交通运输网络系统工程

网络化是交通运输系统的自然属性，交通基础设施建设与管理、系统的运营与服务，以及相关配套的政策与管理体制对于系统网络化都有内在需求.本文首先给出了交通运输网络系统工程的定义，并从交通运输网络系统工程中存在的科学问题及未来展望两个角度开展了详细论述.从交通运输系统复杂网络分析、交通运输系统网络化组织运营管理和城市交通系统网络化控制与诱导三个方面介绍了国内外研究与工程实践的最新现状，归纳总结了其中存在且迫切需要解决的科学问题.交通运输系统复杂网络分析的关键科学问题是探索不同交通运输网络拓扑结构与交通动力学时空演化规律、网络承载力、可靠性之间的动态耦合及匹配关系.交通运输系统网络化组织运营管理的关键科学问题是在交通基础设施物理结构为复杂网络的条件下，具有目标异性的多博弈主体(政府、运营企业、乘客等)之间如何实现利益平衡或达到帕累托最优.对于交通运输网络系统工程的未来发展，本文认为重点需要加强对综合交通运输网络系统工程的理论与方法论体系的研究，围绕“综合交通网络的构造演化机理”“城市交通网络供需平衡机理”“多层综合交通网络结构复杂特性及其动力学过程”“出行行为的多样性及可预测性”等问题进行探索.此外，由于新技术环境下的交通系统将出现颠覆性的变革，交通网络运输系统工程的内涵和外延也需要进行根本性的升级改造.具有自驱动、自组织、自决策能力节点的柔性交通运输网络及其共享运行机制，将会是交通运输网络系统工程未来的一个重要研究领域.     

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首先综述了当今关于小世界网络、无标度网络以及复杂加权网络的最新研究成果，并从城市交通系统的角度出发，指出了综合利用复杂网络理论、动态系统理论、现代控制理论及交通科学和工程等多学科的理论与方法，在探索城市交通网络的时空复杂性及其演化机理，揭示交通流的演化过程，缓解和预防交通拥堵，指导交通实践等方面，都具有重大的科学理论意义与实际应用价值，是值得深入研究与探讨的大问题。并进一步指出了一些今后关于城市交通网络复杂性问题的研究主题。     

基于GIS的多粒度复杂网络模型

为提高城市路网失效传播分析和可靠性分析的准确性,研究了路网发生故障的3种失效形式.在此基础上,基于复杂网络理论,提出了一种多粒度复杂网络模型；通过构建粒度空间,将城市交通广义路网表达为多粒度复杂路网.为检验模型的有效性,以成都市区路网为例,建立了道路的多粒度复杂网络模型；基于该网络结构,进行了路网失效传播分析以及分别针对随机攻击和蓄意攻击的路网可靠性分析.研究结果表明,城市道路多粒度复杂网络能更准确地进行路网失效传播分析和可靠性分析,为进一步研究城市交通网络故障的动态演化提供了有利条件.     

复杂供应链网络中牛鞭效应的评估

牛鞭效应的存在严重影响了供应链网络的运作效率和管理复杂度.本文首先构建了供应链网络中库存状态的系统动力学机制，基于线性定常策略中的订货点策略，通过客户节点需求扰动导致供应商与中间商的库存波动对牛鞭效应进行了刻画，提出一种复杂供应链网络牛鞭效应的评估方法；随后考虑到供应链网络具有复杂网络的结构特征，本文对无标度供应链网络和随机网络中的牛鞭效应进行了量化分析.通过案例研究发现，节点库存波动与演化时间存在指数函数的关系，可以定量分析牛鞭效应对节点的影响程度，网络拓扑结构的变化对牛鞭效应的影响有限，但网络规模对牛鞭效应具有显著影响.     

城市空间结构演化与城市交通的互动关系

通过分析城市空间结构的生长演化机制，研究城市空间结构与城市交通的互动关系。将城市空间结构的生长演化归纳为城市外部空间扩张和内部结构调整两个方面，指出二者均与城市交通的发展密切相关：外部空间扩张依赖于交通工具的改进和出行方式的转变，内部结构调整借助于相关区位交通条件的改变。论述了城市空间的生长演化与城市交通互动关系的核心是可达性，并由此论述城市交通发展和城市空间结构相互作用的机理。     

