基于复杂网络理论的哈尔滨公交网络拓扑特性及优化研究

摘要

近年来，随着人们生活水平的提高，汽车数量数量的不断上升，大城市空气质量急剧恶化，严重的交通拥堵现象成为常态。为了更加方便快捷、低碳、绿色出行，越来越多的市民选择乘坐公共交通工具，公交系统网络建设成为影响市民生活的重要因素。
　　本文以哈尔滨公交系统为研究对象，复杂网络分析理论为研究方法，利用Pajek、MySQL、MATLAB等软件进行建模分析。分别建立公交线路网络和公交换乘网络两种无向的加权网络模型。两种网络模型是分别以公交线路为节点和以公交站点为节点进行加权构建的。网络建立后对网络模型的静态拓扑结构特征如度与度分布、最短路径、聚类系数、介数等进行了分析，同时参照国内一线城市交通网络特性进行了对比。并对两种网络模型进行随机攻击和蓄意攻击两种方法的攻击，在攻击时观察了网络度、平均最短路径，网络密度，平均聚类系数的变化。最后对两种网络进行了全局网络效率评价，计算出两种网络模型的网络效率，并从公交线路、站点、公交系统、道路等四个方面提出改善建议。最后对全文做出总结，阐述文章的缺点，对未来研究提出建议。通过上述研究分析发现，哈尔滨公交线路网络具有较小的平均最短路径和较小的平均聚类系数，度分布呈幂率分布，整个网络具有无标度特性，属于无标度网络;哈尔滨公交换乘网络具有较小的平均最短路径和较大的平均聚类系数，度分布呈指数分布，整个网络具有小世界特性，属于小世界网络;两个网络模型在随机攻击下的鲁棒性都要强于蓄意攻击下的网鲁棒性，且公交线路网络的鲁棒性要优于公交换乘网络;在进行公交网络效率评价时，通过计算得出哈尔滨公交线路网络的全局网络效率高于公交换乘网络的全局网络效率。结合上述研究成果，本文对未来哈尔滨公交系统优化建设提出了一定的政策建议。
　　综上所述，本文通过复杂网络在哈尔滨公交网络中的应用及研究结果，可以很直观的反应出哈尔滨公交网络的特性以及不足之处。总结分析结果并结合研究内容及实际情况，为哈市的公交发展提出了有效的改善建议，并对未来研究提出展望。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文主要内容结构和内容

1．4 研究方法和技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

2 复杂网络基础理论知识

2．1 复杂网络简介

2．2 复杂网络的基本统计特征

2．2．1 度与度分布

2．2．2 最短路径与平均最短路径

2．2．3 聚类系数与平均聚类系数

2．2．4 介数

2．3 复杂网络基本模型及性质

2．3．1 规则网络

2．3．2 随机网络

2．3．3 小世界网络

2．3．4 无标度网络

2．4 鲁棒性

2．5 复杂网络分析工具

3 哈尔滨公交网络复杂性分析

3．1 数据的收集与处理

3．1．1 数据收集

3．1．2 数据编号替换

3．1．3 建立模型矩阵

3．2 哈尔滨公交线路网络拓扑结构特性分析

3．3 哈尔滨公交换乘网络拓扑结构特性分析

4 哈尔滨公交复杂网络鲁棒性分析

4．1 哈尔滨公交复杂网络模型攻击方法

4．2 哈尔滨公交线路网络鲁棒性分析

4．3 哈尔滨公交换乘网络鲁棒性分析

5 哈尔滨公交网络效率评价及改善建议

5．1 哈尔滨公交网络效率评价

5．2 哈尔滨公交网络改善建议

5．2．1 公交线路及站点优化建议

5．2．2 公交系统优化建议

5．2．3 公交运行道路优化建议

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文