關(guān) 偉，吳建軍，高自友*

(北京交通大學(xué)a.綜合交通運(yùn)輸大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100044)

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)已被廣泛地應(yīng)用于描述各種物理結(jié)構(gòu)、信息結(jié)構(gòu)和社會(huì)結(jié)構(gòu).網(wǎng)絡(luò)一般包含兩個(gè)基本元素，即節(jié)點(diǎn)和連接節(jié)點(diǎn)的邊(有方向的邊稱為弧)，如果網(wǎng)絡(luò)中有弧存在，則稱為有向網(wǎng)絡(luò).通常描述一個(gè)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)不僅需要刻畫網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)，還要疊加交通量(可以是人員、車輛、貨物等)在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)或位移，因此，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)與一般網(wǎng)絡(luò)相比包含了更多的特性，需要探討諸如OD需求、能力約束、路徑選擇、費(fèi)用函數(shù)等帶有明顯交通特征的問題[1].

網(wǎng)絡(luò)化是交通運(yùn)輸系統(tǒng)的自然屬性，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與管理、系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)與服務(wù)，以及相關(guān)配套的政策與管理體制對(duì)于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化都有內(nèi)在需求.交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)按照傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式可劃分為道路交通網(wǎng)絡(luò)、軌道交通網(wǎng)絡(luò)、航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)、水路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)及管道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)等.綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)則是由多方式交通設(shè)施子網(wǎng)絡(luò)和銜接不同設(shè)施子網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的，其基本存在形式是復(fù)合、異構(gòu)的多方式設(shè)施子網(wǎng)絡(luò)和人流、非機(jī)動(dòng)車流、機(jī)動(dòng)車流、公交車流和列車流等多行為主體的異質(zhì)交通流[2].

在靜態(tài)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，通常用網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)表示交通流的重要集散點(diǎn)，如綜合交通樞紐、機(jī)場(chǎng)、車站、公交站點(diǎn)等，網(wǎng)絡(luò)的邊表示集散點(diǎn)之間的連接通道，如道路、軌道線路、航線、公交線路等.圖1為紐約原始交通網(wǎng)絡(luò)及部分節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱D，圖1(b)中節(jié)點(diǎn)字母和數(shù)字代表線路名稱.在動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)的邊通常被賦予某個(gè)相應(yīng)動(dòng)態(tài)變量權(quán)重，如交通流量、客流量、服務(wù)頻率等.由于交通流量在網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)具有方向性，故網(wǎng)絡(luò)圖通常都是有向圖.

圖1 紐約交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D[3]Fig.1 Network of New York City[3]

交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中各元素之間的耦合關(guān)系十分復(fù)雜，是一個(gè)典型的開放、非線性、動(dòng)態(tài)復(fù)雜巨系統(tǒng).交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程是指從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的視角出發(fā)，依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)與工程的理論與方法，充分利用先進(jìn)的信息、通訊、控制與計(jì)算機(jī)等技術(shù)，協(xié)調(diào)有效地組織管理交通系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段的一門技術(shù)，是交通系統(tǒng)科學(xué)基本規(guī)律在實(shí)際交通運(yùn)輸管理中的應(yīng)用.目前的智能交通管理系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與交通信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整合.在這個(gè)大系統(tǒng)中，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，信息網(wǎng)絡(luò)相對(duì)而言是一種虛擬網(wǎng)絡(luò)，虛實(shí)整合產(chǎn)生單一網(wǎng)絡(luò)無法產(chǎn)生的高一層面上的更高綜合效率[4].近年來，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，正在朝著數(shù)字化、智能化方向快速發(fā)展，并成為“交通大腦”“智慧城市”的核心組件之一.

1 交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程中的科學(xué)問題

交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程涉及交通運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析、交通運(yùn)輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)組織管理，以及城市交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化信號(hào)控制與誘導(dǎo)等多個(gè)研究領(lǐng)域.下面就上述3個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)闡述.

1.1 交通運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析

交通運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析的目標(biāo)是希望將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于交通運(yùn)輸系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段.從“結(jié)構(gòu)決定功能”的角度出發(fā)，通過研究諸如交通擁堵在城市路網(wǎng)中產(chǎn)生及傳播機(jī)制，交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性、可靠性、魯棒性與抗毀性等問題，從宏觀層面深入了解交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能之間的互饋耦合關(guān)系及演化機(jī)理，進(jìn)而為解決交通網(wǎng)絡(luò)中存在的實(shí)際問題提供一種新的研究視角[5].復(fù)雜交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的早期研究主要集中于利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，探討分析靜態(tài)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)計(jì)特性.隨后圍繞動(dòng)態(tài)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的生成、演化機(jī)理及其上的動(dòng)力學(xué)問題展開研究，并進(jìn)一步延伸至網(wǎng)絡(luò)上出行行為的復(fù)雜性，期望發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)復(fù)雜機(jī)理.交通運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析的核心問題是探索不同交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與交通動(dòng)力學(xué)時(shí)空演化規(guī)律、網(wǎng)絡(luò)承載力、可靠性之間的動(dòng)態(tài)耦合及匹配關(guān)系.這既是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題，也對(duì)實(shí)際交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及組織運(yùn)營(yíng)優(yōu)化具有理論指導(dǎo)作用.

