基于复杂网络理论的公交网络抗毁性建模与仿真

摘要

缓解城市交通拥堵问题的最佳策略是优先发展城市公共交通。目前对城市公共交通系统的研究，主要集中在线网合理规划以及运营优化管理两个方面，对交通拥堵、恐怖袭击等突发事件影响下的城市公交网络抗毁性关注较少。本研究以复杂网络理论为基础理论、城市公交网络为研究对象，从公交网络的抽象建模、抗毁性模型构建、实例仿真验证三个方面，给出不同视角下公交网络抗毁性研究的一般方法、算法及仿真程序，得出城市公交网络抗毁性的复杂动力学演化机理，为公交网络的运营管理、改造设计提供指导，具有一定的理论意义和应用价值。
　　主要工作如下:
　　(1)对国内外公交网络复杂性及抗毁性、层状网络抗毁性的相关研究进行总结和梳理。介绍图论基础和复杂网络主要拓扑参数、抗毁性传统度量指标和典型拓扑结构等复杂网络基础理论。
　　(2)公交网络静态抗毁性。基于space L方法构建公交地理网络，并以公交网络抗毁性传统度量指标为对照，给出以网络结构熵度量公交网络静态抗毁性的新方法;实例研究给出济南市公交地理网络的复杂性及抗毁性仿真分析，验证了基于介数重要度的网络结构熵度量公交网络静态抗毁性的正确性。
　　(3)加权公交网络动态抗毁性。引入公交线路密度和发车频率改进space L方法，并基于该方法构建加权公交网络;改进级联失效负荷容量模型，给出单站点突发事件下的加权公交网络动态抗毁性模型;最后，以济南市加权公交网络为例，给出其动态抗毁性的动力学演化仿真分析。
　　(4)双层公交网络动态抗毁性。基于space L方法构建公交地理网络作为双层公交网络模型的下层网络，基于改进space L方法构建加权公交网络作为双层公交网络模型的上层网络;引入邻近站点对站点初始负荷定义的影响、站点间的连边传输能力、耦合容限以及上、下层网络间的耦合作用改进加权公交网络动态抗毁性模型，构建相互依存的双层公交网络动态抗毁性耦合模型;最后，以济南市双层公交网络为例，给出其动态抗毁性的动力学演化仿真分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 公交网络复杂性研究现状

1．2．2 公交网络抗毁性研究现状

1．2．3 层状网络抗毁性研究现状

1．3 主要研究内容、创新点及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要创新点

1．3．3 技术路线

第2章 复杂网络基础理论

2．1 图与网络优化

2．1．1 图论基础

2．1．2 最短路问题及其求解算法

2．2 复杂网络主要拓扑参数

2．2．1 度及度分布

2．2．2 强度及强度分布

2．2．3 介数

2．2．4 平均聚类系数

2．2．5 平均最短距离

2．3 复杂网络抗毁性传统度量指标

2．3．1 网络有效性

2．3．2 网络最大连通率

2．3．3 级联失效站点比率

2．4 复杂网络典型拓扑结构

2．4．1 规则网络

2．4．2 随机网络

2．4．3 小世界网络

2．4．4 无标度网络

2．5 本章小结

第3章 公交网络静态抗毁性

3．1 公交地理网络构建

3．2 公交网络静态抗毁性模型

3．2．1 静态抗毁性攻击策略

3．2．2 度量指标

3．2．3 网络结构熵

3．3 实例分析

3．3．1 拓扑特性分析

3．3．2 静态抗毁性仿真分析

3．3．3 优化对策

3．4 本章小结

第4章 加权公交网络动态抗毁性

4．1 加权公交网络构建

4．2 加权公交网络动态抗毁性模型

4．2．1 站点初始负荷与容量

4．2．2 失效站点负荷动态重分配

4．2．3 站点级联失效判断准则

4．2．4 度量指标

4．3 实例分析

4．3．1 站点强度分析

4．3．2 动态抗毁性仿真分析

4．4 本章小结

第5章 双层公交网络动态抗毁性

5．1 相互依存的双层公交网络构建

5．1．1 下层公交网络构建

5．1．2 上层公交网络构建

5．2 双层公交网络动态抗毁性耦合模型

5．2．1 考虑邻近站点影响的站点初始负荷与容量

5．2．2 基于耦合容限的失效站点负荷动态重分配

5．2．3 相互依存的站点级联失效耦合判断准则

5．2．4 度量指标

5．3 实例分析

5．3．1 负荷权重调节参数α的影响

5．3．2 负荷分布控制参数β的影响

5．3．3 连边传输能力控制参数θ1的影响

5．3．4 耦合容限权重调节参数θ2的影响

5．3．5 失效站点负荷大小的影响

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况