樞紐輻射式交通網(wǎng)絡分析與設計理論研究.pdf

1、樞紐輻射式交通網(wǎng)絡目前被廣泛應用于航空運輸、城市公共交通以及物流運輸領域，而且長期以來的實踐經(jīng)驗表明，此網(wǎng)絡形態(tài)對于運輸成本的節(jié)約以及網(wǎng)絡運輸效率的提高非常有效，因此，有必要對樞紐輻射式交通網(wǎng)絡進行系統(tǒng)分析和設計。本文首先對道路網(wǎng)絡和樞紐輻射式網(wǎng)絡進行比較，指出樞紐輻射式網(wǎng)絡的研究價值。從三個應用領域給出樞紐輻射式交通網(wǎng)絡的概念，并沿用傳統(tǒng)的交通網(wǎng)絡分析理論，考慮樞紐輻射式網(wǎng)絡所具有的獨特性質，從網(wǎng)絡結構、交通流和運輸特性

2、、形態(tài)結構決策以及設計等四方面，對樞紐輻射式交通網(wǎng)絡進行了較全面、系統(tǒng)的分析。研究內容及成果主要包括：1.分析樞紐輻射式交通網(wǎng)絡結構特征和可靠性。本文分析了樞紐輻射式航空、公共交通以及物流網(wǎng)絡的不同特點和影響因素，針對三類網(wǎng)絡的結構共性，總結了樞紐輻射式網(wǎng)絡的拓展類別，并從簡單和復雜網(wǎng)絡特性入手，分析不同拓展模式對應的拓撲結構特征，指出樞紐輻射式交通網(wǎng)絡區(qū)別于其它運輸網(wǎng)絡的自由尺度特性，展望了其在交通領域的應用前景；同時根

3、據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點與連線的相互關系，分析了網(wǎng)絡核心節(jié)點“樞紐”的中位、中心、中間以及網(wǎng)絡耦合特性，給出了樞紐輻射式網(wǎng)絡可靠性以及最短路徑確定方法。研究得出以下結論：樞紐輻射式交通網(wǎng)絡與其它網(wǎng)絡不同之處在于節(jié)點與連線之間的關系，前者突出了節(jié)點在網(wǎng)絡中的核心地位以及節(jié)點之間重要程度的差異；特有的結構特征導致樞紐輻射式網(wǎng)絡對非重要節(jié)點的移除不敏感，但對于樞紐節(jié)點的依賴較大，少數(shù)樞紐節(jié)點的移除很可能造成整個網(wǎng)絡的癱瘓。2.分析樞紐輻射式網(wǎng)

4、絡交通流空間轉換及運輸特性。樞紐對交通流的空間轉換作用，實現(xiàn)了樞紐輻射式網(wǎng)絡交通流空間和時間 集聚，這也是產(chǎn)生網(wǎng)絡密度經(jīng)濟及范圍經(jīng)濟的根本原因;本文基于Gini指數(shù)提 出了評判樞紐輻射式交通網(wǎng)絡空間和時間集聚程度的指標，剖析了網(wǎng)絡密度經(jīng) 濟和規(guī)模經(jīng)濟產(chǎn)生機理，并給出了干線單位運輸成本折減因子計算模型。3.從運營商和乘客兩者的共同利益出發(fā)，探討樞紐輻射式網(wǎng)絡形態(tài)和結構選擇理論。本文分析了樞紐輻射式網(wǎng)絡的演變過程及演變過

5、程中所遵循的連通性不變和系統(tǒng)平衡規(guī)則，并應用自由尺度網(wǎng)絡特性闡述樞紐網(wǎng)絡形成的動力機制。在以航空運輸網(wǎng)絡為例給出網(wǎng)絡運輸成本計算模型的基礎上，重點研究了實際應用最多的點對式網(wǎng)絡與樞紐輻射式網(wǎng)絡、簡單與復雜樞紐輻射式網(wǎng)絡的需求適應性，并得出以下結論：簡單樞紐輻射式交通網(wǎng)絡適合于大規(guī)模、小尺度、非對稱、長距離和不確定的需求形態(tài)，而多樞紐網(wǎng)絡適合于距離較長、需求規(guī)模較大、需求點數(shù)量較多的需求形態(tài)，多指派網(wǎng)絡適合于起終點需求量較大且

6、較為分散的需求形態(tài)。4.在分析兩階段樞紐網(wǎng)絡設計缺陷的基礎上，提出考慮樞紐容量限制和需求可變性的樞紐網(wǎng)絡設計模型與求解算法。本文首先分析樞紐選址與指派確定的兩階段樞紐網(wǎng)絡設計方法之不足，指出樞紐與指派關系同步設計的必要性;在討論固定需求下樞紐輻射式航線網(wǎng)絡設計的基礎上，進一步提出考慮樞紐容量限制和需求不確定性的樞紐網(wǎng)絡設計模型，并選用基于隨機模擬的遺傳算法進行求解。最后以包含15個節(jié)點的中國航線網(wǎng)絡規(guī)劃為例，驗證本文所提