城市公交网络拓扑结构脆弱性分析与优化研究

摘要

随着中国经济和社会的快速发展，人们生活水平逐渐提高，小汽车的使用越来越多，造成城市交通拥堵严重、环境污染加剧、道路资源紧张等问题。城市公共交通，一直以来被认为是解决日益恶化的交通环境的一种有效的、环境友好的方式。现如今，城市化的进行正在不断的加快，国家对城市的基础设施投资每年都在增加，城市公共交通作为一种基础设施，随着城市的变化也在不断的更新。城市公交网络是指由若干条公交线路和若干个公交站点构成的一个庞大的复杂系统，也可以看作由公交停靠站点和连接这些站点的线路组成的复杂网络。设计者在进行城市公共交通规划和优化时有必要对其网络结构进行研究，以便于提高决策的科学性。
　　首先，本文简述复杂网络的基本概念，重点介绍了复杂网络的表示方法和拓扑特征，对两种经典的复杂网络的演化过程进行描述。以城市公共交通网络为研究对象，对城市公共交通站点网络和线路网络分别使用L空间法和R空间法进行拓扑建模，并将两种拓扑结构转化为可计算机存储识别的矩阵。根据矩阵阐述城市公共交通网络的拓扑参数Matlab仿真方法，其中包括:节点的度和度分布，最短路径算法、聚类系数和介数。
　　然后，利用TransCAD软件存储重庆市公共交通的站点和线路信息，根据数据的特点给出了拓扑结构矩阵化算法，使用Matlab实现仿真计算，通过对网络拓扑参数的计算结果分析，发现:①重庆市公共交通站点网络的节点度分布服从幂律分布，所以站点网络为无标度网络;②重庆市公共交通线路网络为高聚类特性，低路径特征长度的小世界网络。
　　最后，从公共交通网络拓扑结构脆弱性定义出发，以网络效率为评价指标，根据两种攻击方式来分析重庆市公共交通网络的脆弱性，并与传统的攻击方法相比，验证提出的基于贡献矩阵的节点重要度计算方法的可行性，得出:①与随机攻击相比，站点网络对蓄意攻击表现出更强的结构脆弱性，体现了无标度网络的特点;②与站点网络相比，线路网络对两种攻击方式显示的结构脆弱性要低的多;③考虑精度和仿真耗时，本文提出的新方法具有可行性。采用新方法计算节点重要度，根据结果给出网络拓扑结构的优化建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究

1．2．1 复杂网络研究综述

1．2．2 脆弱性研究综述

1．2．3 现状研究评述

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

1．4 本章小结

第二章 复杂网络理论基础

2．1 复杂网络的基本概念

2．2 复杂网络的表示方法

2．2．1 网络的图表示

2．2．2 度与度分布

2．2．3 平均路径长度

2．2．4 聚类系数

2．2．5 介数

2．3 复杂网络模型

2．3．1 小世界网络模型

2．3．2 无标度网络模型

2．4 本章小结

第三章 城市公共交通网络拓扑结构描述

3．1 城市公共交通网络的重要性

3．2 城市公共交通网络定义

3．3 城市公共交通网络拓扑结构描述

3．3．1 城市公共交通站点网络建模

3．3．2 城市公共交通线路网络建模

3．4 网络拓扑参数计算仿真

3．4．1 度和度分布

3．4．2 最短路径算法

3．4．3 聚类系数

3．4．4 介数

3．5 本章小结

第四章 重庆市公共交通网络拓扑参数分析

4．1 数据范围

4．2 基于TransCAD的公共交通建模

4．2．1 TransCAD简介

4．2．2 TransCAD模型构建过程

4．3 公交网络拓扑结构表示

4．3．1 公交站点网络拓扑结构表示

4．3．2 公交线路网络拓扑结构表示

4．4 公交网络拓扑参数分析

4．4．1 公交站点网络拓扑参数分析

4．4．2 公交线路网络拓扑参数分析

4．5 本章小结

第五章 公交网络拓扑结构脆弱性评价

5．1 脆弱性定义

5．2 脆弱性评价指标

5．3 攻击策略

5．3．1 攻击实现

5．3．2 攻击方法

5．3．2 仿真流程

5．4 公交网络拓扑结构脆弱性分析

5．4．1 站点网络拓扑结构脆弱性分析

5．4．2 线路网络拓扑结构脆弱性分析

5．5 公交优化建议

5．5．1 公交运行道路优化建议

5．5．2 公交线路及站点优化建议

5．6 本章小结

6．1 结论

6．2 不足

6．3 展望

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的论文和取得的学术成果