巨型城市道路网自组织效率的时空演化与图景模拟——以上海和武汉市为例

The project builds the research framework of relationships(theoretical analysis) –mapping(network model)-inversion(empirical analysis). Based on Self-organization Theory, Complex Network Theory and Nonlinear Systems Theory, the project builds the evolution theoretical system of road network self-organization efficiency. Taking Shanghai and Wuhan which are two mega-cities in China for example, we build series of weighted complex network efficiency evolution models, such as allometric coefficient, coupled synergy, nonlinear system and network dynamics models. From four dimensions of temporal evolution, spatial allocation, evolutionary mechanism and situational simulation, we try to reveal the self-organizing evolution mechanism of road network efficiency. Firstly, the project will point out the laws of the road network efficiency comprehensively from the view of spatial-temporal coordination. Secondly, we endeavor to analyze the self-organized mechanism of the network work efficiency evolution through the factors associated and causal feedback from the perspective of associated supply-demand system. In the end, from the perspective of the synchronized and unbalanced supply and demand system, we construct SD,GIS-CA and CF models, in order to simulate the spatial self-organization picture based on natural growth, efficiency priority, demand leading, planning guidance and cascading failure to make innovations and breakthroughs on self-organized evolution of road network efficiency, and may give practical guidance on metropolitan intelligent transportation, road planning and controlling traffic congestion in our country.

建立关系（理论分析）－映射（模型构建）－反演（实证分析）研究框架。基于自组织、复杂网络和非线性系统理论，从内涵及特征、结构及测度、过程及机制、趋势及控制等方面架构道路网自组织效率演化理论体系（关系），以上海、武汉两巨型城市为例，从时序演化、空间配置、演化机制及图景模拟四个方面，构建异速生长、耦合协同、非线性系统、网络动力学等系列加权复杂网络效率演化模型（映射），揭示道路网效率的自组织演化机理（反演）：从供需时空协同视角多尺度全面刻画道路网效率的自组织演化规律；从供需系统关联视角，通过因子关联与因果反馈分析，全面剖析道路网效率的自组织演化机制；从供需系统协同及失衡视角，构建SD、GIS-CA和CF模型，模拟自然生长、效率优先、需求主导、规划引导及级联失效等多情景下的空间自组织图景。以实现运输网络效率自组织演化研究的创新和突破，为我国巨型城市智能交通、道路规划及拥堵破解提供实践指导。

本项目基于自组织、复杂网络和非线性系统理论，从内涵及特征、结构及测度、过程及机制、趋势及控制等方面架构道路网自组织效率演化理论体系（关系），构建巨型城市道路网自组织效率的空间复杂性研究范式。融入地计算思想和GIS技术，引入（或改进）复杂网络多中心评价模型、网络效率和空间差异测度算法，以巨型城市（上海和武汉）为研究区，以多种交通方式和不同尺度研究区域的多种组合，从时序演化、空间配置、演化机制及图景模拟四个方面，构建异速生长、耦合协同、非线性系统、网络动力学等系列加权复杂网络效率演化模型（映射），揭示道路网效率的自组织演化机理（反演）：（1）巨型城市道路网具有复杂网络结构特征，节点强度呈现地带分异和多中心分布特征，具有典型的空间异质性和等级层次性，并且发育出一定程度的社团结构。（2）巨型城市道路网自组织效率空间异质性特征显著，呈现典型的“核心——边缘”结构的空间分异形态和“大集聚、小分散”空间集聚性规律，与社会经济的相关性不断增强。（3）巨型城市道路网的环境效率具有时序上异速生长演化特征，空间上具有核心——外围结构和空间锁定效应，低碳约束下城市交通需要更加精准的技术方案。（4）从道路网需求、供给、供需失衡三个方面，从不同侧面多情景模拟道路网自组织效率演化的“自律性”，并从人口规模、经济水平和产业结构等多个因素探究城市交通网自组织效率演化的影响因素。