城市群交通运输网络时空结构演化与优化研究

在我国区域经济发展战略的指导下，城市群已成为城镇化的主体形态，在空间结构上表现出独具特色的多中心逐步融合趋势。作为城市群重要基础构件的交通运输网络，在满足社会经济发展需求上表现出多目标、多层次和分阶段动态匹配特征。本项目研究将在低碳与可持续发展的要求下，探究有效匹配城市群社会经济发展的综合交通运输网络最优化结构，为建好和用好城市群交通运输系统提供科学理论基础。主要研究内容包括：城市群交通运输需求的生成规律、城市群交通运输网络的结构演化特征、城市群交通运输网络结构优化的目标和方法。将以长株潭城市群为例展开实证分析，探求中国环境背景下的城市群交通运输网络演化基本规律和适合国情的城市群交通运输网络发展战略。

交通运输网络是城市群发展的重要基础，研究交通运输网络合理匹配城市群空间结构发展具有重要的理论价值和现实意义。课题组完成了预期研究内容和目标。取得主要研究成果如下：.1）城市群交通网络层次性实证分析.应用复杂网络理论，对国内外六大典型城市群的交通网络特性指标进行了比较分析。结果表明城市群交通网路具有小世界性而不具有无标度性。以长株潭城市群交通网络为背景，对各中心城市和整个城市群交通网络的特性、城镇道路网络特性、交通网络的层次结构与组团结构、城市群交通网络结构洞等进行了研究，证实了其交通网络和城镇道路网络是小世界网络不是无标度网络、交通网络层次结构和组团结构并存，以及交通网络不存在结构自治。特别地，结合n-聚集系数与n阶度关系定量地刻画交通网络层次特征，实证了交通网络具有显著的层次组织结构特征。.2）城市群交通网络演化特征及网络性能与层次性的演化关系.从多维因素、聚集与扩散、中心点引导三个方面分析了城市群交通网络演化动力，依据城镇形态变化、交通网络的吸引与排斥相互作用等机制，揭示了城市群交通网络演化的机理。结合道路用户外部性和交通产生模型，建立了交通系统最优模型。利用交通系统和区域空间结构之间的动态互馈作用关系，设计了交通网络演化规则，构建了交通网络演化模型与算法。结果表明，随着网络演化出现了层次现象并越来越清晰、交通网络总费用随之下降、交通网络熵呈现减小趋势。揭示了交通网络渐进地向有序演化，交通系统性能不断优化。该结论为最优交通网络规划提供了理论指导。.3）多层次多模式综合交通网络优化.结合交通网络层次特征和广义路径费用，构建了多层次多模式综合交通网络Logit-随机均衡的非线性规划模型和网络设计算法。数值试验表明：在考虑层次性的条件下设计的综合交通网络能更好地适应需求的增长，且层次结构网络对模式分离参数是不敏感的。.4）交通网络资源优化配置方法与应用.提出了确定交通网络层次数目和层次因子的方法；引入层次因子设计了交通网络结构优化算法。由该算法得到的交通网络总阻抗在层次因子的某一合理取值范围内小于Dial 算法所得的总阻抗，且交通网络的总阻抗随较高层次路段的层次提升而减小。结果表明，通过将网络层次状况控制在合理范围内能有效地调节和优化交通网络资源配置。结合交通网络资源优化配置方法，设计了实现整体优化及动态调整的交通网络层次规划方法的框架。