本文關(guān)鍵詞：基于復雜網(wǎng)絡(luò)的交通擁堵與傳播動力學分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

基于復雜網(wǎng)絡(luò)的交通擁堵與傳播動力學分析

李樹彬

1）2）

*

吳建軍

3）

高自友

1）

林勇

2）

傅白白

4）

1）（北京交通大學交通運輸學院，北京2）（山東省科學院自動化研究所，濟南4）（山東建筑大學建筑城規(guī)學院，濟南

100044）250014）

100044）

3）（軌道交通控制與安全國家重點實驗室（北京交通大學），北京

250014）

（2010年7月6日收到；2010年7月28日收到修改稿）

本文運用改進的中觀交通流模型，研究了網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)對交通擁堵的影響，進而分析復雜網(wǎng)絡(luò)上的交通傳播動力學特征和傳播規(guī)律.結(jié)論有助于提出消除交通擁堵的有效控制策略以及交通規(guī)劃的合理方案.

關(guān)鍵詞：復雜網(wǎng)絡(luò)，交通流，交通擁堵，傳播特性

PACS：07.05.Tp，46.40.Cd，47.90.+a，89.75.Fb

礎(chǔ).從圖論的角度來看，城市交通網(wǎng)絡(luò)是由線與點

1.引言

線是指交通網(wǎng)絡(luò)中的以及它們之間的關(guān)系組成的，

路段，點是指交通網(wǎng)絡(luò)中連接路段的節(jié)點，包括道路出入口，交叉口等.隨著我國城市化進程的飛速加快，城市的規(guī)模以及結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變大，主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和路段數(shù)的不斷增多；第二，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與路段之間的相互作用變得更為復雜.同時交通網(wǎng)絡(luò)又是一個受環(huán)境影響的交通問題涉及到人、車、路、環(huán)境四者之開放系統(tǒng)，，

間的關(guān)系，又與政策、法規(guī)、管理和控制等密切相關(guān)，使得城市交通運行規(guī)律變得極其復雜

［10］

復雜性科學是系統(tǒng)科學和非線性科學的進一步發(fā)展、充實和深化，是系統(tǒng)科學研究的最新、最前沿的領(lǐng)域.近幾年發(fā)展起來的復雜網(wǎng)絡(luò)方法，為我們研究系統(tǒng)復雜性提供了一個新視角、新方法.1998和1999年Nature和Science上分別發(fā)表了兩篇復雜網(wǎng)絡(luò)文章

［1，2］

，其中的小世界效應與無標度特性的，提高了人們對現(xiàn)實世界的科學認

科學發(fā)現(xiàn)掀起了對復雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其動力學行為的研究熱潮

［3—9］

.近幾

識.隨著研究的深入，對于復雜網(wǎng)絡(luò)的探討已經(jīng)滲透到包括生物學、物理學、經(jīng)濟學、計算機機科學以及交通運輸?shù)雀黝I(lǐng)域中.特別是隨著學科之間的相互交叉和融合趨勢不斷加強，促進了對復雜網(wǎng)絡(luò)共有特征和性質(zhì)的揭示.城市交通系統(tǒng)是一個復雜巨系統(tǒng)，它的一個重要特點是具有時空復雜性，從理論上分析城市交通網(wǎng)絡(luò)時空分布復雜性及其上流量演化的動力學行為，是研究復雜交通網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵所在，同時也是城市交通網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵性基礎(chǔ)理論問題之一.

眾所周知，交通運輸系統(tǒng)是一切交通活動的載是整個交通活動賴以存在和發(fā)揮效能的物質(zhì)基體，

年來，復雜網(wǎng)絡(luò)的興起為交通運輸系統(tǒng)的研究提供了一個嶄新的研究視角，國內(nèi)外學者應用復雜網(wǎng)絡(luò)城市交通、航空等網(wǎng)絡(luò)進行了大量的理論對鐵路、

實證研究，結(jié)果表明它們都具有無標度或小世界特性，除了大量的實證研究外，利用復雜網(wǎng)絡(luò)理論，在交通網(wǎng)絡(luò)動力學行為分析、交通網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)失效、交通阻塞傳播以及交通網(wǎng)絡(luò)演化建模等方面也取得了一定的研究成果.研究復雜網(wǎng)絡(luò)理論的實際目的是通過研究實際復雜系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)形式，為掌握其上的動力學行為及運行機理提供科學支持.以前的工作主要是交通的增長如何驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演化，另一些工作則研究不同種類的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如

*國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）（批準號：2006CB705500），國家自然科學基金（批準號：70801005，70871009），北京市自然科公安部應用創(chuàng)新計劃項目（批準號：2007YYCXSDST057），中央高�；究蒲袠I(yè)務費專項資金（批準號：學基金（批準號：8102029），

2009JBM053）和山東省自然科學基金（批準號：Y2008F14，ZR2009FM038）資助的課題.通訊聯(lián)系人.E-mail：zygao@

2011中國物理學會ChinesePhysicalSociety

http：//http://www.wenkuxiazai.com

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