随机故障、蓄意攻击与城乡路网空间稳定性——以武汉城市圈为例

基于1995~2010武汉城市圈城乡路网空间数据,综合运用复杂网络理论、动力系统理论及现代控制理论等多学科的方法和理论,采取随机故障和蓄意侵略两种攻击策略及多种评价指标,通过建立动力学演化模型并进行模拟仿真,揭示武汉城市圈城乡道路网的空间稳定性：（1）因分布相对均匀,节点连接随机多样,在面临随机攻击时,武汉城市圈城乡路网体现出“类随机性”,抗攻击能力强;（2）高度节点、高介数节点失效时,引致的城乡路网效率和结构变化程度不一,高介数节点失效往往更容易导致路网破碎和效率降低（形成众多子图）;（3）桥梁和高速成为整个圈域城乡路网的关键边,不同桥梁或高速路段相对网络稳定性的重要程度不一样：圈域中心城区的大桥和二桥、南北向的京港澳、大广高速成为整个城乡路网的关键路径     

武汉城市圈社会经济与资源环境系统耦合作用的时空结构

建立都市圈社会经济-资源-环境系统(ERE)评价指标体系,构建系列ERE耦合作用模型,系统揭示武汉城市圈ERE复合系统耦合作用的时空规律:①时间演化上,ERE复合系统耦合度和协调度波动变化明显。耦合度发展曲线为S型,呈动态螺旋上升趋势;协调度呈剧烈波动变化态势;协调发展度增长迅猛,整体呈直线上升态势;整个ERE复合系统内部或要素之间不断交互作用,与外界环境不断进行熵流交换,呈现一开放的、渐变与突变、自组织与他组织相互交织演替的递嬗过程,发展函数上表现为一动态的螺旋上升曲线,是一个开放的复杂巨系统。②空间分异上,ERE系统耦合度呈"串形"等级规模结构,空间集聚性明显,形成两大空间板块;协调度呈"纺锤形"等级规模分布,空间呈一定弱集聚效应和相关作用,形成两个高值区、多个中值区和两个低值区;社会经济-资源-环境系统空间分异明显,等级规模结构失衡呈"纺锤形"、"串字形"等不均衡态势。③区域类型上,耦合作用强度和协调程度空间不对称,形成磨合良好协调、磨合濒临失调、拮抗优质协调、拮抗良好协调、拮抗中级协调、拮抗初级协调、拮抗勉强协调七大区域类型。     

武汉城市圈城乡道路网拓扑通达性的时空演化

以武汉城市圈为例,基于1989~2010年加权城乡道路网拓扑空间数据库和网络发育评价模型,对武汉城市圈20多年来城乡道路网发育程度进行动态分析和空间演化的研究。结果表明:20多年来武汉城市圈高速城乡道路网发育程度明显改善,经历了由树状网络—回路网络—网络拓展阶段,但路网空间生长尚未饱和,外向拓展和内部充填的潜力较大;通达性重心和中心的空间迁移变化不明显,囿于武汉市城区,宏观上保持高度的稳定性,但其微观格局存在跳跃性和突变性;圈域城乡节点拓扑通达性指数空间分布呈现"不均衡→相对均衡"的动态变化,但整体上仍存在明显的空间分异和集聚;武汉城市圈城乡道路网通达性分布与城乡节点发育、城乡社会经济发展水平密切相关,在空间上已开始打破"核心-边缘"的特点,呈现等级圈层发展的趋势。     

随机故障、蓄意攻击与城乡路网空间稳定性——以武汉城市圈为例

基于1995~2010武汉城市圈城乡路网空间数据,综合运用复杂网络理论、动力系统理论及现代控制理论等多学科的方法和理论,采取随机故障和蓄意侵略两种攻击策略及多种评价指标,通过建立动力学演化模型并进行模拟仿真,揭示武汉城市圈城乡道路网的空间稳定性:(1)因分布相对均匀,节点连接随机多样,在面临随机攻击时,武汉城市圈城乡路网体现出"类随机性",抗攻击能力强;(2)高度节点、高介数节点失效时,引致的城乡路网效率和结构变化程度不一,高介数节点失效往往更容易导致路网破碎和效率降低(形成众多子图);(3)桥梁和高速成为整个圈域城乡路网的关键边,不同桥梁或高速路段相对网络稳定性的重要程度不一样:圈域中心城区的大桥和二桥、南北向的京港澳、大广高速成为整个城乡路网的关键路径。     