下面主要從不同交通方式的角度對(duì)相關(guān)研究及其中蘊(yùn)含的科學(xué)問題進(jìn)行論述.

(1)對(duì)于城市道路交通網(wǎng)絡(luò)，將道路交通流模型、網(wǎng)絡(luò)交通流模型與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法相結(jié)合，尋找交通網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)規(guī)律是一個(gè)重要的研究方向.城市道路網(wǎng)絡(luò)形態(tài)與城市規(guī)劃的思維、理念及城市文化等密切相關(guān)，在城市道路網(wǎng)長(zhǎng)期演化過程中，會(huì)呈現(xiàn)出從規(guī)則結(jié)構(gòu)到隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同結(jié)構(gòu)特征.一般情況下，完全自組織演化的城市街道(道路)網(wǎng)絡(luò)會(huì)呈現(xiàn)出與非空間網(wǎng)絡(luò)類似的無標(biāo)度特性，而經(jīng)過精心規(guī)劃的城市街道(道路)網(wǎng)絡(luò)則難以出現(xiàn)這樣的網(wǎng)絡(luò)特征[6].同時(shí)，由于交通網(wǎng)絡(luò)具有典型的動(dòng)態(tài)性，交通系統(tǒng)中需求動(dòng)態(tài)演化、流量傳播及失效過程更具復(fù)雜性.高自友等[7]利用改進(jìn)的元胞傳輸模型分析突發(fā)事件所導(dǎo)致的擁堵在路網(wǎng)中的傳播規(guī)律，通過識(shí)別擁堵瓶頸，提出了擁堵消散的動(dòng)態(tài)控制策略.隨后又開展了一系列研究，包括網(wǎng)絡(luò)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)交通擁堵規(guī)律的影響及各種緩解控制策略等.Sun 等[8]發(fā)現(xiàn)雖然交通網(wǎng)絡(luò)上個(gè)體出行特性各異，但群體分布卻不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和交通狀況的影響，都接近用戶均衡，該結(jié)果有助于理解城市交通網(wǎng)絡(luò)上的平衡機(jī)制.Yan 等[9]提出一個(gè)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中出行需求的普適模型.Zhao 等[10]引入相對(duì)鄰域圖作為獲取道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣鞯倪B接機(jī)制；He 等[11]通過將移動(dòng)定位數(shù)據(jù)“映射到網(wǎng)格”的方法構(gòu)造交通時(shí)空?qǐng)D；Jiang等[12]利用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性描述交通擁堵導(dǎo)致交通崩潰的概率特征.

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市的交通路網(wǎng)特征、出行模式特征等呈現(xiàn)出高密度、高聚集、強(qiáng)相關(guān)等網(wǎng)絡(luò)屬性，交通事件的傳播具備了網(wǎng)絡(luò)傳播的特點(diǎn)，而滲流理論可以很好地用來描述復(fù)雜交通網(wǎng)絡(luò)的可靠性.基于滲流理論的交通可靠性分析方法，突出了“網(wǎng)絡(luò)”維度，可以充分挖掘路網(wǎng)交通流的時(shí)空關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定網(wǎng)絡(luò)層面上交通系統(tǒng)功能顯著降級(jí)的“滲流相變點(diǎn)”，進(jìn)而刻畫擁堵從局域產(chǎn)生到擴(kuò)散全局的動(dòng)態(tài)滲流過程.Li 等[13]首先揭示了交通組織中的滲流特征，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全局流量是由局部流量的集群動(dòng)態(tài)組成.Zhang等[14]引入交通滲流評(píng)價(jià)指標(biāo)分析路網(wǎng)可靠性，發(fā)現(xiàn)具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的路網(wǎng)形態(tài)可以承載更大的交通流量，交通結(jié)構(gòu)瓶頸具有時(shí)空移動(dòng)性，并基于大量實(shí)證數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)交通韌性分布遵循冪律形式，而交通擁堵的恢復(fù)時(shí)間具有不同的標(biāo)度律，它可以標(biāo)示城市交通韌性的內(nèi)在稟賦.Zeng 等[15]通過研究城市交通網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵滲流特性，發(fā)現(xiàn)在同一個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，不同交通狀態(tài)下兩種模式的滲流行為互相轉(zhuǎn)變，其中平峰或節(jié)假日模式表現(xiàn)出與小世界網(wǎng)絡(luò)類似的滲透特征，工作日高峰模式表現(xiàn)出2D 格子的特性.進(jìn)一步研究[16]發(fā)現(xiàn)，我國特大城市交通系統(tǒng)存在多個(gè)亞穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，這些亞穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng)于不同級(jí)別的路網(wǎng)效能，結(jié)果可以為交通管理者設(shè)計(jì)早期預(yù)警信號(hào)，防止交通系統(tǒng)轉(zhuǎn)向難以恢復(fù)的嚴(yán)重?fù)矶聽顟B(tài).需要特別指出的是：黃海軍等[17]將研究對(duì)象從城市道路交通網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展至城市群綜合交通網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)處于新型城鎮(zhèn)化建設(shè)階段的我國綜合交通系統(tǒng)發(fā)展非常具有現(xiàn)實(shí)意義.

