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基于复杂网络理论的城市交通网络结构分析城市交通是现代社会生活的重要组成部分，其结构和运行方式直接关系到城市的发展和居民的生活质量。
基于复杂网络理论的城市交通网络结构分析，可以帮助我们更好地理解城市交通的特点和演化规律，并为城市规划和交通优化提供科学依据。
一、城市交通网络的复杂性城市交通网络是一个复杂的系统，由大量节点（交通枢纽）和连接这些节点的边（道路、线路）组成。
这些节点和边的连接形式、交通流量分布、运行特点都具有一定的随机性和复杂性。
1.节点与边的连接形式城市交通网络中的节点可以是不同类型的交通枢纽，如车站、机场、港口等。
这些节点之间的连接形式多样，既有高速公路、街道等线性连接，也有轨道交通线路、航线等点对点连接。
这些连接形式不仅在时空上具有分布差异，还受到地理环境和城市规划的制约，呈现出复杂性和非线性性。
2.交通流量分布城市交通网络中的节点之间存在着复杂的交通流量分布。
通常来说，城市中心区域的交通流量较大，而远离市中心的地区则较小。
同时，不同类型的交通枢纽之间的交通流量也存在差异，例如，车站附近的交通流量通常会比较大，而居民区内部的交通流量则较小。
这种交通流量的分布特点，决定了城市交通网络的结构和稳定性。
3.运行特点城市交通网络的运行特点也是复杂的。
随着城市人口的增长和交通需求的变化，交通流量的分布和网络拓扑结构都会发生变化。
这种变化可能导致一些节点和边的过载，甚至形成交通拥堵。
此外，城市交通中还存在着一定的异质性，不同类型的交通枢纽和交通工具对网络的影响也不同，这进一步增加了城市交通网络的复杂性。
二、基于复杂网络理论的城市交通网络模型基于复杂网络理论的城市交通网络模型可以帮助我们更好地理解这种复杂的系统。
在这些模型中，节点可以表示为城市中的交通枢纽，而边则表示为不同的连接方式（道路、线路等），节点之间的连接强度则表示交通流量的大小。
通过这些模型，我们可以进行各种城市交通网络的分析和仿真实验，来探索不同的交通规划策略和优化方法。
城市交通网络拓扑结构分析与优化随着城市化进程的加速，城市交通问题日益突出。
城市交通网络作为城市运行的重要组成部分，其拓扑结构对于交通效能和城市发展具有重要影响。
本文将对城市交通网络的拓扑结构进行分析与优化。
一、城市交通网络的拓扑结构分析城市交通网络的拓扑结构是指网络中各节点和连接之间的关系。
在拓扑结构分析中，我们关注的是网络的连接方式和节点之间的联系。
首先，城市交通网络的拓扑结构通常是复杂的。
城市中的节点可以是交叉口、公交站点以及地铁站等，而连接可以是道路、公交线路或者地铁线路等。
这些节点和连接构成了城市交通网络的拓扑结构。
通过对城市交通网络的拓扑结构分析，我们可以了解到城市交通网络的复杂程度和整体布局。
其次，城市交通网络的拓扑结构具有一定的规律性。
研究表明，城市的道路网络呈现出类似于分形结构的特征，即小世界网络。
小世界网络的特点是具有较短的平均路径长度和较高的聚集度。
这意味着城市交通网络中的节点之间的距离较短，并且距离较近的节点之间有较高的连接概率。
通过了解城市交通网络的拓扑结构，我们可以针对其规律性进行优化调整，提高交通效能。
三、城市交通网络的拓扑结构优化方法城市交通网络的拓扑结构优化是指通过对网络的节点和连接进行调整，以提高网络的性能和效能。
首先，优化城市交通网络的拓扑结构可以从交通枢纽的规划和布局入手。
合理规划和布局交通枢纽可以提高城市交通网络的整体效能。
例如，在规划和布局地铁线路时，可以考虑将地铁站点布置在人口密集区域和交通繁忙的区域，以满足人们出行需求。
其次，优化城市交通网络的拓扑结构还可以通过交通信号灯的调整来实现。
合理设置信号灯的时间间隔和灯色可以减少交通拥堵和等待时间，提高交通的通行效率。
此外，可以通过交通限行、公交专用道等措施，合理引导交通流动，减少交通拥堵。
最后，优化城市交通网络的拓扑结构还可以借助现代技术手段。
例如，可以利用智能交通系统来监控和管理城市交通流量，提前预警交通拥堵的发生，并调整路线和交通流向，以优化网络的拓扑结构。
城市交通网络拓扑结构与韧性研究城市交通对于一个地区的发展至关重要，而城市交通网络的拓扑结构和其韧性是决定城市交通系统是否高效和稳定的重要因素。
本文将探讨城市交通网络拓扑结构和韧性的相关研究，并分析其对城市社会经济的影响。
一、城市交通网络拓扑结构城市交通网络拓扑结构是指城市交通系统中各交通节点之间的连接方式和关系。
常见的城市交通网络拓扑结构包括网格状、星状、中心辐射状等。
不同的拓扑结构会对城市交通系统的效率和稳定性产生重要影响。
以网格状结构为例，网格状结构由一系列平行和垂直道路组成，交通节点较为规则地分布在交叉口处。
这种结构能够提供较多的最短路径选择，交通分布相对均匀。
然而，网格状结构也存在容易产生交通瓶颈的问题，尤其在高峰时段，容易导致交通堵塞。
另一个常见的拓扑结构是星状结构，其中一个中心节点连接着其他所有交通节点。
这种结构能够快速将交通流引导到各个交通节点，但也存在较大的单点故障风险。
当中心节点发生故障时，整个交通系统可能会瘫痪。
二、城市交通网络韧性的研究城市交通网络的韧性是指其在受到外界冲击或内在故障时，能够保持正常运行的能力。
研究城市交通网络的韧性，有助于提高城市交通系统的应对能力和恢复能力。
韧性研究主要关注以下几个方面：1. 鲁棒性鲁棒性是指城市交通系统对随机故障或攻击的抵抗能力。
一个鲁棒的交通网络能够在某些节点或边缘发生故障时，通过重新规划路径或调整流量分配，保持整个系统的运行稳定。
2. 弹性弹性是指城市交通系统在遭受扰动后，能够尽快恢复到正常状态的能力。
一个具有弹性的交通网络能够通过快速调整和资源分配，迅速适应外部变化，保持良好的交通运行。
