交通文化动力系统的复杂问题与研究方法

交通文化动力是城市系统的复杂问题,着重阐述了交通文化动力系统复杂问题研究体系的内容、框架以及体系模型的建立和整个复杂系统的演化,并针对这些问题提出了可行的实现途径。     

北京交通大学系统科学一级学科简介

<正>北京交通大学系统科学学科,在过去4次全国学科评估中连续排名第1,并于2017年成功人选教育部首批一流学科建设名单.该学科立足于系统理论,以交通运输系统及其相关的复杂系统为研究对象,从系统和整体性角度,探讨交通运输等复杂系统的结构与功能关系,演化和调控规律,发展优化和控制复杂交通系统的分析与集成方法,进而为系统科学在交通运输及其相关领域的应用提供理论依据与方法支撑,     

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综合客运交通系统是一个复杂的开放系统,由于其内部复杂的相互作用使对系统演化过程的认识尚不明确.本文运用自组织理论分析综合客运交通系统的自组织演化机制,阐述并论证了自组织理论对于综合客运交通系统的适用性,以客运周转量为系统变量,利用Logistic模型构建综合客运交通系统的自组织演化模型,并对模型进行了仿真分析.结果表明,综合客运交通系统可以自组织演化至平衡状态;各种运输方式达到平衡状态所需时间与初始状态无关,与固有增长率正相关,平衡状态与自身的系统容量正相关,各种运输方式平衡状态与运输方式间的影响系数密切相关.因此,综合客运交通系统具有明显的自组织特性.     

出行需求驱动的高速公路路网演化模型

基于复杂网络理论构建高速公路路网演化模型,提出了一种上层模型为加权出行需求网络及下层模型为高速公路网络的双层复杂交通网络模型.设计了双层复杂交通网络的演化准则:①上、下层网络各自演化,出行网络的连接服从强度准则,高速公路路网按照强度驱动连接准则和投资约束机制演化,这些演化准则能避免优先连接准则和效用最大准则的冲突;②上、下层网络相互影响,出行网络的变化通过边权耦合机制影响高速公路网络的演化,高速公路网络的变化影响出行阻抗从而影响着出行网络.以湖南省高速公路网络的演化过程为例,对该模型进行了仿真.仿真结果表明,分析模型是有效的.     

基于行为惩罚的合作演化研究

针对复杂网络演化博弈中合作的产生与演化,基于二人重复囚徒困境博弈提出了一种基于行为惩罚的博弈策略与网络拓扑结构共演化模型,重点研究了行为惩罚机制对个体策略行为与群体合作水平的影响.在规则小世界网络上验证了该模型.仿真结果表明:行为惩罚能够促进个体合作行为的产生,显著提升群体的合作水平;当系统到达演化稳定状态时,演化产生的小世界网络呈现出异质性与异配性特征,进一步促进了合作行为的演化;网络拓扑结构更新时间尺度的增长促进了更高水平合作的产生.     

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目前针对中国城市公交复杂网络的实证研究仍然仅限于数个大城市,而对不同规模城市的公交网络在拓扑结构上是否存在不依赖于人口、社会、经济等外部因素的共性特征,以及城市公交系统演化机制的研究尚不多见.本文实证研究了330个中国城市P空间下公交复杂网络结构特征,发现度分布普遍呈指数分布,表示公交网络演化机制为随机连接而非择优连接;普遍具有较大的簇系数和较小的平均最短路径,呈现典型的小世界特征;网络同配性在N=1 000处发生相变,N>1 000的网络普遍正相关,反之负相关.C与K呈幂律下降关系,表明各城市公交网络具有等级模块性.本文研究结果可为理解城市公交系统演化规律、交通网络建模研究提供指导和参考.     

高铁运营安全多委托方监督演化博弈的SD分析

针对我国高铁委托运输管理模式下,高铁运营安全监督系统存在高铁公司对多个委托方的监督策略难以合理制定的问题,本文通过分析某高铁公司及其 2个委托方策略的动态选择在安全监督方面存在的复杂博弈现象,建立了三方组成的系统演化博弈模型.通过演化博弈理论证明,结合系统动力学(SD)仿真,可以揭示多委托方条件下,系统各方进行决策的行为特征及其稳定状态.结果表明：采用静态策略时,博弈过程出现了长期波动,并不存在演化稳定策略均衡(ESS);而采用动态策略可以有效抑制博弈过程中的波动,但在奖惩系数相同的情况下,静态策略对于委托路局安全投入率的提升优于动态策略.说明高铁公司在制定监督政策时,应灵活运用静态和动态策略,以使高铁运营安全水平得到有效控制和提升.     