此外，由于城市道路交通流是交通需求和交通供給在現(xiàn)有道路交通運(yùn)行環(huán)境下，所有出行者在城市交通道路網(wǎng)絡(luò)上的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)果，因此對(duì)于城市交通系統(tǒng)而言，一個(gè)不容忽視的問題是：城市道路交通網(wǎng)絡(luò)上出行者的自主選擇行為(出行者博弈)是如何與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、交通設(shè)施與管理控制等變化相互影響的？即在真實(shí)交通出行行為作用下，何種道路交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)施與管理控制等可以承擔(dān)更大的交通流量(網(wǎng)絡(luò)承載能力)？道路網(wǎng)絡(luò)中部分功能損失(或部分能力受損)如何引起交通系統(tǒng)可靠性的變化？以及如何切實(shí)有效的提升城市交通系統(tǒng)韌性等？這些都是值得更加深入研究的方向.

(2)對(duì)于航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，由于其交通連接方式的特殊性，許多研究表明，航空網(wǎng)絡(luò)容易形成小世界網(wǎng)絡(luò)或無標(biāo)度特性.通過分析世界各國航空網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)航空(機(jī)場(chǎng))網(wǎng)絡(luò)具有較小的平均距離和較大的簇系數(shù)，具有小世界網(wǎng)絡(luò)的特性[18].如果用航班數(shù)定義網(wǎng)絡(luò)邊的權(quán)重，中國機(jī)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)也具有小世界特性，而且如果考慮飛機(jī)機(jī)型不同，網(wǎng)絡(luò)所提供的運(yùn)輸能力將呈現(xiàn)出很大的差異性[19].由于航空網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)演化性，通過對(duì)中國多年的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)中國航空網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)應(yīng)為無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)演化出現(xiàn)無標(biāo)度向隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的“退化”過程[20].對(duì)于航空網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，Pien等[21]計(jì)算整個(gè)歐洲航空網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渲笖?shù)，提出一個(gè)新指標(biāo)——相對(duì)面積指數(shù)，用以分析網(wǎng)絡(luò)魯棒性能.武喜萍等[22]分析了空中交通流量網(wǎng)絡(luò)的延誤傳播特征，并使用選擇性攻擊和隨機(jī)攻擊方法分析空中交通流量網(wǎng)絡(luò)的抗毀性.Zhou 等[23]提出了一種新型的加權(quán)航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)(ATN)效率指標(biāo)，其中的權(quán)重表示兩個(gè)機(jī)場(chǎng)之間的連接強(qiáng)度，涉及航線數(shù)量，航班頻率或乘客座位數(shù)量.利用所有航空公司運(yùn)營(yíng)的航線數(shù)據(jù)，評(píng)估和比較8 個(gè)國內(nèi)ATN 的加權(quán)效率和魯棒性，并識(shí)別了這些ATN 中的關(guān)鍵機(jī)場(chǎng).需要特別強(qiáng)調(diào)的是，以機(jī)場(chǎng)為節(jié)點(diǎn)，機(jī)場(chǎng)之間的所有航線及其客運(yùn)量為連邊，可構(gòu)建出全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò).基于該全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可以有效地探究流行病、謠言、觀點(diǎn)等在全球的傳播時(shí)空過程.該方法已成功地反演出全球2009年H1N1 流感大流行和2003年SARS流行的時(shí)空演化過程[24]，并在預(yù)測(cè)此次新冠肺炎的可能傳播范圍、各地區(qū)到達(dá)時(shí)間、評(píng)估疾病控制政策中得到較為廣泛和有效地應(yīng)用[25].

雖然對(duì)于航空網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的研究不少，但是航空網(wǎng)絡(luò)和其他交通網(wǎng)絡(luò)的典型區(qū)別在于前者更加關(guān)注直達(dá)航班線路和航空樞紐，之前的這些研究大部分是針對(duì)不同國家的實(shí)際航空航班數(shù)據(jù)展開的，更多需要從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)角度優(yōu)化航班線路，充分利用航空資源，進(jìn)行合理的優(yōu)化配置，以加快客流在航空網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng).