3. 可恢复性可恢复性是指城市交通系统在遭受严重破坏后，能够快速恢复到正常运行状态的能力。
这需要城市交通系统能够通过紧急设施的启用、交通信息的传递等措施，尽快恢复破坏的区域和连接。
三、城市交通网络拓扑结构与韧性的关系城市交通网络的拓扑结构与其韧性之间存在密切关系。
城市交通网络的复杂性研究引言：在现代城市中，交通网络是城市运行的基础和核心。
城市交通网络的复杂性成为了需要深入研究的重要问题之一。
通过对城市交通网络的复杂性进行研究，我们可以更好地理解城市交通的特征、挑战和未来发展方向。
本文将探讨城市交通网络的复杂性，并介绍一些与之相关的研究和方法。
一、城市交通网络的概述城市交通网络是由道路、公交、地铁、自行车等交通方式组成的复杂系统。
它通过连接各个地方，实现人和物的移动。
城市交通网络的复杂性表现在多方面，包括网络拓扑结构、节点和边的特征、交通流量分布等。
1.1 网络拓扑结构城市交通网络的拓扑结构是指网络中节点和边的连接方式和分布情况。
该结构具有复杂的非线性特征，包括节点的度、网络的连通性、网络的层级结构等。
研究发现，城市交通网络的拓扑结构具有小世界特性和无标度特性，即网络中节点的连接呈现出短路径长度和高度集聚的特点。
1.2 节点和边的特征城市交通网络中的节点代表交通网络的各个交叉口或站点，边代表各个节点之间的连接。
节点和边的特征可以反映城市交通网络的复杂性。
例如，节点的度分布可以展示节点之间的联系密度，边的权重可以表示道路或路径的通行能力。
研究表明，城市交通网络中节点的度分布符合幂律分布，边的权重呈现种类多样化和不均匀分布的特征。
1.3 交通流量分布城市交通网络的复杂性还表现在交通流量的分布上。
交通流量的分布可以影响交通网络的拥堵情况，并反映城市交通的繁忙程度。
研究发现，城市交通网络中交通流量呈现出均衡性和不均衡性的特点。
某些道路或路径上的交通流量往往比其他路段更大，这也导致了交通拥堵的问题。
二、城市交通网络复杂性的研究方法为了研究城市交通网络的复杂性，学者们提出了许多方法和模型。
这些方法能够帮助我们更好地理解城市交通网络的动态特性和规律。
以下是其中一些常用的方法：2.1 复杂网络理论复杂网络理论为城市交通网络的研究提供了理论基础。
通过复杂网络理论，可以揭示城市交通网络的拓扑结构、节点和边的特征以及交通流量的分布规律。
北京市地铁规划的复杂网络拓扑特性研究摘要：地铁网络是由轨道线路和车站组成的复杂网络，文章在复杂网络理论的基础上研究地铁结构特性。
以北京2号线范围内网络为研究对象，建立轨道交通网络样本，并通过网络特征参数分析其结构特性，在研究结果的规律上分析地铁拥堵的现象，研究结果对城市地铁未来的发展及建设提供理论依据。
关键词:地铁;复杂网络;拓扑结构1 北京市轨道交通结构特性分析1.1度和度分布度是描述复杂网络中节点特性的指标，记为：。
在某种意义上也是重要性的指标。
度的平均值表示网络的平均度。
度k的分布函数p(k)表示度为k的节点的出现概率。
首先，根据北京市地铁2号线范围分析样本,可得出分析样的结点数量为34，用matlab运行程序得出各节点度，总度数为86。
分析其各个站点，其中：积水潭度为2 、宣武门度为3、天安门东度为2 、鼓楼大街度为3、长椿街度为2 、王府井度为2、安定门度为2、雍和宫度为3、东直门度为2、东四十条度为2、复兴门度为3、阜成门度为2、车公庄度为3、东单度为4、灯市口度为2、东四度为4、张自忠路度为2、西直门度为3、新街口度为2、平安里度为4、朝阳门度为3、北新桥度为2、南锣鼓巷度为3、建国门度为3、北京站度为2、崇文门度为3、前门度为2、西四度为2、灵境胡同度为2、北海北度为2、什刹海度为2、西单度为4、天安门西度为2、和平门度为2。
其次，根据matlab运算平均度为2.52。
即每个车站节点平均约与其他2至 3个车站直接连接，这一结果与地铁线路的实际结构相符合。
在网络所有节点中,度较小的节点占大多数,而度较大的节点所占比例较小，轨道交通网络节点的度分布呈现出无标度特性，若将度1的节点与度为2的节点归为一类，看作“度较小”的节点,可以得到网络的度分布拟合，服从幂律分布。
同时网络节点的度值大小反映了北京市轨道交通的各个站点与其他站点直接相连接的边的数量。
某站点的度值大说明该站点所处的实际地理空间位置具有便利的交通条件，也说明该站点是轨道交通网络中的交通枢纽站.在实际交通规划中需要加强这些度值大的枢纽站点的基础设施,以便于缓解交通拥堵,特别是对市民上下班高峰时期的及时疏散具有重大意义。
城市交通网络拓扑分析与优化研究随着城市化的不断发展和人口的快速增长，城市交通问题成为各大城市面临的一大挑战。
为了更好地解决这一问题，人们开始对城市交通网络进行拓扑分析与优化研究。
通过分析城市交通网络的拓扑结构，可以揭示其内在的规律和特征，并提出相应的优化策略，以改善交通效率和减少拥堵现象。
首先，对城市交通网络进行拓扑分析可以帮助理解其结构和功能。
城市交通网络是指连接城市内不同地点的道路和交通设施的复杂系统。
通过构建交通网络的节点和边，可以将城市的交通系统抽象为一个图结构。
通过对网络中节点的度分布、聚集系数、平均路径长度等指标的计算，可以了解到不同交通节点的连接情况和整个网络的连通性。
同时，还可以通过对网络中边的权重和流量的分析，揭示车流量的分布情况，识别拥堵点和瓶颈，从而为后续的优化工作提供指导。
其次，拓扑分析可以帮助揭示城市交通网络的特征与模式。
每个城市的交通网络都有其独特的特征与模式，如城市内部连接性的特点、交通集散中心的分布规律等。
通过对多个城市交通网络的拓扑进行对比分析，可以发现不同城市之间的异同点，进而为交通规划和设计提供经验和借鉴。
例如，对于拓扑结构更为复杂的大城市，可以采取分级、环线等方式来优化交通网络布局；对于小城市，则可以利用主干道与支路之间的合理连接来提高交通网的可达性和运行效率。
