公共交通网络的复杂性及其优化——以宝鸡市为例

为了减缓城市交通拥堵,改变城市公交线路规划不合理的状况,采用复杂网络的分析方法研究城市公交系统,构建公交网络模型,分析公交站点中心性、公交路段中心性、公交网络聚类特性、小世界性、集团特性和抗毁性等重要指标。以宝鸡市公交网络为例,基于Space L方法构建宝鸡市公交网络模型,用节点度和节点介数衡量站点的重要性,用边介数衡量公交路段的重要性,用聚类系数、最短路径衡量公交网络的复杂网络特性,采用GN算法对公交网络进行了社团划分。采用随机和突发2种策略对网络进行了攻击,验证公交网络的鲁棒性。研究结果表明:宝鸡市公交站点网络和大多数公交网络一样具有幂律分布特性,该网络可划分为11个明显的社团;该网络对于随机攻击具有较好的鲁棒性,对于基于度的蓄意攻击具有较大的脆弱性,和全国大中城市相比,宝鸡市公交网络的集团化程度较低。据此提出优化公交网络的方法,对关键站点实行分流,对关键路段实行绕行,根据社团划分和网络整体结构优化公交路网,建设智能公交系统,规划城市建设,研究结果可为宝鸡市交通线路规划和城市建设提供理论依据。     

城市轨道交通客流加权复杂网络分析

本文以上海轨道交通网络为例,使用复杂网络理论构建拓扑网络并以断面客流为权重分析了节点强度、加权最短路径等指标及其分布规律,定量计算各个站点对于蓄意攻击的脆弱性,以鉴定对网络连通度影响最大的关键站点.仿真结果表明,上海轨道交通网络节点强度服从幂律分布,网络加权平均最短路径长度较大,连通性有待提高.面对蓄意攻击时,上海火车站、曹杨路和镇坪路作为关键节点对网络效率和网络最大连通子图的影响都较大,应在运营中加强保护.     

基于宝鸡公交网络节点的中心性分析

选取陕西省宝鸡市的344个公交站点作为节点,基于复杂网络理论构建了宝鸡公交网络模型.通过分析网络中节点的度中心性、介数中心性以及紧密度中心性指标,对网络中各个节点中心化程度进行研究,从不同的角度确定出宝鸡公交网络中的枢纽节点,对应于城市的关键站点和主要换乘站点.网络节点中心化的研究可为城市公交网络站点的合理分配及公交系统规划提供一定的理论依据.     

上海市加权公交站点网络拓扑结构分析

构建上海公交站点的加权网络模型,研究加权网络静态统计性质,包括节点强度分布、加权群聚系数和相关性.研究发现:一个停靠站点上的饱和运输量和该站点的连接密度之间是一种超线性的关系,该发现为分析公交客流量分布提供了重要的借鉴.研究还比较了加权前后集聚系数和节点相关性的变化,发现运输量大的节点之间建立公交线路的可能性也较大,而且这些连接强度较大的节点之间的公交路段交通压力也偏大.文末提出了一些改善这类公交状况的建议.     

矿井通风网络系统复杂性特征及其抗毁性研究

针对通风网络拓扑结构对通风系统安全可靠性的影响,利用复杂网络理论构建矿井通风系统有向网络模型,研究通风网络的基本拓扑性质。针对兴隆庄煤矿,通风网络节点的入度和出度都呈现幂律分布,网络呈现无标度网络特性。在此基础上将强连通分量、弱连通分量和网络效率作为度量指标分析网络抗毁性能,以攻击节点和边的方式进行随机攻击和选择性攻击,结果表明有向通风网络在随机攻击下具有较强的鲁棒性,但对选择性攻击十分脆弱。     

基于复杂网络的城市公交车辆动态分布分析方法

为了动态分析公交车辆在线网上的实时分布,文章构建一个基于车辆分布的公交动态复杂网络模型,基于复杂网络理论提出车辆服务强度与线网储备运力2个指标来反映公交动态复杂网络的分布特征。基于Space-L方法建立包含城市公交站点及线路信息的静态网络模型,分析公交静态网络特性;根据公交车辆实时GPS数据提取站点间车辆数作为边的权重,建立公交动态复杂网络模型,使用车辆服务强度与线网储备运力进行线网车辆分布分析并对动静态公交网络进行匹配性研究。将提出的方法应用于宁波市公交系统,研究发现：车辆服务强度呈现出明显的时间与空间差异;线网储备运力与网络直径具有较强的相关性,可以通过不同时刻动态网络直径的大小来分析线网的储备运力;公交静态网络与动态网络的关键参数差异表明两者不完全匹配。     