高铁运营安全多委托方监督演化博弈的SD分析

针对我国高铁委托运输管理模式下,高铁运营安全监督系统存在高铁公司对多个委托方的监督策略难以合理制定的问题,本文通过分析某高铁公司及其 2个委托方策略的动态选择在安全监督方面存在的复杂博弈现象,建立了三方组成的系统演化博弈模型.通过演化博弈理论证明,结合系统动力学(SD)仿真,可以揭示多委托方条件下,系统各方进行决策的行为特征及其稳定状态.结果表明：采用静态策略时,博弈过程出现了长期波动,并不存在演化稳定策略均衡(ESS);而采用动态策略可以有效抑制博弈过程中的波动,但在奖惩系数相同的情况下,静态策略对于委托路局安全投入率的提升优于动态策略.说明高铁公司在制定监督政策时,应灵活运用静态和动态策略,以使高铁运营安全水平得到有效控制和提升.     

复杂网络理论在城市交通网络分析中的应用

介绍了复杂网络的基本概念并详细分析了城市交通网络的特性。列举了2种将城市交通网络抽象为复杂网络的方法,探讨了各自存在的不足。从网络实证、网络演化机制、网络演化性质、网络动力学和网络结构稳定性5个方面总结了复杂网络理论在城市交通网络分析中的研究进展,指出了目前存在的问题。最后给出了城市交通网络复杂性研究的几个可能方向。     

基于复杂网络的地铁恐怖袭击灾害链风险分析

城市轨道交通灾害呈现网络化传递特征,探明灾害间的传递模式和关键节点对地铁系统风险防控十分重要.利用归纳分析法和灾变链式传递理论,构建地铁恐怖袭击灾害的链式传递图和系统灾害链演化模型.以复杂网络理论为基础,研究城市轨道交通恐怖袭击事件灾情链式传递规律,对网络节点重要度和边的脆弱性进行综合分析,得到地铁恐怖袭击灾害链风险值...     

我国交通运输系统工程的演化

交通运输系统工程是系统工程理论与交通运输专业实践紧密结合的一门专业系统工程。 我国自20世纪80年代引入这一专业术语至今,在应用系统工程理论方法于交通运输系统的过程 中,形成了交通运输专业系统工程的特色。本文在回顾交通运输系统工程近半个世纪发展历程 的基础上,分析了我国交通运输系统发展的理论与实践演化过程;结合影响交通运输系统的要素 与重大活动,梳理提炼交通运输系统工程发展的阶段性特征,阐述不同阶段交通运输系统工程发 展理论进展与工程实践成就。考虑到过去近40年来我国社会与经济发展水平已有了较大变化, 本文提出了交通运输系统工程理论与方法的研究要点,展望了我国交通运输工程实践中面临的 难题。研究认为：在新的历史时期,我国交通运输系统工程面临新的发展机遇,应结合新时期交 通运输需求的时空特性与交通供给模式的演变,重点研究交通运输系统服务效能提升理论与方 法,攻克碳中和目标下的运输供给技术与管理机制建设难题,切实解决交通运输工程实践与政策 领域内日益复杂的问题,从学术、理论及应用上提升交通强国和交通运输系统工程发展水平。     

熵、信息与企业组织结构演进

依据熵和信息理论，分析了开放系统中子系统信息与系统信息之间的关系，建立了企业组织系统演进的熵模型．用该模型可解释企业组织系统演进的路径．随着企业的发展，企业只有通过构建新的组织结构，才能减少组织结构的熵，向有序化的方向发展．     

基于两阶段行程时间的交通流分配理论

针对目前静态交通流分配理论难以处理网络流量演化的问题,给出了基于交通流 反λ 基本图的流量分配新模型.通过不断求解新模型更新路段交通状态,明确了利用静态交通 流分配模型分析网络交通流演变的具体方法.假设网络路段均处于自由流状态,通过求解得到 平衡路段流量,判断是否达到临界流量.将路段流量达到临界流量的路段设定为拥挤状态,重 新求解平衡流量,判断是否仍存在达到临界流量的路段.依据上述思路,直到新的模型无解或 无新的路段达到临界流量.本文通过定义网络不同级别的拥挤瓶颈,完成对网络流量演化的分 析描述.算例验证了新模型与方法的可行性.新理论提供了分析网络交通状态演变的新思路, 拓展了静态交通流分配理论.     

基于逻辑推演理论的船舶避碰决策

提出了研究船舶避碰决策的一个新方法,并把多逻辑系统作用的结构演化引入舰艇避碰决策系统,构建了船舶避碰决策系统逻辑推理的基本理论,指出了进一步的研究方向。     

驱动场下二组份BEC原子的量子动力学

研究二组份BEC原子数密度的时间演化规律,研究结果表明原子数密度的长时间的动力学行为表现出与短时间动力学行为不同的结果,长时间范围内原子数密度演化呈现量子体系特有的崩塌-复苏现象,且在较大的参数变化范围内,体系的崩塌-复苏特性不会改变。此外,讨论了驱动场Rabi频率、驱动场与原子的耦合强度及BEC二组份初始相对位相差对原子数密度演化特性的影响规律。     