进一步，拓扑分析为城市交通网络的优化提供了思路和方法。
通过分析交通网络中的关键节点和重要枢纽，可以确定重点改造和升级的地点，以提高整个网络的运行效率。
例如，将一些关键路段进行扩容或改造，增加交通流的容纳能力，缓解拥堵情况。
同时，借鉴其他城市的交通网络设计和优化方案，可以为改善城市交通提供更多的思路。
另外，还可以通过引入智能交通系统、交通导航和优化算法等技术手段，提高交通网络的自适应能力和智能化水平，实现交通的快速响应和高效运行。
最后，拓扑分析也可以为城市规划和交通政策的制定提供科学依据。
通过对城市交通网络的拓扑特征和发展趋势进行研究，可以为城市规划师和决策者提供参考，制定合理的交通规划和政策。
基于复杂网络的交通网络复杂性研究交通网络是人类社会生活和经济发展中不可或缺的重要组成部分，它直接影响着人们的生活质量和经济效益。
在城市化和工业化不断发展的背景下，交通网络不断扩展和变化，其复杂程度也不断加深。
因此，基于复杂网络的交通网络复杂性研究就显得尤为重要。
复杂网络理论是近年来新兴的交叉学科，它有着广泛的应用前景。
其中，复杂网络的研究方法和工具被广泛应用于城市交通网络的研究和分析。
复杂网络理论可以从节点、边和网络三个层面来研究交通网络的复杂性。
首先，从节点层面出发，研究节点的关联和属性。
在交通网络中，节点可以是道路和交叉口等，这些节点不仅仅是一个简单的点，而是具有一定的属性和特点。
复杂网络理论可以通过节点的度分布、中心性以及模块性等指标来研究节点的重要性和关联程度，进而可以识别出交通网络中的瓶颈节点和关键节点。
其次，从边层面出发，研究道路之间的联系和交通流动。
在交通网络中，道路之间是存在着一定的联系和相互影响的，例如，某些道路的拥堵程度可能会影响到其他道路的通行情况。
复杂网络理论可以通过研究边的度分布和强度分布等指标来分析边的重要性和影响程度，从而可以评估交通网络的鲁棒性和稳定性。
最后，从网络层面出发，研究交通网络整体结构和演化特征。
交通网络是一个由节点和边组成的复杂网络，因此网络结构和演化特征是交通网络复杂性的重要表现。
复杂网络理论可以通过研究交通网络的拓扑结构、演化规律和复杂性度量等指标来分析交通网络的演化特征和复杂度变化趋势。
总之，基于复杂网络的交通网络复杂性研究有助于深入了解交通网络的结构、演化和稳定性等特征，为交通规划、调度和管理提供科学依据。
随着城市化进程的不断深化，交通网络的复杂性研究将会成为交通领域的一个热门研究方向。
交通网络的复杂性分析与优化控制在当今城市化进程高速发展的背景下，城市里的交通问题也日益凸显。
人口密集、车辆增多、道路狭窄等问题十分常见，给人们的出行带来很大的不便。
因此，交通网络的优化和控制显得越来越重要。
本文将对现有的交通网络的复杂性进行分析，并提出一些优化控制策略，帮助实现交通网络的平稳高效运行。
首先，我们需要明确一个重要的概念——复杂性。
交通网络复杂性是指交通系统的众多组成部分之间互相依存、相互作用的关系、互动性和互异性的总和。
这意味着交通系统是个复杂的系统，或者说是由多个子系统组成的。
每个子系统都有其独特的特征和问题。
例如，车辆子系统、公共交通子系统和行人子系统等。
如何面对这些不同的子系统，最大限度地实现整个交通网络的最优运行，就需要对交通网络进行复杂性分析，并采取相应的优化控制策略。
交通网络的复杂性分析需要考虑以下几个方面。
首先，是交通网络的拓扑结构。
交通网络的节点和连边的设置会对整个交通网络的运行产生很大影响。
因此，交通网络的拓扑结构需要充分考虑城市建设和道路规划等方面的要求。
其次，是交通流的复杂性。
交通流包括车辆流和行人流，各自都有不同的特征和问题。
车辆流的速度与密度成反比，而行人流则会受到拥挤、拥堵和人性化需求等多种因素的影响。
再次，是交通网络的控制策略。
交通网络的控制策略是指如何进行交通流量的调度，包括信号灯控制、道路限行等措施。
而这些控制策略的实施需要充分考虑人性化需求，以及城市塑造的方向。
针对上述分析，我们可以提出一些优化控制策略。
一、优化交通信号配时。
交通信号配时对交通拥堵和行驶时间等方面有很大的影响。
合理地调整信号时长和相位，可以降低拥堵程度和交通瓶颈的产生。
二、完善公共交通。
完善公共交通，包括地铁、公交和轨道交通等，可以减少私人车辆对道路的占用。
而公共交通的完善需要充分考虑人性化需求，关注乘客的乘坐体验和便利度。
三、优化交通指引系统。
交通指引系统是交通网络中的一个重要组成部分，可以提供行驶信息和路线建议。
交通网络拓扑结构研究交通网络是现代城市运转的重要组成部分，它连接着城市内外各个区域，为人们出行提供了便利。
而交通网络的拓扑结构则是决定着其运行和效率的关键因素之一。
在交通网络的研究中，探索拓扑结构是一项重要的任务，它涉及到网络的连接方式、节点分布以及网络的层级结构等方面。
交通网络的拓扑结构与城市形态有着密切的关系。
城市的规模、形状和人口密度等因素都会对交通网络的拓扑结构产生影响。
研究人员发现，城市越大，其交通网络的规模和复杂程度也越高。
拓扑结构的分析可以帮助我们了解城市的运输状况，从而为改善城市交通提供决策依据。
在交通网络的拓扑结构研究中，我们常常将网络分为不同的层级。
最基本的层级是道路网络，它由道路、街道等线性结构构成，连接着城市内外的各个区域。
道路网络的结构可以通过分析道路的长度、密度以及连接方式等指标来进行研究。
接下来是公共交通网络，包括公交线路、轨道交通等。
公共交通网络的拓扑结构则与站点的位置、线路的分布等因素有关。
此外，还可以考虑到自行车道和步行街等非机动车网络的拓扑结构。
研究人员通过对不同城市的交通网络进行拓扑结构分析，发现存在着一些普遍规律。
例如，大多数城市的交通网络呈现出辐射状或者网状的结构。
