我国高速公路网络拓扑结构研究

摘要

改革开放以来，我国高速公路里程增长明显，逐渐呈现网络化、规模化。但受经济、政策以及地理环境的影响，在高速公路快速发展的过程中，其网络结构的复杂性日益显现出来。对高速公路网络结构的认知不足容易导致高速公路发展失衡，不利于网络整体效能的提高和发挥。本研究从演化视角，分析高速公路网络发展规律，旨在厘清高速公路网络演化过程中其结构的“趋势”问题，以调控手段规划建设，实现高速公路网络的有序和高效发展，进而提高整体效能。　　首先，对高速公路演化模型测度并厘清节点连接模式和连接偏好。收集我国1990-2016年城市间的高速公路连通数据，基于L空间映射法，以我国的318个城市为节点，高速公路为城市间连接线路，构建基于时间序列的我国高速公路网络拓扑图。以此对高速公路网络演化模型进行分析，结果表明，2003 年之后我国高速公路网络呈小世界特性，网络中“捷径”添加以及“子图”连通大大提高了网络性能；1990-2004年，新增节点存在择优连接的偏好，2004年之后这种连接偏好逐渐减弱，2011年后有所波动。　　其次，分析高速公路网络结构和节点演化特征。对我国高速公路网络演化形态进行可视化，基于复杂网络指标参数，选取度均值、度方差、网络聚集系数、网络全局效率分析我国高速公路网络结构演化特征；选取中介中心度、接近中心度分析我国高速公路网络节点演化特征。根据以上网络中节点连接模式和偏好对网络形态演化、网络结构指标特征作出解释，分析原因，提出提高网络整体效率的建议；基于节点指标，归纳每年节点排名前十城市。根据节点指标演化与城市关系，分析城市“结构地位”与“功能地位”是否契合，以此提出发挥区位优势的相关建议，促进网络效益的最大化利用。　　最后，分析网络密度和区域属性与节点指标之间的关系。根据节点演化规律，提出节点指标与网络密度以及与区域属性有关的假设。将我国划分为华东、华南、华中、华北、西北、西南、东北七大区域，比较不同区域的节点指标差异，进行排序，根据分析结果，针对特定区域提出改善建议。　　本文结合复杂网络理论，从演化视角分析我国高速公路网络拓扑结构，研究节点连接机制、网络形态演化、网络结构演化、网络节点演化以及分区域差异。能够对我国高速公路网络演化特性进而对其结构进行一般性认识，对指导城市间高速公路规划及连接具有一定的现实意义。

目录

1 绪 论

1.1研究背景

1.1.1我国高速公路里程提升明显

1.1.2我国高速公路发展潜力巨大

1.1.3我国高速公路网络化布局面临不少挑战

1.1.4问题提出

1.2国内外研究现状

1.2.1基于复杂网络理论的文献梳理框架

1.2.2交通网络的演化研究汇总

1.2.3交通网络演化的主要观点梳理

1.2.4研究评述

1.3.1研究目的

1.3.2研究意义

1.4研究对象界定

1.4.1高速公路网络中“点”的界定

1.4.2高速公路网络中“线”的界定

1.5研究内容

1.6研究方法

1.7技术路线

1.8论文框架

2 高速公路发展特点及理论基础

2.1高速公路发展特点

2.1.1高速公路的概念

2.1.2高速公路的特点及优势

2.1.3高速公路建设主体

2.2高速公路形态演化模式

2.2.1双核演化模式

2.2.2点—轴演化模式

2.2.3核心—边缘演化模式

2.2.4轴—幅演化模式

2.3复杂网络理论

2.3.1网络及拓扑结构概念

2.3.2复杂网络概念

2.3.3高速公路网络拓扑结构

2.4复杂网络特征参数

2.4.1网络节点指标

2.4.2网络结构指标

2.5本章小结

3 我国高速公路网络模型构建及测度

3.1复杂网络模型及性质

3.1.1规则网络

3.1.2 ER随机网络

3.1.3小世界网络

3.1.4 BA无标度网络

3.2.1交通网络拓扑模型比较

3.2.2网络拓扑结构生成方法

3.2.3高速公路网络拓扑假设

3.2.4拓扑结构可视化及指标计算工具

3.2.5高速公路数据收集处理

3.3.1小世界网络分析

3.3.2 BA无标度网络分析

3.4本章小结

4 我国高速公路网络演化特征分析

4.1高速公路网络形态演化

4.2.1高速公路网络演化指标选取

4.2.2网络结构指标演化分析

4.2.3网络节点指标演化分析

4.3本章小结

5 我国高速公路网络节点指标影响分析

5.1正态检验方法

5.2.1正态检验结果

5.2.2相关性分析方法

5.2.3实证分析

5.3.1正态检验结果

5.3.2 Kruskal-Wallis 检验方法

5.3.3实证分析

5.4结果分析

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1研究结论

6.2研究建议

6.2.1加强政府合作，打破行政壁垒

6.2.2发挥区位优势，促进要素聚集

6.2.3允许非均衡发展，并逐步减小差异

6.2.4提高城市网络密度，并依托城市群发展

6.3不足与展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 七大区域的节点指标及网络密度数据

C. 学位论文数据集

致谢