1、城市交通作為交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分，是承載人類活動的基本構件之一，是城市繁榮、有序和高速發(fā)展的主要支撐條件。而日益嚴重的交通問題，嚴重影響了城市的經濟建設和運行效率，也給人們的工作和生活帶來了種種不便與損害，已經成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。 眾所周知，城市交通系統(tǒng)是一個典型的、開放的、復雜巨系統(tǒng)，城市交通運行規(guī)律極其復雜。在新的形勢下，要緩解城市交通問題，構筑和諧交通體系，需要應用復雜系統(tǒng)的研究方法，結合系統(tǒng)科學的原理

2、、多學科交叉的理論體系對城市交通系統(tǒng)復雜性開展深入的理論和應用研究，從整體、宏觀的角度去認識整個交通系統(tǒng)，理解城市交通網絡演化的內在機理和運行規(guī)律。 近幾年發(fā)展起來的復雜網絡方法，為我們研究系統(tǒng)復雜性提供了一個新視角、新方法。小世界效應與無標度特性的科學發(fā)現掀起了對復雜網絡結構及其動力學特性的研究熱潮，提高了人們對現實世界的科學認識。隨著研究的深入，對于復雜網絡的探討已經滲透到包括社會學、生物學、物理學、經濟學、計算機機科學以及

3、交通運輸等各領域中。 應用復雜網絡理論，從理論上分析城市交通網絡結構復雜性，是研究復雜交通網絡的關鍵所在，同時也是城市交通網絡研究的基礎理論問題之一。研究城市交通網絡結構復雜性，不僅包括交通網絡本身的拓撲特性，更為重要的是要研究不同網絡拓撲條件下城市交通所體現出來的特征。城市交通網絡具有其它復雜網絡相似的一些拓撲特性，但又具有不同于其它復雜網絡的顯著特點，如自主性和選擇性。同時人們逐漸認識到，解決大城市交通問題，必須以路線及道路

4、網絡為對象進行全面的分析。而且對本身是動態(tài)實體的城市交通網絡來說，適應性和動態(tài)性也是它具有的基本特性。這意味著城市交通網絡拓撲結構不是固定的、成熟的、也不是一成不變的。相反由于外部作用的驅動或者內部元素的作用，允許它隨時間進行演化和調節(jié)。 本論文主要從復雜網絡理論和網絡優(yōu)化觀點出發(fā)，結合城市交通網絡自身的特點，研究了城市交通網絡拓撲結構復雜性。具體來講，本論文研究工作主要有如下幾個方面： (1)將用戶平衡配流與復雜網絡理

5、論相結合，研究了網絡拓撲對交通阻塞的影響以及網絡拓撲與交通流量的關系，并基于網絡的觀點進一步討論了最優(yōu)交通網絡拓撲，分析了此類拓撲網絡中度分布指數、交通需求量與交通阻塞之間的關聯關系； (2)級聯失效是研究復雜網絡的一個重要分支，本論文應用復雜網絡理論研究了城市交通網絡上的級聯失效問題，建立了三個城市交通網絡級聯失效模型，即基于不同移除方式的城市交通網絡級聯失效模型、邊-點-邊級聯失效模型以及點能力動態(tài)更新級聯失效模型，并在不同

6、網絡上進行了模擬實驗； (3)城市交通中蘊涵著許多經濟學問題，例如用戶均衡的效率損失上界以及緩解交通阻塞的經濟方法。本論文研究了非線性阻抗函數條件下不同網絡拓撲上的用戶平衡效率損失以及阻塞條件下城市交通網絡上呈現的一般規(guī)律。發(fā)現不同拓撲上的用戶均衡效率損失是有界和有序的，均勻網絡具有較好的抗自由競爭能力，而高聚類高集群的非均勻網絡這種能力較差。并以此為基礎，研究了基于網絡的交通瓶頸識別及改善策略； (4)建立了基于介數的