社会主义现代化建设理论与管理机制的创新--学习钱学森院士《创建系统学》的思考

对钱学森在创建系统学过程中提出的“宇宙五观世界”、“现代科学技术体系”、“社会主义建设体系结构”、“复杂巨系统的概念及其方法论”、“综合集成研讨厅体系”、“大成智慧学”与“社会主义建设总体部体系”等一系列理论、方法与管理机制的创新进行了初步研究,同时,发表了笔者对钱老创建的理论、方法与管理机制的某些思考。     

结构动力抗震可靠度理论的研究进展

从状态变量模型、基本变量模型和实用简化模型3个方面,对结构动力抗震可靠度理论的研究进展系统地进行了总结与评述.针对状态变量模型,结合随机振动理论,将随机振动分析方法分为两类:第1类是面向数字特征的方法,主要解决结构的随机反应从基本随机变量空间到状态变量空间的统计矩演化问题;第2类是面向概率密度的方法,主要解决结构的随机反应从基本随机变量空间到状态变量空间的概率密度演化问题.分别评述了两类方法中的代表性方法:等价线性化方法和概率密度演化方法.针对基本变量模型,分别总结了考虑系统参数随机性的结构动力抗震可靠度分析方法,以及将动力可靠度问题转化为静力可靠度问题的理论和方法,对近年来提出的尾部等效线性化方法、子集模拟法、等价极值法等进行了对比分析.针对实用简化模型,总结评述了3种方法:基于随机地震动模拟-确定性时程分析的直接方法、基于一致危险性反应谱和等效非线性体系的简化方法、基于可靠度简化解析表达式与数值模拟的半解析方法.最后,对新近提出的结构整体抗震可靠度理论及其存在的问题进行了归纳分析,并从地震作用的输入模型、主要失效模式的搜索、结构的破坏准则、结构失效模式的多重性、结构的整体极限状态方程等方面给出了研究建议.      

高速铁路桥梁-轨道体系检测监测与行车安全研究进展

为了提升桥梁-轨道结构服役安全性能,保证复杂环境条件下高速铁路结构适应性和行车安全舒适性,研究了高速铁路桥梁-轨道体系检测监测装备的改进与优化,分析了桥梁-轨道结构服役性能动态演变规律,总结了复杂条件下桥上行车安全评价与预测方法,展望了未来研究重点与方向。研究结果表明：在桥梁-轨道体系检测监测技术方面,现有研究聚焦于传统检测监测装备的优化和智能化技术与损伤识别方法的深度融合,核心目标是提高桥梁-轨道结构检测监测的效率、精度与标准化程度,实现基础设施服役状态的精准评判与预测;在桥梁-轨道空间变形映射关系方面,考虑基础结构各部分交互影响的变形映射模型能够准确描述结构层间界面状态演变引起的轨面几何形态变化趋势、发展规律和频谱特性,但目前尚缺乏对高速铁路桥梁-轨道协同设计和变形智能调控装置的深入研究;结构服役性能演化研究大多基于理想化的弹塑性本构模型,且对于服役性能劣化行为与规律的研究局限在特定服役环境;正在逐步深入开展基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论的长期服役条件下高速铁路桥梁行车安全性研究,建立基于不同指标体系的行车安全评价准则;充分利用桥梁-轨道体系检测监测数据,加强复杂服役环境下桥梁-轨道结构性能演变机制和损伤失效机理研究,信息更新条件下具有高可移植性的行车安全性智能评价与预测新方法是今后重点关注的研究方向。     

一种复杂诊断系统的多智能体协同求解算法

为适应故障诊断中动态变化的环境和满足求解复杂系统全部任务的要求,研究一种基于MAS的分布式智能监控系统.以诊断决策问题的结构及建模过程的层次性为基本思想,基于诊断任务的多层次混合分解策略,提出了融合不同表达方式和推理机制的多Agent并行诊断结构,分析了管理Agent,诊断Agent和决策Agent的基本职能.探讨了实时Agent的组织和演化机制,给出了并行推理过程中的冲突消解算法,建立了具有公共属性的智能体模块化层次结构,实现了基于MAS多层分布式黑板模型的智能监控系统.工程应用效果验证了该求解的可行性和有效性.     

一类非线性车辆跟驰模型的稳定性与分岔特性

针对一类常用的非线性车辆跟驰模型,本文运用时滞动力系统理论,分析了由3辆车组成的系统的稳定性及其Hopf分岔特性,得到了系统参数平面上的稳定域范围,以及不同的系统时滞量（驾驶员反映时间）和不同的安全间距对系统稳定域的影响,揭示了非线性车辆跟驰模型中存在的复杂动力学现象。通过数值仿真验证了理论分析和计算的结果,并判明了系统经历的Hopf分岔是亚临界的。理论分析的结果可推广到由任意辆车组成的车队。