基于复杂网络理论的城市交通空间结构演化与道路选址方法研究

现代城市交通系统日益复杂，要求从科学层面上对整个系统进行合理有效的协调、控制和优化。虽然当前已提出了许多复杂网络模型来描述交通系统，但由于城市交通网络本身固有的某些特性，如交叉口道路数目限制等，使得这些模型都存在一定的缺陷，不能准确描述道路网络系统的演化规律。特别是对新建道路空间位置的确定及在交通系统演化中的作用,尚未给予足够关注。本项目从复杂网络理论出发，综合运用数学、统计物理、系统科学以及交通科学，采用解析分析和计算机模拟相结合的方法，考虑道路网络拓扑、空间分布、等级配置、拥堵瓶颈等交通要素，以及社会、经济、人口、安全、环境等影响因素，建立更加符合交通实际的网络演化模型，并依此确定新建道路在网络中的合理位置，了解道路空间位置对网络演化和土地利用的影响，研究城市交通系统空间结构的演化特性，从网络层面上预测未来交通系统空间结构的可能发展方向，为构建具有更高输运效率的交通网络提供理论支持。

现代城市交通系统日益复杂，要求从科学层面上对整个系统进行合理有效的协调、控制和优化。虽然当前已提出了许多复杂网络模型来描述交通系统，但由于城市交通网络本身固有的某些特性，如交叉口道路数目限制等，使得这些模型都存在一定的缺陷，不能准确描述道路网络系统的演化规律。特别是对新建道路空间位置的确定及在交通系统演化中的作用,尚未给予足够关注。本项目从复杂网络理论出发，综合运用数学、统计物理、系统科学以及交通科学，采用解析分析和计算机模拟相结合的方法，考虑道路网络拓扑、空间分布、等级配置、拥堵瓶颈等交通要素，以及社会、经济、人口、安全、环境等影响因素，建立更加符合交通实际的网络演化模型，并依此确定新建道路在网络中的合理位置，了解道路空间位置对网络演化和土地利用的影响，研究城市交通系统空间结构的演化特性，从网络层面上预测未来交通系统空间结构的可能发展方向，为构建具有更高输运效率的交通网络提供理论支持。基于此，本项目通过引入不同的演化机制，再现了实际输运网络中的多种统计特征。通过对局部事件作用的考虑，网络能够再现实际网络中小变量饱和现象；通过对网络节点合并机制的考虑，网络能够不依赖于偏好连接而再现多种幂律特征；通过对网络权重再分配等机制的考虑，网络能够再现加权簇系数大于网络簇系数以及加权平均相邻节点度大于平均相邻节点度等较为细致的统计特征；在研究不同去除策略对交通网络级联失效产生影响的基础上，通过构建基于复杂网络介数的能力分配模型，对获得更加高效的输运效率的道路选址模型进行了分析，研究结果对提高网络抵抗级联失效的鲁棒性有一定的理论意义。基于这些成果，整理出版专著《城市交通系统复杂性——复杂网络方法及其应用》。在随机条件下构建了通勤廊道停车换乘行为模型，引入了交通方式服务性的概念，探讨了包括背景车流、舒适程度、燃油价格、道路收费、停车收费以及地铁票价等方面对不同交通方式服务性的影响，研究结果发表在著名国际期刊《Transportation Research Part A: Policy and Practice》上面。此外，本项目还就空间结构对人类行为的影响进行了分析，讨论了人群分布非均质性对逃生过程的影响，人群结组效应与预测机制在对向交通流的影响，研究结果发表在国际期刊《Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical》等杂志上。