城市軌道交通網(wǎng)絡發(fā)展演化的復雜性研究.pdf

1、大力發(fā)展城市軌道交通已經(jīng)成為解決日益嚴重的城市交通問題的主要手段之一，各地的軌道交通項目如雨后春筍紛紛立項建設。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡的持續(xù)建設，網(wǎng)絡規(guī)模的日益增大，網(wǎng)絡結構和線路運營也愈發(fā)復雜。傳統(tǒng)圖論已經(jīng)難以滿足對城市軌道交通的進一步抽象與分析，而近年來復雜網(wǎng)絡理論的應用，又為軌道交通網(wǎng)絡的理論研究帶來了新的思路。
　　本文以復雜網(wǎng)絡理論為基礎，研究城市軌道交通網(wǎng)絡的拓撲結構特征。通過構建基于L空間改進的S空間模型，分析不同主體

2、的軌道交通網(wǎng)絡整體拓撲特征以及單主體各個發(fā)展時期的拓撲特征，研究軌道交通網(wǎng)絡拓撲結構的發(fā)展演化規(guī)律。同時結合軌道交通乘客刷卡數(shù)據(jù)，分析網(wǎng)絡發(fā)展演化中的客流特征及分布規(guī)律。并對以關鍵節(jié)點為主的網(wǎng)絡承載有效性進行了相應分析。期望為軌道交通網(wǎng)絡的規(guī)劃、建設及運營及相關理論研究提供借鑒與參考。
　　論文按照靜態(tài)網(wǎng)絡——動態(tài)網(wǎng)絡——混合網(wǎng)絡的順序進行逐級研究。這三個階段的網(wǎng)絡分別對應了軌道交通網(wǎng)絡的規(guī)劃建設階段、獨立系統(tǒng)的運營管理階段，以及

3、與城市綜合交通系統(tǒng)的銜接階段。首先研究基礎網(wǎng)絡的拓撲結構，明晰網(wǎng)絡系統(tǒng)構成及演化機理。再加載動態(tài)運營的列車及動態(tài)客流，將靜態(tài)網(wǎng)絡升級為動態(tài)網(wǎng)絡，使模型更加貼合實際運行的軌道系統(tǒng)。最后通過關鍵節(jié)點及地面公交系統(tǒng)的銜接網(wǎng)絡的相關分析，研究如何使軌道交通子系統(tǒng)更好的融入城市交通系統(tǒng)。
　　為建立統(tǒng)一規(guī)范適用全文的分析平臺，論文建立了基于L空間改進的S空間模型，并結合S、P空間建立了拓撲分析模型。常見的軌道交通網(wǎng)絡結構分析多采用了p空間模

4、型和L空間模型進行分析。本研究分析了這兩種空間模型的優(yōu)缺點，通過改進L空間模型建立了S空間模型。能夠更好的反映軌道交通網(wǎng)絡中多條線路連續(xù)共站的情況，從而使度值的物理意義更加明確;路徑選擇上增加了換乘次數(shù)最小的約束條件，更好的模擬乘客的實際路徑選擇。與P空間模型相配合，可以補充P空間模型信息缺陷，搭建更適合研究的拓撲分析模型。
　　針對靜態(tài)網(wǎng)絡，研究中建立了基于聚類分析的拓撲結構發(fā)展演化模型，并建立了判別函數(shù)。選取了世界范圍內的56

5、個典型城市的軌道交通網(wǎng)絡，包括低至2條線路的小型網(wǎng)絡和高達21條線路的巨型網(wǎng)絡，基本涵蓋了目前城市軌道交通網(wǎng)絡的各種形式。將其抽象為56個樣本的拓撲分析模型，提取樣本的站點數(shù)、線路數(shù)、換乘站數(shù)、網(wǎng)絡直徑、平均路徑長度、平均聚類系數(shù)等指標，將所有軌道交通網(wǎng)絡聚類分為兩大形態(tài)三大類別，對應軌道交通網(wǎng)絡化進程的各個階段。并將各特征指標作為判別變量，建立了判別函數(shù)，可以對任一軌道交通網(wǎng)絡的演化規(guī)模及發(fā)展階段做出有效評估。
　　明確了靜態(tài)網(wǎng)

6、絡的發(fā)展演化特征后，本文建立了車流網(wǎng)分析模型，并建立了車流網(wǎng)時間費用函數(shù)以分析網(wǎng)絡的動態(tài)特性。將軌道交通拓撲網(wǎng)絡進一步抽象，加入時間維度，將運營中的軌道交通網(wǎng)絡抽象為由站點和列車組成的車流網(wǎng)模型。脫離靜態(tài)網(wǎng)絡的范疇，進行動態(tài)分析。結合軌道交通運營時刻表及乘客進出站刷卡數(shù)據(jù)，建立車流網(wǎng)時間費用函數(shù)，并標定參數(shù)。可以實現(xiàn)將乘客分配到每一列軌道列車的車到車的分配。為軌道交通網(wǎng)絡客流分配提供了新的思路與方法。
　　最后分析了軌道交通網(wǎng)絡化

7、進程中關鍵節(jié)點生長與退化的網(wǎng)絡有效性。針對同一城市軌道交通的歷史網(wǎng)絡及規(guī)劃網(wǎng)絡的關鍵節(jié)點，分析其生長過程中的重要性變化。通過關鍵節(jié)點逐條加載軌道交通網(wǎng)絡，分析其網(wǎng)絡效益。并在關鍵節(jié)點功能退化后的聯(lián)合網(wǎng)絡中分析網(wǎng)絡的承載有效性。也是對軌道交通網(wǎng)絡小世界特性的驗證。
　　綜上所述，通過研究軌道交通網(wǎng)絡發(fā)展演化的復雜性，可以為軌道交通的建設及運營提供理論依據(jù)，使其能夠在軌道交通規(guī)劃建設之初甚至之前，就能科學有效的把握其未來發(fā)展脈絡，并在