(3)對(duì)于軌道交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前的研究也顯示，軌道交通網(wǎng)絡(luò)具有小世界網(wǎng)絡(luò)或無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特性.例如Sen等[26]研究了印度鐵路網(wǎng)絡(luò)的小世界特性，Li等[27]對(duì)中國鐵路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)證分析，驗(yàn)證了中國鐵路網(wǎng)是一個(gè)無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，具有較小的最短距離和較大的簇系數(shù).Derrible 等[28]分析了世界上33個(gè)城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度和小世界特性，認(rèn)為小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建立換乘站，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)在城市外圍建設(shè)中轉(zhuǎn)站可有效提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性.Wang 等[29]設(shè)計(jì)了10 個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)了33 個(gè)城市的地鐵網(wǎng)絡(luò)整體魯棒性，表明東京地鐵網(wǎng)的魯棒性最好.在網(wǎng)絡(luò)受到攻擊方面，重點(diǎn)研究城市軌道網(wǎng)絡(luò)在隨機(jī)攻擊和蓄意攻擊下的魯棒性，如有研究[30]建議京津冀區(qū)域規(guī)劃軌道交通網(wǎng)絡(luò)需要從區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能和區(qū)域外運(yùn)輸需求等方面，來分析多種攻擊模式對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響.擁有世界最長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)里程的中國高速鐵路目前逐漸成網(wǎng)，超級(jí)網(wǎng)絡(luò)(Hypernetwork)可以是研究中國高速鐵路網(wǎng)絡(luò)演化機(jī)理的一種有效工具[31]，也有研究人員建立了南京地鐵網(wǎng)絡(luò)的超網(wǎng)絡(luò)模型[32].Ouyang 等[33]基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法，構(gòu)建出行可達(dá)性指標(biāo)，分析了中國鐵路網(wǎng)絡(luò)遭受空間局部性故障事件的脆弱性.Liu等[34]基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的效率和能力指標(biāo)，構(gòu)建出了一個(gè)綜合框架，以分析受到自然災(zāi)害影響的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估與降雨相關(guān)的多災(zāi)種對(duì)中國鐵路系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn).車站之間如何良好連接是鐵路系統(tǒng)性能的關(guān)鍵評(píng)估.網(wǎng)絡(luò)分析是表征鐵路系統(tǒng)物理連通性的一種高度直觀且可解釋的方法.然而，由于缺乏交通流信息，物理連接性通常在描繪運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)方面受到限制.Xu 等[35]全面回顧了物理連通性指標(biāo)，并將這些指標(biāo)應(yīng)用于評(píng)估中國高速鐵路系統(tǒng)的連通性.孫曉璇等[36]根據(jù)中國列車時(shí)刻運(yùn)行表，以453 個(gè)高速車站和2293 個(gè)普通車站作為節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建出高鐵—普鐵交通雙層復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，分別對(duì)單層的高鐵和普鐵網(wǎng)絡(luò)及高鐵—普鐵雙層耦合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靜態(tài)的結(jié)構(gòu)拓?fù)浞治觯⑦M(jìn)行隨機(jī)和蓄意的抗毀性分析.

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與一般網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要區(qū)別是：其靜態(tài)物理網(wǎng)絡(luò)的能力是由動(dòng)態(tài)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)決定的，而動(dòng)態(tài)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)又反過來受到靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)能力的限制，彼此之間構(gòu)成了一種互反饋機(jī)制.對(duì)于這種復(fù)雜的多層實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)在揭示軌道交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，基于多源的動(dòng)態(tài)客流數(shù)據(jù)，研究軌道交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)彈性的測(cè)度準(zhǔn)則，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)韌性為目標(biāo)，提出靜態(tài)資源優(yōu)化、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化的方法，為軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃以及在日常和應(yīng)急條件下的運(yùn)營(yíng)優(yōu)化提供理論依據(jù).

(4)對(duì)于城市公共交通網(wǎng)絡(luò)，已有研究表明，地面公交網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般表現(xiàn)為小世界網(wǎng)絡(luò)或無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)[37].Sienkiewicz 等[38]對(duì)波蘭22 個(gè)城市的公共交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這些城市雖然在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上存在很大差異性，但是在度分布、簇系數(shù)等特征參量上有著相同的特征，揭示了城市公交網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度特性和小世界特性.高自友等[5,39]發(fā)現(xiàn)，北京公交網(wǎng)絡(luò)具有無標(biāo)度特性，并對(duì)如何利用公交網(wǎng)絡(luò)中的平衡配流思想，尋找其中的關(guān)鍵Hub 點(diǎn)提出了解決思路.最近，為了更好反映出行乘客和公交運(yùn)營(yíng)車輛之間的關(guān)系，有學(xué)者[40]建立了一類新的雙層耦合公交網(wǎng)絡(luò)模型，并研究了耦合網(wǎng)絡(luò)上的同步問題.Huang等[41]考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化引發(fā)的乘客動(dòng)態(tài)行為，提出一種由流量驅(qū)動(dòng)的演化模型來模擬公交網(wǎng)絡(luò)的演化迭代過程.Li等[42]將共享汽車和公共交通整合到單一OD 的交通網(wǎng)絡(luò)中，提出一種多模式的路徑選擇模型.Wang等[43]提出了一種基于客運(yùn)流量的公共交通網(wǎng)絡(luò)分層方法來對(duì)公共交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分離和排名.Zheng等[44]使用了中國深圳240萬地鐵和公共汽車乘客的智能卡數(shù)據(jù)來研究地鐵和公共汽車網(wǎng)絡(luò)的耦合動(dòng)力學(xué)并發(fā)現(xiàn)其耦合性由出行需求和交通設(shè)施的分布共同決定.Cats等[45]提出了一個(gè)迭代投資模型網(wǎng)絡(luò)分析框架，有效地根據(jù)需求和成本函數(shù)來模擬大都市地區(qū)的城市公共交通網(wǎng)絡(luò)隨著時(shí)間演變的過程，并發(fā)現(xiàn)相比輕軌列車和地鐵網(wǎng)絡(luò)，公交網(wǎng)絡(luò)包括更多的環(huán)形—徑向連接，而輕軌和地鐵網(wǎng)絡(luò)則更集中于徑向連接.