基于加权耦合映像格子的地铁网络稳定性演化研究

为研究地铁网络的韧性演化规律，本文从网络连通性、自适应性、有效性角度构建评估地铁网络稳定性的测度指标，考虑交通网络中OD流量分布的影响，提出基于加权耦合映像格子模型的地铁网络级联失效分析方法。以北京地铁2014年和2018年两个网络为例，构建基于P空间客流加权复杂网络的动态稳定性分析模型，选取网络中重要程度不同的3个节点，对这两个地铁网络开展干扰强度不同的模拟蓄意攻击，对比分析北京地铁网络稳定性的演化规律。数值分析结果表明，随着北京地铁网络拓扑结构由小世界网络向无标度网络演化，2018年北京地铁网络的稳定性和抗毁性要显著高于2014年；对客流量大的站点攻击强度越大时，网络节点相继故障传播越显著，网络瘫痪概率也越高，瘫痪速度也越快。本文研究结果可为优化地铁线网结构和站点设置、加强安全运营管理提供科学的理论依据。     

基于复杂网络的我国高铁演化特征研究

为深入认识我国高铁网络演化的拓扑特性和规律，将高铁站点所在城市抽象成网络节点， 将高铁线路抽象成网络的边，运用复杂网络理论对我国2003—2015 年高铁网络演化特征进行分 析。研究发现：我国高铁网络密度不断提升，但依然存在东、中、西部节点城市被割裂，整体网 络密度偏低的现象；网络中介中心势不断增强，一些关键节点（比如：武汉、郑州） 具有较大的 网络控制权，不均衡性逐渐扩大；网络发展后期呈现出小世界特性。因此，提出如下建议：加快 西部地区网络规模和城市网络地位建设；提升网络均质性，弱化关键节点控制力；选择性地建设 关键中、东部和西部城市之间的长线路，提升整体网络性能。     

基于轨迹大数据的城市交通感知和路网关键节点识别

结合城市道路网络的拓扑结构特征和交通流特性，建立基于有向加权复杂网络的城市交通网络关键节点识别模型.以兰州市连续7天的出租车GPS数据为基础，分析并可视化呈现兰州市在工作日和非工作日的城市交通流状态，并采用基于DWNodeRank的有向加权复杂网络关键节点识别方法对兰州市路网关键节点进行识别研究.本文研究方法和结果可为交通管理部门的规划、设计和管理提供科学指导.     

基于改进BA模型的海运复杂网络演化研究

以复杂网络理论为基础,分析海运网络的拓扑结构具有无标度特性.据此,针对港口节点进行研究,分析节点连接概率的影响因素,通过加权量化和MATLAB编程得到节点吸引度,进而改进了BA网络模型中的节点连接概率.选取2007和2010年全球15个主要港口的相关数据,运用上述改进模型分别得到2 a的海运网络演化情况,验证了海运网络具有小世界和无标度网络特征,并得出2010年海运演化网络平均路径更短、集聚性更强,度值相差更悬殊,网络连接更加频繁与高效.     

基于复杂网络的城市公交网络分析

复杂网络作为研究大型真实网络的一种新型工具,特别是小世界网络和无标度网络的提出,为分析城市交通网络结构以及缓解现存的交通问题提出了一些新的理论和方法.以兰州市公交为例,运用图论和改进的L空间法构建了公交站点网络,并对网络的静态几何量进行了统计,以此为依据分析了兰州市公交站点网络的拓扑结构、度分布以及集聚性,结果表明兰州市公交网络具有无标度特性,同时由于聚类系数不大,使得网络的社团化程度不是很高.     

数据驱动的共享单车停放区规划方法研究

从宏观和微观两个角度研究共享单车停放区规划方法,宏观层面解决停放区选址定容问 题,微观层面进一步优化每个停放区内部的停车位布局问题。宏观层面利用DBSCAN对共享单 车停/取点进行聚类分析得到停/取需求点;然后考虑共享单车使用者路径选择、停/取点选择和停 放区服务能力约束,建立混合整数线性规划模型优化停放区选址及容量。微观层面充分考虑行 人、自行车与汽车之间的影响,其中行人和自行车采用改进社会力模型进行仿真,并考虑共享单 车使用者最优停放区选择;汽车采用智能驾驶模型进行仿真。停车位布局通过仿真通行效率及 混合交通流风险进行评价,并基于代理模型进行优化。该方法应用于北京市崇文门地铁站周边 共享单车停放区规划,验证了方法的有效性,该方法可提高混合交通流通行效率,降低交通风险。     

