交通流量分布失衡的优化方法，探索最优耦合方式；提出基于空间节点聚类的乘客出行跨不同子网的实时最优路径搜索算法；开发系统分析和优化软件。本项目的目标是提出符合耦合空间网络特性的，有效实用的含地铁的城市交通网络的系统分析和优化方法，因此具有重要的理论意义和应用价值。

本项目提出基于耦合空间网络的城市公交网络的建模方法，研究了耦合子网对城市公交网络输运性能的影响；建立了网络参数、耦合参数和交通系统通行性能之间的定性和定量关系，提出优化耦合系统的设计方法；研究了竞争网络中合作策略，研究模块网络间不同合作策略对集群网络乃至整个网络的资源配置的影响；提出了低复杂度的通过添加连边来降低网络平均路径长度的方法；提出了基础-核心双层耦合网络模型，用以模拟含地铁的城市公交网络；提出一种无参数拉普拉斯中心性峰值聚类算法，不需要任何先验参数，便可以自动地对数据集分类或对网络进行社团划分；提出基于重叠社团划分的大规模道路网络双层路由算法，有效地降低算法的搜索空间和计算复杂度；提出基于局部社团属性的链路预测算法，获得了良好的链路预测效果；提出基于低采样率浮动车数据的全局投票地图匹配算法，能够充分利用已有信息，达到较好的地图匹配效果；提出基于GIS的最大最短路径长度的网络优化方法，可以优化实际公交网络，降低最大换乘次数和平均换乘次数，有助于优化公交网络拓扑结构和提高网络的运营效率；提出城市拥堵时段的多模式公交换乘方法，考虑了短距离公共自行车和地铁出行方式不受地面道路拥堵影响的特点，提出的多模式换乘方法可以自动地根据路面的拥堵情况调整换乘方案，使拥堵影响最小化；本项目提出符合耦合空间网络特性的城市公交网络的分析和优化方法，有助于提高优化公交网络的运行效率，具有重要的理论和实践意义。