與其他交通網(wǎng)絡(luò)相比，城市公交網(wǎng)絡(luò)具有一些獨(dú)特的特征.從網(wǎng)絡(luò)表示上，公交網(wǎng)絡(luò)具有換乘和并線的典型特征，并依托于實(shí)際存在的道路網(wǎng)絡(luò)，一般情況下需要抽象為一個(gè)擴(kuò)展的超級(jí)網(wǎng)絡(luò)后再進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及流量分布復(fù)雜特性的研究.更重要的是，公交線路具有密度大和快速可調(diào)整性，可以根據(jù)客流量、客流走勢(shì)等動(dòng)態(tài)進(jìn)行增減，因此結(jié)構(gòu)更具動(dòng)態(tài)演化的特性.對(duì)于這種具有明顯動(dòng)態(tài)演化特性的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)需要深入分析其線路演化機(jī)理，揭示網(wǎng)絡(luò)上的換乘特性，識(shí)別公交網(wǎng)絡(luò)樞紐，為有效減少換乘次數(shù)，提高公交系統(tǒng)的可達(dá)性、可靠性和韌性，為線路設(shè)計(jì)和線路調(diào)整提供科學(xué)支撐.

(5)對(duì)于水運(yùn)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，由于海上貿(mào)易運(yùn)輸占世界貿(mào)易運(yùn)輸?shù)?0%左右，使得全球商船網(wǎng)絡(luò)成為最重要的研究對(duì)象之一.Kaluza 等[46]利用16363 艘貨船和航線信息來構(gòu)建港口之間的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)全球商船網(wǎng)絡(luò)具有小世界特征.利用1977—2008年世界各港口之間的每日商船移動(dòng)數(shù)據(jù)，Ducruet等[47]構(gòu)建全球航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，探究航運(yùn)如何隨著主要的經(jīng)濟(jì)、地理和技術(shù)變化而演變，最終影響全球貿(mào)易，并發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間上存在固定的規(guī)律，如較強(qiáng)的中心性和具有多樣性特征的港口兼具更長(zhǎng)范圍的鏈接.Kojaku 等[48]將水運(yùn)網(wǎng)絡(luò)表示為由港口和航路組成的二分網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其進(jìn)行單模式投影，發(fā)現(xiàn)與其他運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)一樣，全球貨輪運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)具有核心—外圍結(jié)構(gòu)形態(tài)，并提出一種檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中核心—外圍節(jié)點(diǎn)對(duì)的算法.

1.2 交通運(yùn)輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化組織運(yùn)營(yíng)管理

毛保華等[49]認(rèn)為交通運(yùn)輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化組織運(yùn)營(yíng)管理是指交通基礎(chǔ)設(shè)施成網(wǎng)條件下為提高政府管理部門或運(yùn)營(yíng)企業(yè)工作效率、改善系統(tǒng)運(yùn)行安全性、提高服務(wù)水平所采取的所有運(yùn)輸組織方法與措施的總稱.其中的關(guān)鍵科學(xué)問題包括在交通基礎(chǔ)設(shè)施物理結(jié)構(gòu)為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的條件下，具有目標(biāo)異性的多博弈主體(政府、運(yùn)營(yíng)企業(yè)、乘客等)之間如何實(shí)現(xiàn)利益平衡或達(dá)到帕累托最優(yōu)等.

在交通基礎(chǔ)設(shè)施物理網(wǎng)絡(luò)的布局設(shè)計(jì)方面，主要應(yīng)用的工具是利用運(yùn)籌學(xué)中的方法優(yōu)化建模，然后采用各種啟發(fā)式算法進(jìn)行求解.例如對(duì)于公共交通線網(wǎng)設(shè)計(jì)問題，可以將網(wǎng)絡(luò)中的公交線路頻率問題表述為非線性—非凸混合整數(shù)規(guī)劃問題，然后將其轉(zhuǎn)換為雙層規(guī)劃模型，并采用投影梯度算法或混合人工蜂群算法求解[50]，或?qū)⒊丝蜁r(shí)間成本和運(yùn)營(yíng)者效益的加權(quán)組合(乘客滿意度)作為優(yōu)化目標(biāo)建立線網(wǎng)優(yōu)化模型[51]，或綜合考慮公交網(wǎng)絡(luò)和公共自行車網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)新的公共交通系統(tǒng)[52].王煒等[53]基于“逐條布設(shè)、優(yōu)化成網(wǎng)”的原則對(duì)公交線網(wǎng)以及常規(guī)公交與城市軌道交通銜接的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì).也有學(xué)者[54]基于路線的準(zhǔn)時(shí)指數(shù)，站點(diǎn)的偏差指數(shù)和站點(diǎn)的均勻度指數(shù)，對(duì)站點(diǎn)、路線和網(wǎng)絡(luò)層面的公交服務(wù)可靠性進(jìn)行評(píng)估.在軌道交通線網(wǎng)設(shè)計(jì)方面，可以用整數(shù)規(guī)劃模型描述軌道交通系統(tǒng)檢查和維護(hù)調(diào)度的決策過程[55]；Canca 等[56]考慮網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、車輛和人員成本，進(jìn)行軌道快速交通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和線路規(guī)劃，并利用自適應(yīng)大鄰域搜索算法求解.