中国客运航线网络结构特性与抗毁性

通过复杂网络理论对全国航线网络进行了研究。以度分布、聚类系数、平均路径长度和节点重要性指标等为依据,分析中国航线网络的基本性质以及近年来的演化,得到航线网络的变化特点。在此基础上探讨网络结构的抗毁性,由最大连通子图节点比例指标可以明显看出介数排序攻击的效果更好,更能反映整个网络的连通状况和网络性能。最后,将Louvain算法应用于中国航线网络结构的划分,结果显示结构划分与地域有明显关系。     

组团式城市公交网络的复杂性研究

为研究具有组团式结构特征的城市公交网络复杂性,在一般网络基础上,充分考虑组团式城市的特性,定义了组团式以及基于频率的公交网络节点度与度分布,利用复杂网络理论、计算机模拟等对组团式城市公交网络复杂性进行研究. 以兰州市为例,通过分析计算结果,发现无论是基于静态还是基于频率,兰州市公交网络的节点度分布均服从指数分布. 该成果为组团式城市公交网络的规划设计提供了理论依据.     

公交系统复杂网络抗毁行分析———以重庆市公交换乘网络为例

为揭示公交网络的复杂性及演化机理,本文利用复杂网络相关理论知识和PAJEK软件分析重庆市主城区公交复杂网络的抗毁性,选择随机攻击和蓄意攻击两种模式。随机攻击就是完全随机地删除网络中的节点,蓄意攻击就是从网络中按照度值由大到小的顺序删除节点。以重庆市公交换乘网为复杂网络模型,研究该模型受到这两类攻击后,用平均最短路径长度和平均集聚系数来描述网络的抗毁性,并绘制相关示意图,由此分析并得出结论:重庆市公交网络具有鲁棒而又脆弱的抗毁特性。
     

公交系统复杂网络抗毁性分析——以重庆市公交换乘网络为例

为揭示公交网络的复杂性及演化机理,本文利用复杂网络相关理论知识和PAJEK软件分析重庆市主城区公交复杂网络的抗毁性,选择随机攻击和蓄意攻击两种模式。随机攻击就是完全随机地删除网络中的节点,蓄意攻击就是从网络中按照度值由大到小的顺序删除节点。以重庆市公交换乘网为复杂网络模型,研究该模型受到这两类攻击后,用平均最短路径长度和平均集聚系数来描述网络的抗毁性,并绘制相关示意图,由此分析并得出结论:重庆市公交网络具有鲁棒而又脆弱的抗毁特性。     

西安公共交通系统的网络特性和鲁棒性分析

基于复杂网络理论,构建西安市公交、地铁及两者综合构成的复合网络的Space L模型,对比分析3类网络的统计特性,并从蓄意攻击和随机攻击两方面对3类网络的鲁棒性进行对比评价.结果表明:3类网络均不属于小世界网络,网络效率较低;地铁网的度近似服从泊松分布,公交网和复合网络的度服从幂律分布;地铁网的度和介数具有较强的正相关性,公交网则基本没有相关性,复合网络具有较弱的相关性;3类网络对随机攻击具有较好的鲁棒性,对蓄意攻击表现出较大的脆弱性.     

随机派系网络模型统计性质研究

提出派系作为构建复杂网络的基本模体,在随机选择规则下,采用自然增长方式构建随机派系网络的方法,并比较分析在此方式下网络的度分布、平均路径长度和聚类系数.研究发现随机派系网络的度分布服从多重泊松分布,且派系大小n越大,分层越多;随机派系网络相比于ER随机网络具有更高的聚类系数,且派系大小n越大,聚类系数越大;随机派系网络相比于ER随机网络具有更短的平均路径长度,且派系大小n越大,平均路径长度越短.随机派系网络模型是一个具有高的聚类系数和短的平均路径长度的网络模型,可以较好地描述现实中的复杂网络的高聚类小世界的性质,它为小世界网络模型的构建提供一种新的思路.     

基于介度熵的复杂网络节点重要度识别方法

现有复杂网络通常会受到随机攻击和蓄意攻击,导致复杂网络拓扑结构的可靠性性能下降.为了解决以上问题,基于图熵,结合节点的介数中心性和其所有邻居节点的度中心性,提出一种新的攻击策略,即介度熵( BE),用来识别网络中的重要节点并加以保护.实验分别通过静态攻击和动态攻击来评估攻击策略在3个标准网络模型和3个真实网络上的效率,通过比较,介度熵比传统的攻击策略具有更高的攻击效率.     

