基于网络复杂性理论的交通网络阻塞传播特性分析.doc

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1、基于网络复杂性理论的交通网络阻塞传播特性分析　　摘要：交通运输对保证国民经济持续健康快速发展起着重要的促进作用，也是社会经济发展的基础，人类活动的基本构件之一。然而随着城市化进程的推进，城市道路阻塞已经成为常见现象，严重影响了城市经济建设和运行效率。本文则基于网络复杂性理论方面分析交通网络阻塞传播特性，并给予相关合理消除交通拥堵方案，以供参考。　　关键词：网络复杂性；交通网络阻塞；传播特性；拓扑　　1城市交通复杂性与网络疾病相关概述　　交通网络是由道路物理网络与交通需求网络结合而成的，是一个典型的点边构成的网络。交通网络构架以道路抽象为连线，节点为道路交叉口抽象及大量的点和边。　　城

2、市公交网络。城市建设中直接关系到环境保护、方便市民通行及城市经济的发展等方面则是城市公交网络，其效率影响城市的功能的发挥和是市民的生活。由于城市公交系统是一个复杂巨系统，所以，对城市交通网络效率等问题可以依靠复杂网络的相关理论来加以改善。一些国外研究家对近20个城市交通运输网络的拓扑结构特性进行分析，从中得知，服从指数分布和服从幂率分布是其主要度分布。我国研究者发现北京市交通网络属于典型的复杂网络特性，也具备网络上的幂律特性。　　城市道路网络。城市的骨架和社会经济学的载体是城市道路网络，也是维持城市交通正常运行的基础。作为城市中的核心地位，它的运行效率起着重要的作用。相关研究者拓扑分

3、析了多数道路交通网络后发现它们的网络都是无标度网络且表现出小世界特性。目前复杂网络理论在城市交通网络中主要存在以下问题：①网络结构稳定性；②网络动力学；③网络的演化机制；④网络的演化性质；⑤网络实证；　　复杂网络与网络疾病。随着计算技数据处理的蓬勃发展，大量真实网络且不同于常态规则的网络逐渐被科学家们挖掘到，因此也出现了类似“复杂网络”的相关概念。按照拓扑结构可将复杂网络分为完全规则网络、完全随机网络、小世界网络、无标度网络四种形式。从目前研究结果得知，比较少见的是小世界网络和无标度网络特性，如果也少量的研究几乎也集中在地铁网络和铁路方面。因此，为了详细阐明交通网络中的阻塞传播情况，

4、应构建一个全新的传播模型，因原有的传播模型SIS（Sptible-Infected?Susceptible）不够合理的假设从而不能在交通网络中应用。全新的传播模型被称为SIAS（Susceptible―Infected-Adjustive-Susceptibl）。疾病传播数学模型可分析感染人数的变化规律和描述传染病的传播过程，以此来预防传染病高峰期的来临。网络的拓扑结构会影响疾病的传播，如果利用SIS模型在完全网络中将会存在一个传播阈值，一旦恢复系数小于疾病的传播系数，所有个体都会被疾病传染。阈值在随机网络、网格模型等其他网络中表现是不同的，而它不存在于无标度网络。所以，充分考虑疾病

5、本身的传播特性和网络拓扑结果是建立传播模型的基础。　　2基于网络复杂性理论的交通网络阻塞传播特性　　2.1交通网络拓扑　　⑴路径长度分布。网络路径长度分布可以用来描述城市交通网络的网络规划特点。经事先规划的城市路径长度分布则呈现出多峰分布。路径长度分布计算公式为：p（I）=m（l）ll（1.1）其中计算长度介于l-50m和l+50m之间了路段的数量是“m（l）”，l为网络中边的总数。计算网络模型的路径长度分为可根据公式1.1.，大多数交通网络的路径长度分布呈现单峰分布且具有组织特性的城市交通网络。⑵点边比例。说明一个网络模型所属类型可通过计算网络中点边比列来得知，点边比列在不同网络模

6、型中都不同，一般情况下E≤3，随机网络的点边比列值为E>，点边比列计算公式为：E=N/M，N和M分别表示道路数目和道路交叉口数目。⑶度分布。某个交通路口相连接可利用交通网络中的节点，度值越大表示与其直接相连接的路段数目越多，此交通路口成为重要交通枢纽的可能性就越大。⑷特征路径长度。反映出一个交通网络有多小可通过特征路径长度，对于网络规模为1974个节点的网络来说这样的特征路径长度很短，也间接的说明小世界是该交通网络模型的主要特性。　　2.2阻塞传播特性　　⑴交通网络中的SIAS模型。如果在无标度的复杂网络结构中进行假设，如每个节点代表一条路段或节点间的连线代表相互直接连通的两条路段。

7、可将网络中节点的状态分为易阻类（S类）、阻塞类（I类）和调整类（A类）三种，S类节点无阻塞现象，如果与阻塞节点相连，发生阻塞的可能性会大幅度上升。I类属于已经出现阻塞现象且准备将阻塞传播给S类节点，增加其阻塞能力。A类节点属于被从网络中孤立出来的单独措施，因而不会引发其他节点的阻塞。疏导工作经过一段可变的时间后可完成，车辆也恢复正常运行，此时节点会重新回到网络中成为S类节点。　　阻塞传播时间可通过SIAS模式分为前后两个阶段：首先是预相应时期，在某一节点上