將交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化管理與北斗導(dǎo)航、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相結(jié)合是一個(gè)重要的新趨勢(shì)，也取得了相關(guān)標(biāo)志性成果，例如北斗系統(tǒng)提供的中國高精度位置網(wǎng)及其在交通領(lǐng)域的重大應(yīng)用[57]，車聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)支持的大范圍路網(wǎng)交通協(xié)同感知與聯(lián)動(dòng)控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[58].此外，學(xué)者們將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在交通運(yùn)輸領(lǐng)域[59]，利用生物識(shí)別技術(shù)進(jìn)行車輛識(shí)別與車輛間互聯(lián)[60]，在光譜圖像中識(shí)別交通基礎(chǔ)設(shè)施目標(biāo)[61]，將BIM(Building Information Modeling)技術(shù)應(yīng)用于交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化管理[62]，將超網(wǎng)絡(luò)用于構(gòu)建車輛間通信模型等[63].值得指出的是，2014年3月我國交通運(yùn)輸部正式啟動(dòng)的全國高速公路電子不停車收費(fèi)(Electronic Toll Collection,ETC)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作對(duì)交通設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化管理具有示范作用.除了對(duì)ETC相關(guān)技術(shù)持續(xù)研究之外，人們也利用聯(lián)網(wǎng)ETC 收集到的信息估算動(dòng)態(tài)OD交通量，建設(shè)智能停車管理系統(tǒng)，以及高精度預(yù)測(cè)行程時(shí)間.

在客流分布時(shí)空不均衡及運(yùn)力資源有限的情況下，如何提高交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)組織能力、降低乘客出行成本是國內(nèi)外學(xué)者競(jìng)相研究的問題.Wu等[64]提出了一種分層流網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建交通需求流量估算模型，通過將多個(gè)數(shù)據(jù)源映射到分層網(wǎng)絡(luò)中的不同變量來融合多個(gè)數(shù)據(jù)源.Shang等[65]提出了可用于集成異構(gòu)數(shù)據(jù)源的基于時(shí)空狀態(tài)的超網(wǎng)絡(luò)分配方法.近年來我國城市軌道交通快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)要求迫切.國外城市和國內(nèi)的北京、上海、廣州、南京和武漢等城市都有車輛段或停車場(chǎng)共用的案例[66]，在軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的跨線、共線運(yùn)營(yíng)方面，相關(guān)的研究包括市郊鐵路與地鐵的跨線共線運(yùn)營(yíng)技術(shù)[67]；針對(duì)上海地鐵3、4 號(hào)線原“C”型共線運(yùn)營(yíng)存在的困難，提出的兩線共線運(yùn)營(yíng)與單線多交路運(yùn)營(yíng)相結(jié)合方案[68]；針對(duì)城市軌道Y型線路共線運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行分析和優(yōu)化等[69].在多方式交通網(wǎng)絡(luò)協(xié)同運(yùn)營(yíng)方面開展的研究包括以實(shí)現(xiàn)最小乘客換乘步距為目標(biāo)，機(jī)場(chǎng)換乘樞紐最佳的幾何形狀[70]；以運(yùn)營(yíng)成本和乘客出行成本為目標(biāo)，建立城市軌道交通與公交一體化換乘優(yōu)化模型[71]；以大型社區(qū)居民出行為對(duì)象，提出接駁地鐵的社區(qū)公交微循環(huán)系統(tǒng)線路優(yōu)化方法[72]；軌道交通線路與常規(guī)公交線路一體化時(shí)刻表的編制方法等[73].

在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下，運(yùn)營(yíng)資源的共享及應(yīng)急管理不僅能夠?qū)τ邢拶Y源進(jìn)行充分利用，提高線網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行效率，還能降低運(yùn)營(yíng)企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，提升應(yīng)急響應(yīng)速度.對(duì)此可以利用交通信息共享技術(shù)提高運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量[74]，或建設(shè)基于云計(jì)算的全路多系統(tǒng)共享云平臺(tái)[75]，或探討國鐵干線、市域鐵路和城市軌道交通融合發(fā)展的路徑[76].對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急管理，研究人員規(guī)劃和設(shè)計(jì)了高效軌道交通與公交聯(lián)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，分析了在地鐵運(yùn)營(yíng)中斷且不確定恢復(fù)時(shí)間的情況下應(yīng)急替代地面公交系統(tǒng)的最佳啟動(dòng)時(shí)間等[77].

對(duì)于近年交通運(yùn)輸行業(yè)涌現(xiàn)出的新業(yè)態(tài)(如網(wǎng)約車、共享單車、共享汽車等)交通網(wǎng)絡(luò)，其組織和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化問題也被學(xué)術(shù)界日益重視.如利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)大規(guī)模共享單車網(wǎng)絡(luò)中的站級(jí)需求進(jìn)行預(yù)測(cè)[78]，共享單車的網(wǎng)點(diǎn)車輛再平衡[79]，共享汽車動(dòng)態(tài)路徑的優(yōu)化[80]，網(wǎng)約車司機(jī)和乘客會(huì)面點(diǎn)位置的評(píng)估等[81].

1.3 城市交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制與誘導(dǎo)

城市交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制與誘導(dǎo)技術(shù)涉及網(wǎng)絡(luò)化動(dòng)態(tài)交通信息獲取與交互，區(qū)域交通信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)化控制與智能誘導(dǎo)，交通網(wǎng)絡(luò)信號(hào)控制及動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)協(xié)同等多個(gè)方面[82].它是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)滲透最廣泛深入的一個(gè)領(lǐng)域，其中知名互聯(lián)網(wǎng)公司提出的“城市大腦”“交通大腦”等理念及其實(shí)踐在業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了很大影響，“城市大腦”對(duì)城市交通事件感知與智能處理的決策過程，如圖2所示.