辐射状的结构意味着交通网络以一个中心为起点向四周辐射，这通常出现在城市中心区域较小的城市。
而网状的结构则意味着交通网络更加密集，呈现出一种多中心的分布特点，这通常出现在城市中心区域较大的城市。
通过研究这些拓扑结构，我们可以了解到交通网络的脉络，为规划城市交通提供参考。
除了基本的拓扑结构，还有一些复杂的网络结构值得研究。
例如，研究人员发现，城市中的高速公路系统往往呈现出一个“小世界”网络结构。
这意味着高速公路系统中的节点之间距离短，信息传递高效。
此外，随着数据的不断积累，研究人员开始利用网络科学的方法对交通网络进行建模和分析。
他们发现，交通网络中的节点和边具有一定的分布规律，可以通过构建网络模型来预测交通流量和拥堵状况。
附件2论文中英文摘要作者姓名：吴建军论文题目：城市交通网络拓扑结构复杂性研究作者简介：吴建军，男，1973年5月出生，2004年9月师从于北京交通大学高自友教授，于2008年6月获博士学位。
现为北京交通大学讲师。
中文摘要城市交通作为交通运输系统的重要组成部分，是承载人类活动的基本构件之一，是城市繁荣、有序和高速发展的主要支撑条件。
而日益严重的交通问题，严重影响了城市的经济建设和运行效率，也给人们的工作和生活带来了种种不便与损害，已经成为制约城市可持续发展的主要瓶颈。
众所周知，城市交通系统是一个典型的、开放的、复杂巨系统，城市交通运行规律极其复杂。
在新的形势下，要缓解城市交通问题，构筑和谐交通体系，需要应用复杂系统的研究方法，结合系统科学的原理、多学科交叉的理论体系对城市交通系统复杂性开展深入的理论和应用研究，从整体、宏观的角度去认识整个交通系统，理解城市交通网络演化的内在机理和运行规律。
城市交通系统由道路子系统、流量子系统以及管理子系统组成，它的复杂性涉及到方方面面。
具体包括以下几点：（1）人-车流以及道路、交叉口、枢纽等交通工程及控制设施众多，且各组分之间联系紧密；（2）系统中的人-车流具有智能性，能够对周围环境变化作出反应，具有自组织、自适应和自驱动等能力；（3）网络中运动的人-车流之间存在强烈的非线性相互作用；（4）交通系统具有动态性和随机性，处于不断地发展变化之中；（5）系统的高度开放性又进一步加深了交通系统的复杂性。
因此，与其相关问题的研究极具挑战性，特别是网络结构与出行者博弈行为二者之间的相关关系。
近几年发展起来的复杂网络方法，为我们研究系统复杂性提供了一个新视角、新方法。
小世界效应与无标度特性的科学发现掀起了对复杂网络结构及其动力学特性的研究热潮，提高了人们对现实世界的科学认识。
随着研究的深入，对于复杂网络的探讨已经渗透到包括社会学、生物学、物理学、经济学、计算机机科学以及交通运输等各领域中。
应用复杂网络理论，从理论上分析城市交通网络结构复杂性，是研究复杂交通网络的关键所在，同时也是城市交通网络研究的基础理论问题之一。
研究城市交通网络结构复杂性，不仅包括交通网络本身的拓扑特性，更为重要的是要研究不同网络拓扑条件下城市交通所体现出来的特征。
城市交通网络具有其它复杂网络相似的一些拓扑特性，但又具有不同于其它复杂网络的显著特点，如自主性和选择性。
同时人们逐渐认识到，解决大城市交通问题，必须以路线及道路网络为对象进行全面的分析。
而且对本身是动态实体的城市交通网络来说，适应性和动态性也是它具有的基本特性。
这意味着城市交通网络拓扑结构不是固定的、成熟的、也不是一成不变的。
相反由于外部作用的驱动或者内部元素的作用，允许它随时间进行演化和调节。
因此开展此方面的研究可以从宏观角度帮助我们理解城市交通网络演化的内在机理和运行规律，进而为提出解决交通问题的有效方法提供理论基础。
对切实提高整个路网承载能力，充分利用现有交通资源，减少我国交通建设设计、管理和控制的盲目性，科学地制定城市交通的发展战略规划，发展先进的交通管理与控制技术打下坚实的理论基础。
本论文主要基于复杂网络理论和交通出行者行为科学，通过融合城市交通网络自身的一些特点，研究了城市交通网络拓扑结构复杂性。
具体来讲，本论文研究工作主要有如下几个方面：（1）基于复杂网络及交通出行者行为科学的相关理论，建立了不同路网拓扑结构（无标度、小世界和随机网）与交通流量之间的相关关系，分析了三种路网拓扑结构的交通承载力，发现当交通需求量较小时，随机网络的承载力较大。
随着交通需求量的增加，无标度网络反而表现出较大的承载力。
因此，对于大规模的城市交通网络，无标度网络是较理想的网络拓扑。
在上述结论的基础上，进一步研究了此类拓扑网络中度分布指数、交通需求量与交通阻塞之间的关联关系，进而为解决网络拓扑与流量承载力的关系难题提供了新的视角。
此外，基于网络的观点进一步讨论了最优交通网络拓扑，分析了此类拓扑网络中度分布指数、交通需求量与交通阻塞之间的关联关系；（2）交通网络上的级联失效问题是研究其复杂性的一个热点问题。
在实际的交通网络中，由于受到路段阻抗的影响，从而改变人们的出行路径选择行为，因此城市交通网络上的级联失效过程较其它网络更加复杂。
本论文研究了用户平衡条件下城市交通网络中的级联失效问题，建立了不同去除策略下的级联失效模型、边-点-边级联失效模型和点能力动态更新的级联失效模型，分析了级联失效的过程及机理，探讨了相关的控制措施及缓解方法；建立了基于介数的能力分配模型以提高网络的鲁棒性，并把模型扩展到交通网络上，提出了考虑有效性的路段重要性度量方法。
在上述基础上提出了有限资源条件下的能力分配模型和抵抗网络级联失效的利润函数，分析了路段重要性分布的幂律特性以及利润与能力分配系数之间的关系,从而降低了城市交通网络产生级联失效的风险；（3）城市交通中蕴涵着许多经济学问题，例如用户均衡的效率损失上界以及缓解交通阻塞的经济方法。
结合交通出行行为科学和复杂网络理论，论文研究了不同网络拓扑和个体路径选择行为条件下城市交通网络上的统计特性及其一般规律。
