城市群复合交通网络级联抗毁性

为保障城市群交通运输系统运营安全,解决城市群交通运输系统站点或线路故障引起的交通网络瘫痪问题,以"复合"的视角对网络级联抗毁性进行深入研究。针对不同运输方式交通网络节点、连边的差异性,构建基于强度和运输方式分担率的城市群复合交通网络模型,进行网络级联失效分析。考虑节点暂停状态对网络性能的影响,分析节点受损后的负载重分配,构建城市群复合交通网络级联失效模型,并引入基于观测信息模糊度的不完全信息攻击策略,以修正后的测度指标评估级联失效对网络抗毁性造成的影响。以呼包鄂城市群为例进行仿真试验,发现轨道子网的叠加增大了节点的过载承受能力,将大量失效节点转变为暂停节点。同时,容量参数、过载能力调节参数越大网络的级联抗毁性越强,而观测信息模糊度越大,网络级联抗毁性不一定越强,其产生作用的阈值为0.4。结果表明:复合交通网络的构建提高了单一运输方式交通子网的级联抗毁性。城市群交通子网的叠加可以增大节点的过载承受能力,将大量失效节点转变为暂停节点,通过增大节点容量并提高其过载承受能力,能够防止级联失效对复合交通网络产生的不利影响。通过对识别出的关键节点加强防护可以进一步优化复合交通网络的级联抗毁性。     

基于复杂网络的城市交通堵塞载荷再分配控制

近年来,城市交通堵塞是困扰城市经济发展建设的一个重要问题,给人们的生产、生活带来诸多不便,但由于城市规划、人口密度、交通设施等多种因素,交通堵塞的情况不可避免,应对交通堵塞,使堵塞的载荷合理分配,避免大规模级联堵塞现象发生具有现实研究价值。针对城市交通网络堵塞问题,为交通网络中的每个节点设置了初始载荷。根据各个节点的载荷量是否超过其阈值判断节点是否失效,提出了一种失效节点载荷再分配的非线性模型,分析了该模型触发级联失效的条件。对齐齐哈尔市城市交通网络分别进行随机攻击和蓄意攻击,运用Matlab编程方法对堵塞节点引发的级联失效进行了仿真,选择更容易理解的网络抗击毁性测度方法判断了攻击对齐齐哈尔市交通网络的破坏性。结果表明:合理调节失效节点载荷的再分配策略能够有效提升网络抗击毁性,降低交通网络级联失效引发的失效节点数量,避免大规模级联失效现象发生;在容量系数较小时,蓄意攻击比随机攻击对网络的破坏性更强,但现实生活中由于种种条件限制,容量系数不可能过大。因此,需要适当调节交通堵塞载荷的分配系数,使得堵塞载荷合理分配,进而有效减少失效节点数量,避免城市交通大规模级联失效现象的发生。     

Calculation of Node Important Degree for Traffic Network Considering Cascading Failure

为有效地找寻和管理交通网络的关键节点,以免网络陷入大规模的交通瘫痪,构建了基于级联失效行为的节点重要度测算方法.首先,基于双层网络提出了一个交通网络级联失效模型,该模型:(1)考虑了上层出行网络与下层道路网络的相互影响;(2)给定节点、边初始容量,初始容量与初始流量无关,而初始流量由初始容量等决定:(3)用出行时间描述边的状态;(4)采用可变的边容量,边的容量随下游拥挤程度的变化而变化.然后,基于节点删除法提出了考虑级联失效的交通网络节点重要度评估方法,用级联失效网络的阻塞程度刻画了节点重要度,设计了能测算所有节点重要度的算法流程.试验分析表明,出行网络结构、出行者行为对节点重要度有重要影响.     