圖2 城市大腦中的事件感知與智能處理[83]Fig.2 Event perception and intelligent processing of city brain[83]

在網(wǎng)絡(luò)化動(dòng)態(tài)交通信息獲取與交互方面，主要集中于多源動(dòng)態(tài)交通信息采集，異構(gòu)交通的數(shù)據(jù)融合，交通傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)化多維交通信息可靠交互技術(shù)等技術(shù)的研發(fā)，其目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)“全景”式的交通信息感知網(wǎng)絡(luò).具備一定的自主感知、自主判斷、自主調(diào)控能力的交通信息—物理耦合系統(tǒng)(Cyber Physical System，CPS)是近來的研究熱點(diǎn)[84]，并進(jìn)一步延伸推廣到“并行/平行交通系統(tǒng)”“數(shù)字孿生交通系統(tǒng)”[85].

在交通信號(hào)控制方面，經(jīng)歷了“點(diǎn)控—線控—面控”的過程，而如何實(shí)現(xiàn)對(duì)較大范圍區(qū)域內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空動(dòng)態(tài)協(xié)同優(yōu)化控制是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題.對(duì)于軌道交通信號(hào)控制，針對(duì)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)下高速鐵路分布式協(xié)同控制問題，NING等[86]提出了具有新通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高速列車協(xié)同控制方法，同時(shí)開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于通信列控系統(tǒng)(Communications-based Train Control,CBTC)，提出了基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的城市軌道列車控制系統(tǒng)安全保障的方法[87]；對(duì)于城市交通網(wǎng)絡(luò)化信號(hào)控制與誘導(dǎo)，賀國光等分析了基于速度優(yōu)化(OVM)模型的交通流混沌現(xiàn)象[88]；關(guān)積珍等[89]研究了基于交通流實(shí)時(shí)檢測(cè)的奧運(yùn)交通誘導(dǎo)VMS信息發(fā)布策略；張毅等[90]提出了基于時(shí)空依賴性的區(qū)域路網(wǎng)短時(shí)交通流預(yù)測(cè)模型；王殿海等[91]針對(duì)長(zhǎng)干道和網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)交通信號(hào)的協(xié)調(diào)問題，提出的MaxBandLA模型用于對(duì)長(zhǎng)干道上的交通信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，MaxBandGN模型對(duì)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，并進(jìn)一步討論了基于多源數(shù)據(jù)融合的城市道路網(wǎng)絡(luò)宏觀基本圖；楊曉光等[92]則對(duì)有人行橫道及自動(dòng)駕駛環(huán)境下交叉口的交通信號(hào)配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化.

近來各種深度學(xué)習(xí)方法開始應(yīng)用于交通網(wǎng)絡(luò)信號(hào)控制，如Wang 等[93]以單交叉口、干線、多交叉口群的區(qū)域路網(wǎng)為研究對(duì)象，構(gòu)建基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的分層控制算法，對(duì)當(dāng)前的信號(hào)定時(shí)方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)；Tan等[94]利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)策略監(jiān)控交通系統(tǒng)中不同區(qū)域復(fù)雜交通狀態(tài)下多個(gè)信號(hào).

在交通動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)及信號(hào)控制協(xié)同優(yōu)化方面，現(xiàn)有的全局優(yōu)化協(xié)同算法一般基于用戶路徑?jīng)Q策得到全局優(yōu)化的控制策略.如馬壽峰等[95]在交通控制與誘導(dǎo)協(xié)調(diào)模型的基礎(chǔ)上，提出協(xié)調(diào)管理者與出行者之間矛盾的博弈論模型，劉攀等[96]討論了交叉口左轉(zhuǎn)沖突車流的誘導(dǎo)與信號(hào)控制問題，也有學(xué)者[97]基于拉格朗日松弛優(yōu)化將信號(hào)控制與路徑誘導(dǎo)的協(xié)同優(yōu)化問題進(jìn)行分解.目前信號(hào)控制與誘導(dǎo)協(xié)同存在的主要問題是大多數(shù)優(yōu)化算法的求解需要相當(dāng)大的計(jì)算量，需要在實(shí)時(shí)性、計(jì)算精度與優(yōu)化效果之間進(jìn)行權(quán)衡；其次理論研究的路網(wǎng)從結(jié)構(gòu)復(fù)雜度到規(guī)模都較實(shí)際路網(wǎng)有相當(dāng)大的差距，如何將實(shí)驗(yàn)得到的協(xié)同或全局優(yōu)化策略應(yīng)用于大范圍路網(wǎng)是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題.

2 問題及展望

(1)對(duì)綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程的理論和方法論體系研究不足，將會(huì)導(dǎo)致缺乏對(duì)綜合交通發(fā)展戰(zhàn)略和體制機(jī)制的頂層設(shè)計(jì)的支撐能力.