基于城市既有道路的公交线网优化技术方法

鉴于目前公共交通已成为解决城市交通供需矛盾、调整交通结构的主要手段，有必要就如何通过充分利用现有的城市道路资源优化布设城市公交线网，提高公交系统的运行效率作一探讨。     

交通系统的空间组织思维——改进城市轨道交通线网规划方法的思考

交通系统布局以空间布局以及内在的空间组织为基础,空间组织思维始终是交通系统规划布局的核心。中国超大城市、特大城市乃至大城市交通系统的建设重点已逐步转移至城市轨道交通系统。然而,在重视轨道交通自身网络化布局、以轨道交通为骨架的交通系统一体化发展的同时,存在着机械式、偏重形态化的轨道交通网络布局思维,忽视、弱化了轨道交通布局对空间组织效能的提升作用。通过揭示现实存在的轨道交通线网与空间组织脱节的问题,基于交通与空间协同,提出城市轨道交通线网规划中应把握的空间组织思维方法及要点。     

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城市公共交通系统通常是用网络来表示并在此基础上对其进行研究的。从研究城市公交系统的网络宏观拓扑性质出发，将城市公共交通系统划分为公交站点网络和公交线路网络，通过引入网络分析中一些常见的重要拓扑参数来对城市公共交通系统进行分析，以北京市公交系统为例，计算并分析了这两种网络的拓扑参数，并从交通工程的角度对这些拓扑参数的具体意义进行了研究，最后从交通工程和城市规划的角度为城市公交系统的建设提出了一些建议。     

中国城市交通问题、对策与理论需求

近30年中国在综合交通运输领域取得长足进步，城市交通也得到快速发展，但面临严峻的交通拥堵、交通污染、绿色出行环境差和停车难等困境。通过分析中国城市交通问题的特性与成因，指出新型城镇化对城市交通发展的新要求和制定交通政策的新导向。基于旧城改造中优质公共交通系统建设、交通需求管理、城市内外衔接交通设计等典型案例探讨现实问题的对策。从城市居民合理需求的满足和城市整体运行效率提升角度，引导学术界关注城市交通学的理论研究。最后，重点讨论大数据环境下城市交通网络构建和运行、特大及超大中心城市都市圈交通网络协同优化，以及城市交通需求管理应用3个研究方向。     

基于复杂网络的高速铁路运输服务网络重构模型

运用复杂网络理论,基于L空间构建了以列车数量、运行时间为权重的高速铁路运输服务网络(该网络中包括525个车站、2 666列列车).在此基础上,利用度、强度、介数等复杂网络评价指标对两种网络进行对比分析,明确两种网络的不同运输意义,节点在两种网络中的不同作用.然后,充分考虑高速铁路路网乘客出行特征,以城市枢纽为研究重点、以运行时间为权重重构我国高速铁路运输服务网络,对比重构前后复杂网络指标值的变化,重点分析网络重构前后的网络特征、典型枢纽的变化.最后,基于分析结果为城市枢纽的客运换乘组织和车站分工提出参考方案.     

系统最优的动态交通网络流

智能交通系统是一个复杂的综合系统,动态交通流分配是它的一个关键问题,是运输科学的一个前沿和热点.对于已经建立的系统最优的动态交通流分配模型,根据非线性规划问题的Kuhn-Tucker条件求解出问题的解.由于交通网络是一个大系统,结合分批调度理论将交通网络进行分批处理后简化了配流过程中的寻径,最后设计出分批并行调度算法.     

论城市交通学

通过回顾、总结现行城市交通的规划、设计、管理、控制各环节主要的学术思想与技术措施,综合相应的政治、法律、经济、城市地理、人口等社会人文学科的研究思维,提出城市交通学的概念。城市交通学是采用多学科思维、系统论方法研究城市交通的学科。其目标是服务于人的需求,组织城市可持续地高效、安全、低耗(低能耗、低污染)运行。强调研究城市交通既要注重工程技术,又要注重与政治、法律、经济、社会等学科的相关关系。重点阐述城市交通学的研究对象,即城市交通网络的构建和运行。     

我国综合运输网络布局规划研究

为了充分发挥综合运输体系的整体效能,在分析我国综合运输网络布局发展现状及存在问题的基础上,结合国际的发展经验与启示,提出了基于资源与环境等约束条件下的综合运输网络布局分层次规划方法和规划内容,并在定量模型计算与定性分析的基础上,研究探讨了我国综合运输网络规划布局问题.为构建我国综合运输网络布局提供一定参考.