道路网结构可靠性分析

为了加强区域路网在进行灾害紧急疏散、救援等方面的作用,避免因路网破坏而导致的城市功能性孤立、救援行动迟缓和次生灾害增多等现象发生,采用拓扑指数分析路网的分散、集中程度及路网结构可靠性。分析结果表明:加强孤立节点与其他节点的联系,可以大大增加整体路网的拓扑指数值;若2个节点之间已有1条或2条连接路段,在这个节点对之间新增一条新的路段对于整体路网稳定性的贡献不大,径向路网能够显著增强路网结构在抵抗灾害方面的可靠性;应用拓扑指数可清晰地定义路网的重要路段,为新增线路建设序列、灾后救援线路选择等方面提供方法支持。     

城市主干道路网的复杂网络特性

以复杂网络理论为基础,把复杂网络与城市交通网络结合,研究城市主干路网的空间拓扑结构以及路网结构特性.以大连市主干路网为例,通过Ucinet计算城市主干路网的节点度、聚类系数、平均路径长度、网络效能等基本参数并绘制图表分析;最后根据去除节点的聚类系数、平均路径长度、网络效能的计算,对大连市路网整体结构进行分析.结果可以看出,大连市主干路网是一个典型的小世界网络,但不具有无标度特性;节点度越大对整个城市路网影响大,对路网稳定性、连通性以及路网效率有着直接的影响.     

城市交通路网数据模型的构建及其拓扑结构的研究

基于图论的思想,根据节点、路段和转向这三个主要的网络要素构建了一个城市交通路网模型,并将其抽象成带转向的赋权有向图.同时,通过一个含4节点、8路段的示例路网着重研究了交通路网拓扑结构的五种表达方式.研究表明,路网拓扑结构的表达方式不能单靠各方法的时间空间复杂度来决定,还需权衡问题求解算法的特点.     

基于传输贡献矩阵的城市路网节点重要性评估方法

 在城市道路中,通常采用交叉口流量或道路连接数等单一指标确定路口重要性,很难保证突发事件下道路网络运行的可靠性。鉴于城市道路网络的无标度特性,以交通阻抗为权重,将城市道路网络抽象为加权网络,提出节点重要度传输贡献矩阵方法,评估道路交叉口重要性。该方法综合考虑交叉口所处路网位置、道路连接数及关联路段交通阻抗,采用节点效率值表示其位置信息,通过融合节点度值和交通阻抗值,构建交通信息传播过程中节点之间的重要度关联,以表示相邻路口间重要性依赖关系。以天津市区域路网为例计算各交叉口重要度,采取连续移除重要节点方式,模拟连锁故障过程,并将结果与节点收缩法进行对比。实证分析表明：在移除最重要的8个节点后,路网最大连通子图规模较节点收缩法降低9.10%,验证了该方法的有效性。     

基于加权复杂网络的公路网等级结构划分

为划分公路网等级,引入复杂网络理论,采用对偶拓扑方法,将公路路线按照路名抽象为节点,考虑路段流量和贯穿度计算节点权重,并基于重力模型得到加权邻接矩阵,通过Matlab编程计算节点重要度指标、紧密度指标、介数指标,采用变异系数法计算节点综合指标权重,以规划年路网总里程为控制量筛选得到满足里程要求的节点;最后对所筛选出的节点采取模糊聚类,进行公路网等级划分.研究结果表明:应用复杂网络理论进行公路网等级划分,不仅能够得出各等级公路里程,并且能够得出各等级公路的空间分布情况,为未来公路网等级的提升提供参考.     

路网拓扑脆弱性及关键路段分析

在发生地震等特大事件时,一条或多条路段可能完全丧失其功能,路网、起讫点对(OD对)之间是否连通成为最关键的问题.根据网络的拓扑结构来研究路网承受异常事件的能力.将通信领域内提出的最小割频度向量的指标引入路网拓扑脆弱性评价中,该指标对不同的网络具有可比性,能反映路网结构特征,并且能考虑路段本身承受灾害能力的差异对拓扑脆弱性的影响.给出网络拓扑脆弱性指标定义及计算方法,并用示例路网进行演算,结果表明该指标具有可比性和有效性.利用该指标对路网上的关键路段进行分析,并通过在指标计算中考虑路段抗灾害能力来评价路段抗灾害能力提高后拓扑脆弱性的改善效果.     