分析了非线性阻抗函数时用户均衡效率损失上界，发现不同拓扑上的用户均衡效率损失是有界和有序的，均匀网络具有较好的抗自由竞争能力，而高聚类高集群的非均匀网络这种能力较差。
此外，通过研究最小支撑树上的流量分布规律，发现最小支撑树上流量占总系统流量的比例接近于一个常数。
进一步研究表明，交通网络上的阻塞与OD流量之间存在某种幂律关系。
这些一般规律对进行交通网络规划与设计具有科学的理论意义；（4）通过分析典型组元上的统计特性，提出了用以缓解交通阻塞的三种策略，结论表明提高最小费用权重支撑树上的一小部分路段能力就可以有效的改善整个交通系统的阻塞程度；而提高最小支撑聚类上的一小部分路段能力就可以有效改善局部交通拥堵；（5）最后通过构建两种公交网络拓扑抽象，发现当不考虑中间站点时，北京市公交网络度分布具有幂律特性，而当考虑中间站点时，北京市公交网络却具有明显的小世界特性。
此外，在上述基础上对北京市公交网络的鲁棒性问题进行了模拟攻击实验，发现北京市公交网络具有较好的局部有效性，但其全局有效性较差。
在实证统计分析的基础上，研究了国家高速公路网络拓扑特性及其鲁棒性，并对2008年春节南方雪灾事件进行了模拟攻击实验。
关键词：城市交通；复杂网络；级联失效；鲁棒性Studies on the Complexity of Topology Structure in the Urban TrafficNetworkWu JianjunABSTRACTAs an important component of traffic systems, urban traffic is not only a basic part to bear the human activities, but also the main supporting condition for the city prosperity, ordered and high-speed developments. However, increasing traffic problems have affected the city’s economic construction and the operating efficiency, even do much harm and inconvenience to our life and work. Therefore, traffic problems have become a great bottleneck of the urban sustainable development.It is well known, the urban traffic is a classic, exoteric and complex system, and its running rule is also intricate. Under the new situation, in order to alleviate traffic problems in large cities and build a harmonious transportation system, it is necessary to develop theoretical and applied research with complex systems methods through combining the principle of system sciences and the interdisciplinary theoretical system. On the other hand, we should recognize and understand the evolution and internal operating mechanism of urban traffic network from the whole and macro viewpoints. Urban traffic system consists of road sub-system, flow sub-system and management sub-system, in which every aspect is very complexity. It has the following features: (1) There are large number of traffic engineering and control facilities with a close links between the various components, such as people-vehicle flow, road, intersection, and hub, and so on. (2) People-vehicle flow in the traffic system has the intelligence, able to respond to changes in the surrounding environment. Additionally, the system has the self-organizing, adaptive and self-drive capacity, etc.