蓄意攻击下城市轨道交通网络抗毁性分析

为分析蓄意攻击策略下的城市轨道交通网络抗毁性,考虑复杂网络理论中最大连通子图相对大小、相对网络效率等因素,提出一种面向蓄意攻击下的城市轨道交通网络抗毁性分析方法。首先,选取城市轨道交通抗毁性指标,对网络蓄意攻击策略进行分析;其次,采用Space L法构建城市轨道交通网络的拓扑结构图,从点度、度分布、平均路径长度、聚集系数、网络效率等统计特性指标,定量分析蓄意攻击下的城市轨道交通网络抗毁性;最后,以北京市城市轨道交通网络为例,分析其2015年至2018年的变化,并对蓄意攻击下城市轨道交通网络抗毁性进行验证。结果表明:BURT_2015和BURT_2018这2个网络的度分布及度相关的参数基本相同;BURT_2018局部连接有所改善,但网络全局效率下降13%;在抗毁性方面,攻击相同的比例节点(或连边)时,BURT_2018和BURT_2015具有相似的抗毁性,但BURT_2018需要为攻击做出更多努力,攻击相同数量的节点(或连边)时,BURT_2018抗毁性更卓越。研究结果进一步丰富了城市轨道交通网络特性的抗毁性分析方法,为城市轨道交通网络的运营管理和规划设计提供了有益借鉴。     

成渝区域高速公路网络节点抗毁性研究

基于复杂网络理论构建成渝区域高速公路网络,对高速公路网络静态拓扑指标进行定量分析;利用级联失效理论,分别对网络中节点进行随机攻击和蓄意攻击,研究面对不同攻击情况时成渝区域高速公路网络的抗毁性.结果表明,适当增加节点容忍系数可提升网络抗毁性;成渝区域高速公路网络在随机攻击下抗毁性较高,在蓄意攻击下表现出脆弱性.     

基于节点重要度的景区交通网络可靠性分析

构建景区交通网络,辨识重要景点并探讨不同攻击策略下网络的可靠性,对保障景区安全管理具有重要意义.以旅游景区为研究对象,构建了基于Space L的旅游景区交通网络的拓扑结构模型.研究旅游景区突发事件的时空分布形态及其规律,分析节点在网络中的影响及游客旅游体验.综合考虑节点度值、介数等客观指标,及游客旅游体验如游客拥挤感知等主观指标等属性,基于TOP-SIS算法评价景区交通网络的节点重要度.制定基于节点重要度的随机攻击和多种选择攻击策略,探讨不同攻击策略下景区交通网络的连通可靠性.结果表明,颐和园交通网络具有典型的小世界网络特征;网络在选择和随机攻击下节点失效率分别接近0.6和0.8时崩溃,表明选择攻击对景区网络连通可靠性的破坏强于随机攻击;按游客体验等主观指标TOPSIS法对网络选择攻击,网络效率降低速度比仅按度值客观指标排序的选择攻击快74.5%;根据排序结果筛选15个关键节点,并给出突发事件下的20条相应应急疏散线路.对于旅游景区运营网络,基于TOPSIS的节点重要度评价方法具有有效性和实用性.      

基于复杂网络理论的城轨线网抗毁性对比分析

为分析不同规模轨道交通路网面对突发事件的抗毁性能，选取中国10个典型城市的轨道交通网络，采用复杂网络理论分析模拟攻击下网络的抗毁程度。利用Pajek软件构建Space-L拓扑空间抽象路网，设定定量化评价指标，系统分析随机攻击、累计节点蓄意攻击下网络的抗毁性；利用改进网络效率公式分析单节点蓄意攻击下单一节点的失效对网络的影响程度。研究结果表明，轨道交通网络是无标度网络。随机攻击下，2种规模网络在指标为节点度、网络效率、最大连通子图的失效站点数占比分别达到10.44%和11.09%，17.99%和18.39%，13.27%和12.92%时路网崩溃；累计节点蓄意攻击下，2种规模网络在指标为节点度、网络效率、最大连通子图的失效站点数占比分别达到5.22%和5.17%，4.3%和3.19%，4.23%和2.43%时路网崩溃。与在发散型线路交点的失效节点相比，处在三角形顶点或网状结构内的失效节点对整体网络的抗毁性更强。      

城市多模式交通网络的复杂网络特性与鲁棒性研究

为深入分析城市多模式交通网络的复杂特性,促进多模式交通的协同发展.采用原始映射法构建了包括小汽车网络、地面公交网络和轨道交通网络三者叠加而成的城市多模式交通网络模型.结合城市交通网络的实际运行情况,综合考虑客流量和运行时间的影响因素,对传统加权方式进行改进,方便建立更加准确、贴近现实的城市多模式加权交通网络模型.利用复杂网络的分析方法,应用Pajek和Ucinet这2种网络分析软件,对哈尔滨市多模式加权交通网络及3个单一模式子网络的复杂网络特性进行实证对比分析.提出城市多模式交通网络鲁棒性分析指标,对比研究交通网络受到攻击时的稳定性.结果 表明,相比单一模式的子网络,叠加后的城市多模式交通网络聚类系数增加,节点间紧密度有所增强,具有典型的小世界特性,表现出对随机攻击的鲁棒性和对蓄意攻击的脆弱性.      