网络失效条件下的北京市城市道路交通网络统计特征分析

为获知城市道路交通网络的结构和网络特性,根据实际的拓扑和交通流数据,采用原始法进行建模,将路口抽象为节点,将路段抽象为网络的连边,构建城市道路交通网络模型。通过MATLAB和pajek计算,分析了道路抽象、基础设施和动态交通3种网络的统计特征。对基础设施和动态交通网络的强度分布的分析,证实了北京市城市道路网络中的这两种网络均为无标度网络;通过计算基础设施网络的节点强度和介数等特征指标,获知了北京市城市道路的重要路口和路段。最后,仿真分析了3种网络在不同网络失效条件下的重要统计特征,结果表明北京市城市道路基础设施和动态交通网络既具有鲁棒性又具有脆弱性。     

大数据中网络节点拓扑不稳定性的评估模型设计

大数据中网络节点拓扑结构复杂且具有明显的不稳定性,当前网络节点拓扑不稳定性评估模型大多依据社会网络分析方法理论,从不同角度表示具有不同拓扑结构特性的网络元件,获取的评估结果不充分、不可靠。为此,提出一种新的大数据中网络节点拓扑不稳定性评估模型,通过节点收缩法对大数据中网络节点重要性进行评估。针对大数据中网络节点拓扑不稳定性的评估,结合风险函数丰富熵的内涵,将事件的风险函数在效用系数空间中的平均值看作网络的效用风险熵,依据得到的效用风险熵对效用风险熵权重进行计算。将节点收缩法和效用风险熵权重结合在一起,重新考虑权重的影响,给出新的大数据中网络凝聚度,得到大数据中网络节点拓扑不稳定性评估模型。实验结果表明,所提方法评估可靠性很高。     

商圈步行路网故障模拟与可靠性评价研究

基于复杂网络理论,构建重庆商圈步行路网网络模型,分析商圈步行路网现实灾害,选取可靠性指标,设计步行路网故障模拟方案。在累计攻击下测度网络效率的变化、最大连通子图的相对大小变化,在单独攻击下测度网络效率变化,以解放碑步行路网为例进行可靠性个案研究,并对五大商圈路网为例进行可靠性对比研究。分析计算结果得出网络可靠性评价结论,并对路网的规划建设与综合管理提出相应意见。     

交通运输网络节点重要度评价体系研究

节点重要度评价是交通运输网络规划的基础性工作.交通运输网络是复杂加权网络,它的节点重要度不仅与路网拓扑结构有关,还与阻抗和运输能力密切相关.借鉴复杂网络和通信网络的研究成果,结合交通运输网络特性,提出交通运输网络的节点重要度应该从拓扑结构、最短路径和运输能力三个层次上分析.并根据交通分担率和失效后果来界定节点重要度,分别引入和建立了相应的重要性指标,形成较为完整的评价指标体系.     

基于图Transformer网络的城市路网短时交通流预测模型

针对城市路网短时交通流预测问题,在考虑路网交通状态时空相关性基础上,提出一种基于图Transformer（graph transformer,Graformer）的预测方法。该方法将多条路段的交通状态预测问题转化为图节点状态预测问题,针对区分相同结构的空间路网结构图,本文将带有边的图同构网络（graph isomorphism network with edges,GINE）和Transformer网络相结合,对交通状态在路网层面的时空相关性进行建模,从而实现城市路网短时交通流预测。具体来说,Graformer模型首先利用长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM）对交通数据的时序信息进行预处理,接着采用基于GINE与Transformer的全局注意力机制提取交通数据的空间特征,最后实现路网各路段交通流的同步预测。通过使用PeMS数据集进行实验验证,结果表明提出的Graformer模型在各项性能指标上均优于对比模型,证明了其作为一种可靠且高效的路网短时交通流预测方法的有效性。     

ROGR:基于定向道路的地理位置路由

地理位置路由协议被广泛应用于车载网络VANETs(vehicle Ad Hoc networks),然而在真实的城市场景中,由于复杂的道路拓扑和车辆移动,网络拓扑呈动态变化,给地理位置路由协议提出了挑战。传统的基于定向节点地理位置路由遭受可达性和可扩展性的折衷问题。为此,提出面向VANETs城市场景基于定向道路的地理位置路由ROGR(road-oriented geographic routing)协议。ROGR协议利用道路数字地图信息,并结合了基于源节点转发和基于接收节点转发机制。在每一跳中,利用数字地图信息和周期的beacon包,源节点计算各路段的权值;并选择具有最大权值的路段作为数据包传输路段,再将该路段上的车辆作为下一跳转发节点的候选节点。然后,这些候选节点利用基于退避时延机制竞争转发数据包。仿真结果表明,提出的ROGR协议具有好的可达性和可扩展性。     