(3) There has a strong nonlinear interaction between the people and vehicle flow in the traffic system. (4) The traffic system with dynamic and stochastic is constantly development. (5) A high degree of openness is further deepened the complexity of the transport system. Therefore, it is a challenging for us to study the related problem, especially for the correlation between network structure and traveler game behavior.Complex networks theory provides a new view and method for studying the system complexity. The finding of small-world effects and scale-free property has attracted a great deal of attention to the complex network structure and dynamics in recent years, which raises the science awareness of the real world. With the in-depth research for complex networks, it has infiltrated including sociology, biology, physics, economics, computer science, as well as transport and otherareas.The key problem of complex traffic networks is to analyze their structure complexity including the topology complexity and the characteristics in different topologies, which is also a foundational theory of the urban traffic. The urban traffic network has some similar topology characteristics as other complex networks. However, many different properties are found in the urban system, such as autonomous and selective behaviors. Moreover, it has become a commonsense that we should study the urban traffic systematically from road lane to road network. In addition, adaptability and dynamic characteristics are also important properties, which mean that their topology structures are not fixed and unchangeable, and they will evolve with time under the external and internal force drive.Therefore, the related study can help us to understand the evolution of urban traffic networks within the mechanism and operation rules from a macro perspective, and then propose the effective way to alleviate the traffic problems. Meanwhile, it can provide a solid theoretical basis to increase the capacity of road network efficiently, full use of existing transportation resources, reduce the blindness in the traffic design, management and control, scientifically formulate urban transport development strategy planning and development of advanced traffic management and control technology to lay a solid theoretical basis.This dissertation, from the points of complex network theory and traveler behavioral sciences, studies the complexity of topology structure for the urban traffic network with the consideration of some features in the traffic system. The main contents of this dissertation are summarized as follows:(1) Based