交通网络作为城市的骨架结构,是居民日常出行与城市内部沟通的载体,为居民生产生活与城市有序运转提供保障,但随着机动车数目的爆炸式增长,交通问题特别是交通拥堵日益加重,严重影响着居民出行与城市环境,制约着城市有序健康发展。城市交通流量的快速增长与城市基础道路设施建设缓慢之间的矛盾导致交通网络发展的不平衡,从而进一步导致交通拥堵,复杂网络理论是解决这方面问题的有效手段。基于复杂网络理论进行交通网络结构探测,对发现交通网络关键结构以及交通流的内在机理等具有重要意义;此外,交通网络的动态变化可以反映出交通拥堵的时空特性,通过分析交通网络与拥堵道路的时空演化规律,能够更好地为居民出行规划以及城市交通诱导等提供参考,从而有效减缓拥堵问题。综上所述,基于复杂网络对交通网络结构和功能进行探测,分析交通网络中拥堵的时空分布与演化规律,对解决城市交通拥堵问题具有十分重要的意义。本文以武汉市出租车轨迹数据和城市路网数据为数据源,首先基于复杂网络理论,利用路网属性信息和动态交通流信息,构建了四种类型的交通网络,然后基于复杂网络结构指标体系进行交通网络性能、功能、关键结构识别,分析其在不同时间、不同日期下的演变规律;最后基于网络时序分析方法进行拥堵道路的时空分布模式分析,探索拥堵事件的扩散过程以及拥堵事件的时空影响范围,并结合典型区域进行实例分析。本文的主要研究工作如下:(1)城市交通网络模型构建城市交通网络是复杂综合的体系,交通网络建模不仅要考虑道路间的连接关系、道路的功能属性(长度、宽度等),还要考虑路网的动态交通参数,例如流量、速度等。为了更全面客观地对城市交通网络进行建模,本文基于复杂网络中的原始法,从道路的连通关系、实际路网结构与属性、路网结构与动态车流量、路网结构与拥堵状态等角度,构建了四种网络模型,分别是静态拓扑网络模型、静态功能网络模型、动态流量网络模型、动态交通状态网络模型。(2)交通网络结构识别与动态演化识别交通网络结构是深入、全面地理解交通网络内在和功能的关键,本文基于复杂网络结构指标体系,对交通网络的效率、连通性能、关键结构等进行量化分析,识别静态交通网络和动态交通网络的性能与结构;此外,动态交通网络受实时车流变化影响,不同时刻下网络结构存在差异,通过对不同时段、不同日期下的动态网络结构进行对比分析,发现其时空分布与演化规律。(3)交通拥堵时空分布与演化分析交通拥堵具有明显的时空特性,为了探索交通拥堵的时空分布与演化规律,本文以交通状态网络为基础,首先基于时序分析方法探测多种拥堵模式,并分析拥堵模式的时间特征、空间特征、道路特征等,发现其时空分布规律;其次基于时空约束规则,定义并识别交通网络中拥堵事件演化,分析拥堵事件演化的时间影响范围、空间波及范围、扩散路径等,解释拥堵中关键道路与拥堵成因。综上所述,本文以复杂网络和时空分析为研究方法,对武汉市交通网络的结构识别与动态演化以及拥堵的时空分布演化进行了初步探测,致力于为居民出行、交通诱导提供参考,为交通管理和城市规划部门提供决策支持。