中国城际技术转移等级体系空间演化与关联机制

加快创新技术转移,构建符合科技创新规律的国家技术转移体系是服务于创新驱动发展战略的必然选择。以城际专利转让刻画城际技术转移,基于城市技术转移的多维性建构城际技术转移指数评价模型,并基于非对称相互依赖理论建构城际技术转移体系划分模型,从而对2001～2015年中国城际技术转移等级体系的时空演化格局和关联机制进行了揭示。研究发现:(1)2001～2015年,京津地区,长三角地区和珠三角地区是中国城际技术转移网络的核心三角,另外成渝地区也逐渐成为中国中西部地区的技术转移中心,从而与京津地区,长三角地区和珠三角地区共同架构了中国城际技术转移网络的四边形格局;(2)2001～2015年,中国城市技术转移等级体系不断细分,呈现出由上海向北京演替的格局,但至2015末,中国城市技术转移等级体系尚未完全形成,较多高等级技术转移等级类型缺失;(3)中国城际技术转移网络的生长演化没有体现出诸如社会网络"强强关联"下等级梯度扩散效应,而是呈跳跃态、跨层次进行转移;(4)中国城际技术转移活动高度遵循宏观上的空间集聚规律和微观上的地理邻近效应。     

全球跨界水合作的时空结构：领域变迁与尺度分异

在当前全球性淡水危机加剧、水冲突频发的背景下,跨界水合作成为化解水危机,实现国家间和平可持续发展的关键。利用跨界水条约数据,基于网络视角,从全球尺度、区域尺度与国家尺度对跨界水合作的时空结构进行研究。结论如下：（1）1820—2017年全球跨界水合作持续增多,覆盖范围明显扩大,合作领域从边界与水量向联合管理与水质保护转变,合作目的由以规管性为主导向规管性、程序性和原生性并进转变。多边合作与跨界地下水合作是当前全球跨界水合作的发展趋势。（2）同一时期五大洲跨界水合作发展进程与侧重领域存在较大差异;尽管全球跨界水合作网络涵盖的流域与国家日益增多,但其流域覆盖率仍较低。（3）1820—2017年全球跨界水合作网络大致经历了“网络形成—网络扩张—网络分化”三个阶段;欧洲国家间的跨界水合作联系相对较强,亚洲国家在跨界水合作网络中也愈发活跃,区域性与全球性并存是当前跨界水合作网络的重要特征。伴随着亚洲国家日益增长的跨界水合作需求,中国应充分发挥负责任的发展中大国的作用,加强与周边国家的跨界水合作,不断提升自身在全球跨界水资源合作领域的地位。     

基于城市腹地的乡镇通达性的时空格局及其演化——以湖北荆州市112个乡镇为例

行政边界对路网的分割效应和以出行方向机会均等为前提是当前通达性研究中的两大问题。基于2000~2011年荆州市城乡道路网空间数据库,自下而上揭示了2000~2011年荆州市乡镇通达性的时空格局及其演化特征:(1)基于城市腹地范围的乡镇通达性评价较好的模拟了乡镇的出行意愿,且实现了区内通达性与区际通达性的综合。十多年间,交通网络建设带来的城市腹地时空压缩效应显著:荆州市乡镇地域所属地级市腹地格局由荆州"一城主宰"演变为荆州和岳阳"两城瓜分",所属县级市腹地格局也经历了由"荆州独享"到"周边共享"的发展历程;(2)十多年间,荆州市乡镇通达性空间分布基本遵循距离衰减律,呈现以荆州城区为中心的环状分布格局,且时序上表现出微观动态性和宏观稳定性特征:一是,通达性空间分布呈现由低水平集聚向优化均衡的动态性发展趋势。二是,乡镇通达性空间分布结构由核心-边缘向等级圈层结构的演进。三是,乡镇通达性发育具有时空惯性,呈现显著的快速干道指向性;(3)十多年间,荆州市乡镇通达性发育呈现出"单核单轴弱扩散"→"单核多轴强扩散"→"双核多轴全扩散"的空间演化模式。