on complex network and traveler behavioral science theory, the correlation is proposed between the road network topologies (scale free, small world and random networks) and the traffic flow. We analyse the traffic bearing capacity in three kinds of road network topology. It is found that when the traffic demand is small, random networks can bear a larger traffic flow. As the traffic demand increases, scale-free network shows a greater carrying capacity. Therefore, for large-scale urban traffic network, scale-free network is an ideal network topology. Based on the above findings, the relationship between the degree distribution exponent, traffic demand and traffic congestion is further studied. It provides a new perspective for us to study the problem between the network topology and the traffic carrying capacity. In addition, we further discuss the optimal transportation network topology with the network-based point of view, and give an analysis of the degree distribution exponent, traffic demand and traffic congestion in this topology.(2) Cascading failure is a hot issue to study the complexity on the transport network. In the real traffic network, due to the impact of link cost, people will change their travel route choice behavior. So in the urban traffic network, the process of cascading failure is more complex than theother networks. This dissertation examines this problem with the consideration of the user equilibrium, proposes three models, e.g., different removal strategies cascading failures model, edge-node-edge cascading failure model and dynamical node-capacity update cascading failure model, to capture the dynamics of cascading failures in the urban traffic network, and analyse the cascading failure process and mechanism. Based on these models, we give the relevant control strategies and alleviate methods. Additionally, a capacity assignment model is established to improve the network’s robustness. Then, we extend the model to traffic networks and propose a new method to measure the link importance by considering the efficiency of traffic networks. The link-importance-based capacity assignment model with limited resources and profits functions to resist the cascading failures are given. The power-law form of link-importance distribution and the relationship between the profit function and assignment parameter are analysed. The results can be used to decrease the risk of cascading failures of traffic network.