随机派系生长网络模型及其传输能力研究?

本文提出一种基于随机选择的派系生长网络模型,该网络从一个a-派系模体开始,每个时间步t,在网络中随机选择m个节点构建一个新的a-派系,由此网络生长演化.模拟研究表明:该网络具有高的聚类系数和短的平均路径长度是一个小世界网络,并且比值ρ=m/a越小,聚类系数越大.而度分布则呈指数分布,这些特征与许多交通系统的复杂网络的实证研究结果相符.该网络的聚类系数与节点度呈幂律变化,显示网络具有模块化层次结构的特征,这一特征与近年来人们研究的大多数复杂网络具有模块化层次结构特征的实证研究结果相符.我们还研究了该网络的传输能力,研究表明该网络的传输能力随着比值ρ=m/a的减小而增大.这些研究结果对城市公共交通网络的构建具有一定的指导意义.     

基于复杂网络的城市公交枢纽选址研究

多种交通方式的转换、城乡公交一体化对城市公交系统提出新要求。如何进行公交枢纽的合理选址,是迫切需要考虑的问题。本文采用复杂网络分析法,建立了包含地铁线的南京市公交网的Space L和Space P模型,以站点的公交线路数、节点度、到其他站点的平均距离、节点中介性为指标,建立了枢纽选址的评价体系。把基于复杂网络法的选址结果与南京市公共交通部门规划的枢纽站点比较,证明了该选址方法的可行性。对南京市公交枢纽站的规划研究有重要指导意义。     

复杂网络演化的自组织现象

现实世界许多复杂系统描述为复杂网络拓扑后,节点连通度呈幂律衰退,网络中存在少量的高连通度节点和大量的低连通度节点,本文研究了复杂网络的网络拓扑熵与网络结构的关系,从系统的开放性、远离平衡态、非线性相互作用以及随机涨落的角度对网络进行了分析,认为复杂网络拓扑结构是系统自组织演化的结果．     

兰州市公交网络的社团结构与脆弱性分析

基于复杂网络理论,研究兰州市公交网络的社团结构及其脆弱性.根据实证数据建立了兰州市公交网络的结构模型,并应用Fast Newman算法分析公交网络的社团结构,给出了最优的社团划分;从获得的社团结构出发,分析了兰州市公交网络社团结构的脆弱性,给出了各个社团的脆弱集及脆弱性指标.研究结果表明,兰州市公交网络具有明显的社团结构特性,社团划分受到城市独特地形特性的影响;许多社团在网络中表现异常脆弱,社团之间联系稀疏,极易因为随机故障或蓄意攻击而形成多个独立的连通分支.     

基于复杂网络的济南市公交网络研究

本文运用复杂网络的相关知识对济南市公交网络进行了实证性研究,通过统计各站点的线路,绘出了它的度分布和累积度分布图像,证实济南市公交网络是一个无标度网络,并进行了分析,最后提出了一些建议。     

城市公交网络的拓扑特性分析

本文以城市公交网络为研究对象,研究城市公交网络的拓扑特性.以南京市公交网络为实例,建立了南京市公交路线与站点网络的数据库,分别构建了基于公交线路的网络模型、基于邻接站点的网络模型、基于换乘站点的网络模型.利用复杂网络理论分析了这三种网络模型的拓扑结构,通过计算网络的静态参数(特征路径长度、度分布、集聚系数等),分析了不同网络的拓扑特性.利用复杂网络理论研究城市公交网络为城市交通规划与发展提出了新的参考建议.     

随机需求下定制公交站点及路径动态优化模型

针对定制公交的站点及路径动态优化问题,分析定制公交特性,结合复杂网络理论与动态需求特征,对站点进行重要度评估,并按照重要度高低进行排序,筛选出前50%与前70%的站点作为路径寻优时考虑的停靠站点.以最大服务率和最小动态行程时间为综合目标,以最大载客量、运营成本、行程时间为约束,建立随机需求下的定制公交动态路径优化模型.对A~*算法进行改进,综合动态行程时间与乘客需求作为当前节点到达终点的估计代价求解目标函数.以福州市为例,检验模型和算法的有效性.结果表明,模型与算法能够在随机需求下对定制公交停靠站点按重要度进行动态筛选并优化动态路径,且按照站点重要度前50%进行筛选得到的路径结果优于前70%.