區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)層次性與優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、針對當前區(qū)域綜合交通運輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、交通運輸網(wǎng)絡(luò)資源合理配置等體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展特征的綜合交通運輸網(wǎng)絡(luò)研究相對滯后的現(xiàn)狀，深入研究區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)時空結(jié)構(gòu)演化及基于此的交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃具有重要的理論價值與工程實踐意義。
　　 交通網(wǎng)絡(luò)層次性作為常見基本現(xiàn)象，其演化機理及其與交通網(wǎng)絡(luò)性能之間的演化關(guān)系是社會經(jīng)濟、自然環(huán)境、交通系統(tǒng)自身等多方面岡素及其內(nèi)部要素在動態(tài)時空中相互交織復雜作用下決定的。現(xiàn)有研究往往利用少數(shù)幾個宏觀指標對交通網(wǎng)絡(luò)演化規(guī)律

2、進行探討，對層次性的研究也大多局限于解釋性闡述，且通常從單一層次著手處理問題，或割裂“供”與“求”的關(guān)系，或割裂區(qū)域空間結(jié)構(gòu)與交通系統(tǒng)之間客觀存在的動態(tài)互饋關(guān)系。結(jié)果導致了各層次交通模式分布不合理，功能紊亂，難以適應(yīng)區(qū)域空間結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展要求及不同交通需求。本文從系統(tǒng)論的角度，綜合考慮多種因素之間的動態(tài)作用關(guān)系，協(xié)調(diào)交通“供”“需”動態(tài)平衡過程，將動態(tài)互饋作用關(guān)系與宏觀靜態(tài)分析“動”“靜”結(jié)合地構(gòu)造由多種動力機制協(xié)同主導的網(wǎng)絡(luò)演化動力系

3、統(tǒng)，研究交通網(wǎng)絡(luò)及層次性的演化機理，并在此基礎(chǔ)上利用層次性研究可持續(xù)交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計理論，以進一步豐富和發(fā)展綜合交通系統(tǒng)規(guī)劃理論與方法，為建設(shè)資源消耗少、環(huán)境污染小，能有效提高要素集聚能力，促進產(chǎn)業(yè)和人口合理分布的區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)提供一種新的解決方案和發(fā)展模式。主要研究工作如下：
　　 (1)交通網(wǎng)絡(luò)層次性實證
　　 以長株潭城市群交通網(wǎng)絡(luò)為背景，研究了各中心城市和整個城市群交通網(wǎng)絡(luò)的特性。研究分析表明：整個長株潭交通網(wǎng)絡(luò)

4、是比較抗失效的，長沙市及長株潭交通網(wǎng)絡(luò)則是最為有序的；長株潭城市群交通網(wǎng)絡(luò)是小世界網(wǎng)絡(luò)而不具有無標度性。特別地，重點探討了交通網(wǎng)絡(luò)層次性這一極少得到專門定量化論證的基本重要性質(zhì)。揭示了交通網(wǎng)絡(luò)異配性，并結(jié)合n-聚集系數(shù)-n-度關(guān)系定量地刻畫交通網(wǎng)絡(luò)層次特征，通過實證證明了交通網(wǎng)絡(luò)具有顯著的層次組織結(jié)構(gòu)特征。
　　 (2)交通網(wǎng)絡(luò)性能與層次性的演化關(guān)系
　　 結(jié)合道路用戶外部性和交通產(chǎn)生模型，建立了交通系統(tǒng)最優(yōu)模型，并利用

5、交通系統(tǒng)和區(qū)域空問結(jié)構(gòu)之間的動態(tài)互饋作用、區(qū)域間經(jīng)濟聯(lián)系的概念以及無標度網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)計了交通網(wǎng)絡(luò)演化規(guī)則。進而，在微觀機理融合宏觀機制的思想指導下構(gòu)建了交通網(wǎng)絡(luò)演化模型與算法，揭示交通網(wǎng)絡(luò)演化規(guī)律。實例研究表明，隨著網(wǎng)絡(luò)的演化，出現(xiàn)了層次現(xiàn)象并越來越清晰，更為重要的是，交通網(wǎng)絡(luò)總費用隨之下降：利用介數(shù)中心性定義了一種新的交通網(wǎng)絡(luò)熵，該網(wǎng)絡(luò)熵也呈現(xiàn)減小趨勢，揭示了交通網(wǎng)絡(luò)漸進地向有序演化，交通系統(tǒng)性能得以不斷優(yōu)化。該研究結(jié)論為最優(yōu)交通網(wǎng)絡(luò)

6、規(guī)劃提供了方向與理論基礎(chǔ)。
　　 (3)多層次多模式綜合交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化
　　 結(jié)合交通網(wǎng)絡(luò)層次特征和交通負外部性定義了廣義路徑費用，構(gòu)建了多層次多模式綜合交通網(wǎng)絡(luò)Logit-隨機均衡的非線性規(guī)劃模型，并構(gòu)造了多層次多模式交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)計算法。通過算例網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值試驗，著重分析了網(wǎng)絡(luò)廣義費用總量的層次結(jié)構(gòu)彈性與需求彈性，以及模式分離參數(shù)對不同層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的廣義費用總量的影響與模式分離參數(shù)取定不同值的情況下平均廣義費用的需求彈性。研

7、究表明：在考慮層次性的情況下所設(shè)計的綜合交通網(wǎng)絡(luò)能更好地適應(yīng)需求的增長，且層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對模式分離參數(shù)是不敏感的。
　　 進而，擴展研究并建立了帶彈性需求與路段容量約束條件的多層次多模式交通運輸網(wǎng)絡(luò)模型與算法。其一，細化定義了交通運輸模式分擔率，并結(jié)合Logit模型，研究了帶能力約束的多層次多模式彈性需求交通網(wǎng)絡(luò)隨機均衡及其等價變分不等式；并提出層次均衡條件，推導出彈性需求情況下的多層次多模式確定性均衡配流問題的等價變分不等式。其

8、二，建立了更切合實際的城市群立體物流網(wǎng)絡(luò)雙準則雙層規(guī)劃模型，融合增廣Lagrange對偶方法設(shè)計了具有近似全局最優(yōu)搜索能力的雙層規(guī)劃遺傳算法。
　　 (4)交通網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化配置方法與交通網(wǎng)絡(luò)層次規(guī)劃基本框架
　　 在充分分析算法的實踐與理論基礎(chǔ)上，定義了層次因子，并提出確定交通網(wǎng)絡(luò)的層次數(shù)目和層次因子的方法；在Dial算法的基礎(chǔ)上引入層次因子設(shè)計了交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法。由該算法得到的交通網(wǎng)絡(luò)總阻抗在層次因子的某一合理取值

9、范圍內(nèi)小于Dial算法所得的總阻抗，且交通網(wǎng)絡(luò)的總阻抗隨較高層次路段的層次提升而減小，而交通網(wǎng)絡(luò)的尾氣排放總量卻隨較高層次路段的層次提升而增大，但它無論如何都小于由Dial算法所得到的結(jié)果。由此可見，通過將網(wǎng)絡(luò)層次狀況控制在合理范圍內(nèi)就能有效地調(diào)節(jié)和優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)資源配置。籍此，提出了基于層次性的交通網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化配置的一般方法。
　　 其次，基于交通系統(tǒng)與區(qū)域空間結(jié)構(gòu)之間的動態(tài)互饋機制和公交導向性開發(fā)策略開展客流預測研究，并在明