(3) Thirdly, many economic problems exist in the urban traffic, e.g., the upper bound of the efficiency loss for user equilibrium and the economical method to alleviate the traffic congestion. The efficiency loss for user equilibrium in different topologies with nonlinear cost functions and the general law under the traffic congestion condition are investigated. Results show that the upper bound of the loss is limited and ordered. And there exists a higher resistance to the free competition for homogeneous networks than that of heterogeneous networks. Based on these results, the bottleneck identification and the strategy to alleviate the traffic congestion are proposed. In addition, by studying the traffic flow distribution rule in the minimum spanning tree, it is found that the proportion of the minimum spanning tree in the total system is close to a constant. Further studies have shown that the relationship between the traffic congestion on the network and the OD flow exhibits the power-law form. These general rules have scientific theoretical significance in the traffic network planning and design.(4) By analyzing the statistical properties in the typical components, three strategies to relieve traffic congestion is proposed. The conclusion shows that raising a small section of link capacity in the minimum cost weight spanning tree can effectively improve the overall traffic system congestion level. While, increased a small portion of road capacity in the minimum spanning cluster is effective in improving local traffic congestion.(5) Finally, two kinds of public transit network topology are constructed. It is found that when not considering the middle of the site, the Beijing public transit network has a power-law degree distribution property. But when considering the middle of the site, the Beijing public transit network has obvious characteristics of a small world effects. In addition, based on the above-mentioned methods, Beijing's public transit network robustness is investigated by a simulated attack experiment. We found that Beijing public transit network has a good local effectiveness, but theoverall effectiveness is poor. Based on the statistical analysis, the national highway network topology characteristics and robustness is researched. Additionally, an attack experiment is simulated for the 2008 South Spring the snowstorm events.Key words: Urban traffic; Complex network; Cascading failures; Robustness。
