摘 要

为了分析城市交通网络结构以及缓解现存的交通问题，选择复杂网络作为研究大型真实网络的工具，提出了一些新的思路和方法。以黄石市公交系统为研究对象，构建它的公交站点网络模型和公交换乘网络模型。在L空间和P空间下分别研究黄石市公交系统的结构拓扑特性，使用MATLAB计算静态统计参数，包括网络的平均路径长度、聚集系数、度及度分布。对黄石市公交网络进行实证分析，结果表明，黄石市的公交站点网络不具有小世界特性，而公交换乘网络具有典型的小世界网络的特征；黄石市公交网络不具有无标度特性，其在演化过程中，既存在随机连接因子，又有优先增长机制。最后，选取三个城市，对比分析黄石市公交网络的静态特性统计值，总结了黄石市公交网络目前存在的问题，并提出了针对性的建议。

关键词：公交网络；复杂网络；L、P空间法；拓扑结构；特性分析

Abstract

In order to analyze the urban traffic network structure and alleviate the existing traffic problems, choose complex networks as a tool for studying large real networks, put forward some new ideas and methods. Taking the Huangshi city bus system as the research object, the bus station network model and the bus transfer network model are constructed. In the Space L and the Space P, respectively study static network properties of Huangshi city bus system, using MATLAB software to calculate the static statistical parameters, including the network average path length, clustering coefficient, degree and distribution. Huangshi city bus network empirical analysis results show that the Huangshi city bus station network does not a small world network, and bus transfer network has characteristics typical small-world networks; Huangshi city bus network does not have a scale-free characteristics, in the process of evolution, there are random connection factors and preferential growth mechanism. Finally, select three cities, comparative analysis of static characteristics of Huangshi city bus network statistics, summarizes the problems existing in Huangshi city public transportation network, and puts forward some pertinent suggestions.

Key words：transit network；complex network；space L and P；topology characteristic analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究目的 1

1.1.3研究意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3研究内容及技术路线 4

1.3.1研究基本内容 4

1.3.2组织结构 4

1.3.2技术路线 5

第二章 复杂网络理论在公交网络分析中的应用研究 6

2.1复杂网络概述 6

2.2复杂网络统计特性参数 7

2.3公交复杂网络模型的构建 9

2.3.1公交网络模型概述 9

2.3.2公交网络模型的条件假设 10

2.3.3公交网络模型 10

第三章 黄石市公交网络的实证分析 14

3.1静态统计参数分析 14

3.1.1平均路径长度 14

3.1.2聚集系数 16

3.1.3度值 17

3.1.4度分布 18

3.1.5累计度分布 20

3.2公交网络的小世界特性分析 21

3.3公交网络的无标度特性分析 21

第四章 黄石市公交网络结构特性分析 23

4.1复杂网络统计参数结果对比 23

4.2存在问题与建议 24

4.2.1黄石市公交网络中存在的问题 24

4.2.2针对问题的建议 24

第五章 结论与展望 27

5.1结论 27

5.2创新之处 27

5.3展望 27

参考文献 29

致谢 32

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

随着我国城市化进程地不断加快，城市的中心区域的机动化水平也得到了快速提升，尤其是进入21世纪以来。有限的城市交通设施的供给现状无法满足目前激增的机动车出行需求，交通供需的不平衡状况，导致了城市（尤其是市中心区域）交通拥挤、交通事故、交通环境污染等一连串严重的交通问题，从而引发了社会各界的广泛关注。而城市的公共交通方式具有众多优势，如运载量大、输送效率高、能源消耗少、运输成本低等，并且，公共汽车占用道路和停车用地最为经济，因此，解决城市交通问题的最合理，最具可持续发展性，最绿色的城市交通策略无疑就是优先发展城市公共交通。而根据我国城市发展和交通发展的现实，正是迫切地需要优先发展公共交通这种交通策略，同时，这个交通策略对于贯彻落实科学发展观和建设节约型和谐社会都具有十分重大的意义。

而公共交通系统作为城市交通的骨干网络，对于乘客实现快速、便捷、舒适的运输，它的稳定性和可靠性显得非常重要。虽然国内外对于公共交通系统已经有了大量的研究，但目前依旧存在一些尚未解决的难题，如公交网络的结构不合理、公交设施的供给量满足不了日益增加的城市居民出行需求，尤其是普遍存在的公交拥堵问题等等，都是目前城市公共交通系统的缺陷，严重制约着城市的发展和人民生活水平的提升。同时，由于城市的公共交通系统是一个典型的、开放的、复杂的系统，因此，我们应当利用复杂系统的研究方法，以复杂网络理论为工具，将城市的公共交通网络视为一个整体，从宏观上去分析和认识，为缓解并最终解决城市的交通问题提供理论依据。

1.1.2研究目的

本课题以黄石市公交网络为例，针对中小城市公交系统中存在的枢纽站较少及功能不完善，线路布局不合理，公交吸引力弱等普遍问题，对其进行优化改善。使公交系统的线路站点连通性增强、整体服务水平提升和公交车吸引力变强。从而使得更多的城市居民愿意选择公交车为出行工具，真正地达到公交优先的目的。进一步地减少道路上的交通总流量，缓解城市内部的交通拥堵现象。

1.1.3研究意义

以黄石市的公交网络数据作为研究对象进行专项分析，探寻出公交网络现有的结构特征，准确定位出我国的中小城市公交网络的Hub节点，这对于加强公共交通网络中的重要交通基础设施的管理和优化都具有指导性意义。同时可以防止恐怖分子对城市公交网络的有目的性的攻击，提高整个城市公交的服务水平和运输效率。

因此，不论从哪个方面来说，研究本课题都是具有重大意义的。对于研究城市的公交网络领域，可以总结出中小城市公交网络所共有的结构特征。对于研究公交网络的鲁棒性与脆弱性，可以有进一步的研究成果，如能够准确定位出关键节点，并对其实施保护。对于我个人来说，通过该课题，利用实际案例来提高我解决实际问题的能力，培养我综合运用知识，将理论联系于实践的能力。通过该课题，更加培养我们的积极性与耐心，吃苦耐劳和勇于突破的精神，为我们以后的研究工作打好扎实的基础。

1.2国内外研究现状

自复杂网络理论的小世界效应^[1]和无标度性等特性^[2]的提出后，关于复杂网络理论的研究工作主要集中于理论研究和实验例证两大方向。其在交通网络方面的研究，包括轨道交通网络、航空运输网络、区域公路网络、公共交通网络等方面^[3-6]，主要集中于将交通行为的特性与交通网络结构的复杂性相结合的方面。

1.2.1国外研究现状

到目前为止，国外学者利用复杂网络理论，在交通系统方面已经有了很深入地研究。