城市快速路布局方法

为了使城市快速路网规划符合城市发展的需要，提高城市路网的整体效益，分析了城市快速路的功能、适应性与快速路网布局的现状，把公路网规划中的节点重要度理论和交通区位论中的交通线干涉理论引入到城市快速路体系规划中，计算路网规划方案重要度，采用层次分析法对规划方案进行了评价。评价结果表明：优选规划方案符合城市规划专家的直观判断，为城市快速路线位布局规划提供了理论依据。     

车联网中一种面向路侧单元的自组网路由协议

提出一种面向路侧单元的自组网路由协议．该协议采用树形拓扑结构,路网分为若干交通控制子区,各子区设有交通控制子中心,网络采用无线或有线方式与控制总中心相连,各子区内以交通控制子中心作为根节点,路侧单元作为路由子节点,通过自组网路由协议,构建路侧单元自组网络．实验仿真表现,借助路侧单元自组网络,实现相互车路通信和车车通信,很大程度上改善了车载自组网的信息发布与数据聚合．     

基于道路骨架性的城市道路等级划分方法

首先在总结现有城市道路分级理论存在的不足基础上,从道路在路网中承担的结构功能角度指出,道路骨架性是城市道路分级方法的重要依据.然后提出了道路骨架性的定义,采用介数中心度作为定量描述道路骨架性的计算指标,并建立了依据道路骨架性定量划分道路等级的计算分级法;最后采用多个城市的现状与规划道路网数据,比较了计算分级法和传统道路分级方法所得到的道路分级结果的相似程度,验证了所提出的计算分级法的合理性和可行性.     

Topology Optimization for Urban Traffic Sensor Network

This paper presents an optimized topology for urban traffic sensor networks. Small world theory is used to improve the performance of the wireless communication system with a heterogeneous transmission model and an optimal transmission radius. Furthermore, a series of simulations based on the actual road network around the 2nd Ring Road in Beijing demonstrate the practicability of constructing artificial ＂small worlds＂. Moreover, the particle swarm optimization method is used to calculate the globally best distribution of the nodes with the large radius. The methods proposed in this paper will be helpful to the sensor nodes deployment of the new urban traffic sensor networks.     

拓扑理论下乡村路网布局算法设计

乡村振兴背景下,乡村居民出行需求和乡村路网布局理论建设极为重要。为了提高乡村路网效率,设计基于拓扑理论的乡村路网布局算法。该方法考虑径向网络的拓扑结构,并计算了城乡交通的特征。根据特征计算结果,采用灰度相关分析方法计算了交通节点重要性指标的目标权值。结合交通节点的动态聚类结果,构建乡村道路布局规划模型,并以出行时间为目标求解该模型,完成布局规划算法的设计。结果表明,该算法在提高效率的基础上,较传统的样条法和GIS-TransCAD法,能够有效地改善城乡道路分布的平衡性和连通性。     

特种设备安全事故时间序列拓扑网络特征研究

 为揭示特种设备安全事故时间序列的非线性动力特征,以2005—2020年中国不同类型特种设备安全事故时间序列为对象,采用可视图法将特种设备安全事故时间序列转化为拓扑网络图,生成拓扑网络结构模型;利用拓扑网络理论分析节点度、网络密度、加权聚类系数、幂律指数、介数中心性等拓扑网络特征参数,挖掘特种设备事故发生的时间序列规律。结果表明：各类特种设备安全事故时间序列的拓扑网络具有小世界特性和无标度特性;拓扑网络的聚类系数均较大,社团结构明显;介数中心性越大的节点,对应年份发生事故概率越大。采用的拓扑网络分析方法能更简洁、直观地展示特种设备安全事故时间序列的拓扑网络结构,更全面地表征特种设备安全事故时间序列的非线性动力特征,可为特种设备安全事故预测提供理论基础。     

无线传感网络覆盖中网络拓扑结构设计方法

无线传感网络覆盖可以合理分配网络的空间资源,更好地完成环境感知、信息获取等任务,当前无线传感网络覆盖方法不能对传感网络进行全面覆盖。提出一种新的用于无线传感网络覆盖的网络拓扑结构设计方法,将层次型拓扑结构作为无线传感网络拓扑基本结构,对其进行详细分析后,提出能量高效的拓扑控制算法:以同一概率周期性随机选择簇头,令无线传感网络的总体能量消耗均衡分配至各传感器节点中,实现簇中成员节点数据的均衡分布,完成无线传感网络拓扑结构的设计。实验结果表明,设计的网络拓扑结构可以合理调节传感节点的距离,可以覆盖整个无线传感网络,减少重复覆盖,具有很好的覆盖优化效果。