城市道路網(wǎng)絡(luò)演化特性與生長模型研究——以北京市為例.pdf

1、城市交通網(wǎng)絡(luò)是由分布在城市內(nèi)部的交通節(jié)點（如樞紐、場站等）和以及交通線路（如道路網(wǎng)路、公共交通線網(wǎng)等）構(gòu)成，城市道路網(wǎng)絡(luò)是城市交通網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，是城市交通活動的載體，城市的道路網(wǎng)絡(luò)千差萬別，但決定了城市的骨架和發(fā)展方向。2014年發(fā)布的《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃2014-2020》昭示著我國將進入城鎮(zhèn)化快速、高質(zhì)發(fā)展階段，城市的人口規(guī)模和空間規(guī)模將將進一步擴大，同時，面對國內(nèi)城市交通擁堵越來越普遍的現(xiàn)狀，如何構(gòu)建更為科學(xué)、效率更高的道路網(wǎng)絡(luò)，引

2、導(dǎo)城市空間合理布局和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，建成綠色、低碳城市，是城市交通領(lǐng)域理論研究與實際應(yīng)用的重大問題之一。
　　眾所周知，城市道路網(wǎng)絡(luò)是一個典型的、開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，因此，需要采用系統(tǒng)科學(xué)理論和多學(xué)科交叉方法對其進行研究。近年來興起的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為探索城市道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機理和演變規(guī)律研究提供了新視角、新方法。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論關(guān)于結(jié)構(gòu)特性和動力學(xué)特性的研究方法有助于從整體、宏觀的角度去認識和理解整個城市道路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特性和演化規(guī)律，為解決相關(guān)的城

3、市交通問題提供理論依據(jù)，為城市道路系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、管理以及優(yōu)化提供科學(xué)的指導(dǎo)意見。
　　鑒于此，本文以北京為例，綜合運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和計算機仿真等相關(guān)科學(xué)和技術(shù)，在分析提煉北京市道路網(wǎng)絡(luò)時空演變規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計了城市空間拓撲中心算法，驗證了城市道路網(wǎng)空間分布與拓撲中心之間的相關(guān)性，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了中心型道路網(wǎng)絡(luò)演化模型，并對模擬道路網(wǎng)和實際道路網(wǎng)進行了對比校驗，實驗結(jié)果驗證了中心型道路網(wǎng)絡(luò)演化模型的合理性。具體開展如下研究

4、工作:
　　(1)借助地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS，對1969年、1978年、1990年、2000年和2008年的北京路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行矢量化，運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與方法，從宏觀和微觀兩個層面分析了北京市城市道路網(wǎng)絡(luò)1969年至2008年的演化過程和演化特性，揭示了城市道路網(wǎng)絡(luò)演化的兩種機制:稠密化和擴張。
　　(2)研究設(shè)計了探測拓撲中心的RCD算法，并提供了兩種實現(xiàn)方法:pyRCD和arcRCD。RCD算法改進了已有的BD算法，極

5、大地提高了拓撲中心的計算效率;接下來，基于拓撲中心對北京市道路網(wǎng)絡(luò)的時空分布特征進行了分析，證明了城市道路網(wǎng)絡(luò)的空間分布與拓撲中心存在較強的關(guān)聯(lián)性，即:隨著與拓撲中心距離的增大，道路網(wǎng)絡(luò)密度線性降低而路段平均長度線性增大。
　　(3)在借鑒已有的道路網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建了中心型道路網(wǎng)絡(luò)演化模型（center based growth model，CBGM），并利用該模型對北京市1969-1978、1978-1990、1990-20