隨著我國“交通強(qiáng)國戰(zhàn)略”的提出，綜合交通體系建設(shè)的重要性日益突顯.目前國內(nèi)外對(duì)單一方式交通網(wǎng)絡(luò)的理論研究和應(yīng)用成果相對(duì)比較豐富，但對(duì)具有“個(gè)體出行多樣、群體行為涌現(xiàn)、多交通方式耦合、網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)變”特點(diǎn)的綜合交通網(wǎng)絡(luò)，無論是指導(dǎo)理論還是在具體的方法論研究都存在明顯不足.其中包括“綜合交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造演化機(jī)理”“城市交通網(wǎng)絡(luò)供需平衡機(jī)理”“多層綜合交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜特性及其動(dòng)力學(xué)過程”“出行行為的多樣性及可預(yù)測(cè)性”等科學(xué)問題[2]都亟待深入研究.基礎(chǔ)理論研究的不足，導(dǎo)致缺乏對(duì)綜合交通發(fā)展戰(zhàn)略和體制機(jī)制的頂層設(shè)計(jì)的支撐能力.同時(shí)，由于在綜合交通資源協(xié)同配置理論和方法體系方面研究的欠缺，出現(xiàn)了主要運(yùn)輸通道能力不協(xié)調(diào)、綜合運(yùn)輸結(jié)構(gòu)不合理等問題.此外，通過對(duì)綜合交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程的理論和方法體系的研究，也可以為城市規(guī)劃、交通規(guī)劃、土地規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等“四規(guī)”的協(xié)同提供理論支持.特別是隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，從微觀與宏觀角度研究交通物理網(wǎng)和交通信息網(wǎng)的融合及動(dòng)力學(xué)相關(guān)作用，建立多層城市綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的韌性表征方法將是一個(gè)非常重要的研究方向.

(2)在可預(yù)見的未來，新技術(shù)環(huán)境下的交通運(yùn)輸系統(tǒng)將出現(xiàn)顛覆性的變革，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程的內(nèi)涵和外延也需要進(jìn)行根本性的升級(jí)改造.

①隨著電動(dòng)汽車、高速列車、智能船舶、無人機(jī)、真空管道磁懸浮系統(tǒng)，以及車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等技術(shù)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸載運(yùn)工具出現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)全感知、控制方式多元化、能源補(bǔ)充多模式等新特點(diǎn).隨著5G 技術(shù)的成熟，未來交通互聯(lián)網(wǎng)與交通能源網(wǎng)也將深度融合，這些都使得未來的交通系統(tǒng)勢(shì)必出現(xiàn)與當(dāng)下可能完全迥異的一種新生態(tài).這種新生態(tài)交通必然對(duì)交通運(yùn)輸組織、管理與控制技術(shù)提出新的需求，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程的內(nèi)涵和外延也需要進(jìn)行根本性的升級(jí)改造.例如在車聯(lián)網(wǎng)與車路協(xié)同環(huán)境下，傳統(tǒng)的、由交通基礎(chǔ)設(shè)施(樞紐、場(chǎng)站、道路、航線等)構(gòu)成的交通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和邊就需要重新定義，具備智能網(wǎng)聯(lián)功能的移動(dòng)載運(yùn)工具與路側(cè)設(shè)備都可以作為新型交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，并與之前傳統(tǒng)定義的網(wǎng)絡(luò)疊加耦合，共同構(gòu)成一個(gè)由固定設(shè)施和移動(dòng)載運(yùn)工具雜合而成的超級(jí)網(wǎng)絡(luò)(Hybrid Hypernetwork)，而對(duì)這類包含具有自驅(qū)動(dòng)、自組織、自決策能力節(jié)點(diǎn)的柔性交通網(wǎng)絡(luò)(Flexible Transportation Network)及其共享運(yùn)行機(jī)制的研究，也許是交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程未來的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容.總而言之，面對(duì)新技術(shù)環(huán)境下的交通運(yùn)輸系統(tǒng)將出現(xiàn)顛覆性的變革，研究新生態(tài)環(huán)境下的交通運(yùn)輸系統(tǒng)組織管理理論方法和技術(shù)將成為未來交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程發(fā)展的重要趨勢(shì).

②隨著新型傳感器、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展，交通信息精準(zhǔn)獲取與運(yùn)行態(tài)勢(shì)智能分析能力得到極大提高，交通信息的完備性日益增強(qiáng).由于更加趨近滿足“信息完備”這一假設(shè)條件，在交通網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)配流優(yōu)化和誘導(dǎo)過程中，Wardrop 第一原理強(qiáng)調(diào)的“用戶均衡”和第二原理強(qiáng)調(diào)的“系統(tǒng)最優(yōu)”應(yīng)該比以前任何時(shí)候都有條件達(dá)到更高層次的平衡，而如何在上述的超級(jí)復(fù)雜交通網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)則是一個(gè)具有很大挑戰(zhàn)性的科學(xué)和技術(shù)難題.有鑒于此，交通大數(shù)據(jù)資源治理機(jī)制與管理，交通大數(shù)據(jù)分析方法與支撐技術(shù)，交通大數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)與決策等方向也將成為未來交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程發(fā)展的重要趨勢(shì).

③隨著人類腦計(jì)劃這個(gè)大科學(xué)計(jì)劃的開展，將人類腦科學(xué)研究的成果應(yīng)用于交通科學(xué)和工程領(lǐng)域的研究勢(shì)必蓬勃發(fā)展.研究交通組織與管理中的人因機(jī)理與工程，對(duì)出行者心理和生理的感知，交通信息對(duì)出行者行為影響的深層機(jī)理分析及干預(yù)技術(shù)等，也可能成為未來交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程發(fā)展的重要領(lǐng)域.