城市道路网络生长模型研究

摘要

随着城市化进程加快，城市人口增长和边界扩张现象显著，市内机动车数量迅猛增长，致使城市病（交通拥堵、环境恶化等）现象日益严重，抑制了城市的健康发展和高效运作。城市道路网络由城市内所有道路构成，它构成了城市的基本骨架，是城市中社会经济活动、人员流动、货物运输的载体。城市道路网络的空间布局与各种城市病现象息息相关，其合理性有利于促进社会的高效发展，提高人们的生活质量。因此，如何规划设计科学、合理的城市道路网络，优化路网空间布局，缓解交通压力和环境压力，是交通科学领域研究学者面对的具有挑战性的问题。
　　城市道路网络复杂多样，道路网络的时空演化规律和机制难以发现。鉴于此，本文以复杂网络理论为基本知识储备，借助计算机仿真技术，对城市道路网络生长模型进行了系统研究，主要包括以下几方面:
　　(1)借助已有的城市道路网络生长模型构建机制，提出了两个道路网络生长模型，模型A中随机生成新增节点，结合长度限制、角度偏好、度限制和相对近邻原则进行路段连接。模型B基于模型A进行改进。模型B借助节点的竞争机制选择出新增节点，结合广义长度限制、角度偏好、度限制和相对近邻原则进行路段连接，路段连接过程中考虑路段连接夹角限制。
　　(2)在研究区域内分别使用模型A和模型B模拟道路网络生长，模拟过程中记录不同网络规模下的道路网络拓扑结构信息，使用度、单元格面积和形状因数等指标分析比较模型模拟结果与实际路网的以往实证研究数据，发现模型B在节点度分布、单元格形状因数分布特征都优于模型A，表明模型B的模拟结果更贴近实际路网结构，表明模型B的路网生长机制更接近实际道路网络生长过程。
　　(3)以北京市道路网络为研究对象，首先对道路网络进行实证研究，标定道路网络生长模型（模型B）的参数，模拟北京市道路网络在1969-1978、1978-1990、1990-2000与2000-2008四个阶段的演化过程，将模拟结果和实际道路网络数据对比，发现道路网络宏观指标的相对误差均在10％以下，道路网络微观特征分析中度分布、路段方向角分布、单元格形状因数分布较接近，表明模型B对实际的城市道路网络演化进程有一定的适用性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 实证研究现状

1．2．2 模型研究现状

1．3 论文技术框架

1．4 主要研究内容

2 复杂网络基本理论

2．1 网络的表示方法

2．2 复杂网络的基本统计特征

2．2．1 度与度分布

2．2．2 平均路径长度

2．2．3 聚类系数

2．2．4 介数和网格系数

2．3 基本网络拓扑模型及其特性

2．3．2 随机网络(random network)

2．3．4 无标度网络(scale-free network)

2．4 本章小结

3 道路网络生长模型研究

3．1 道路网络生长模型概述

3．1．1 城市道路网络演化的影响因素

3．1．2 道路网络生长机制简介

3．2 模型A

3．2．1 节点生成机制

3．2．2 路段连接机制

3．2．3 模型构建流程

3．3 模型B

3．3．1 节点生成机制

3．3．2 路段连接机制

3．3．3 模型构建流程

3．4 道路网络生长模拟和结果分析

3．4．1 路网的拓扑表示

3．4．2 实证研究结果

3．4．3 参数设置

3．4．4 结果分析

4 基于北京市的道路网络生长模型研究

4．1 路网数据的生成

4．1．1 数据前期准备

4．1．2 数据处理方法

4．2 模拟结果分析

4．2．1 模型参数设置

4．2．2 模拟结果宏观特征分析

4．2．3 模拟结果微观特征分析

4．3 本章小结

5 总结

5．1 研究成果

5．2 创新点

5．3 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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