基于复杂网络方法的粤港澳大湾区城际高速公路路网鲁棒性研究

选取粤港澳大湾区城际高速公路路网为研究对象，采用对偶映射法建立相应的复杂网络模型，运用复杂网络特性指标节点度、度分布、平均路径长度、平均聚集系数分析其网络拓扑结构，并用随机攻击和蓄意攻击两种攻击策略，以最大连通子图相对大小、平均路径长度、网络相对效率等3个指标对该网络的鲁棒性进行评价。结果表明：网络拓扑结构上，粤港澳大湾区城际高速公路路网是小世界网络但并不是无标度网络；鲁棒性分析方面，节点度高的节点是影响路网鲁棒性的主要因素，该路网由于路网中节点度大与节点度小的节点数量相当，因此在面对随机攻击时较蓄意攻击表现得较为鲁棒。     

基于CML的级联失效下异质多层交通网络节点抵抗特性研究

为了有效刻画拟合实际的多层交通网络级联失效过程，识别多层网络中对整体韧性安全影响显著的对象，提升交通网络抵抗失效的能力，建立一种基于耦合映象格子（Coupled Map Lattice， CML）的级联失效模型。首先，将交通管控措施赋予交通网络节点额外的容纳能力引申为节点抵抗特性，通过为CML添加抵抗参数H，形成考虑抵抗特性的级联失效（HCML）模型，沿常值-拓扑关联-时变拓扑关联的路径深化H的表征方式，并在小世界（Small World， SW）网络上对比3类表征方式的优劣；其次，应用Space H方法建立异质3层公共交通网络，对比度值与介数2种时变拓扑指标关联的抵抗效果，探究不同交通层抵抗系数对网络失效的影响程度；最后，在6组不同的网络结构上进行HCML模型与传统模型的对比，讨论建网方法、网络规模等不同网络性质的差异对模型有效性的影响，并结合实际客运数据验证HCML模型优越性。研究结果表明：3类表征方式中时变拓扑关联可以兼顾其余2类的优点；同等条件中网络在介数关联的抵抗特性作用下失效增速更缓，模型识别得到的对网络整体失效影响更大交通方式符合客流量实际；HCML模型在多种不同类型的多层交通网络中均可以有效实施，相比于传统模型，HCML模型的最终失效比例平均下降了5.78%，与实际交通级联失效过程更加拟合。     

机场集疏运路网可靠性评价方法研究

为了对机场集疏运路网可靠性进行评估,通过分析其节点重要度差异及道路等级划分明显特性,得知机场专用道和衔接道的路网组合形式区别于城市路网。为此,在传统复杂网络特征指标算法上赋予对应的边权重,并重新定义其指标及计算方法,从而提出了改进的机场集疏运复杂网络模型。通过ArcGIS、模拟实验等方法结合北京首都机场集疏运路网实例,验证了该模型的可行性。其结果表明:传统复杂网络度分布服从泊松分布,而改进的复杂网络节点强度分布服从幂律分布,能较好的反映出机场集疏运路网的无标度特性,科学性、准确性较强;其次,改进的复杂网络模型加权集聚系数为0.015,仅占传统复杂网络模型集聚系数的20%,平均加权距离10.38,高于平均路径长度1.15,与机场集疏运道路等级划分特性明显更契合,但无标度特性并不明显。同时,通过模拟攻击实验发现节点强度对路网可靠性的影响比节点重要度大,通过对该类节点加以重点保护能有效提高机场集疏运路网的可靠性。     

基于级联失效模型的交通脆弱评估方法

交通网络是国民经济发展的基础支撑,其运行的安全、稳定问题已成为关注重点。为识别网络中的薄弱环节,本文在已有交通脆弱性研究基础上,梳理出目前各类交通脆弱性定义的共同点;基于用户平衡分配模型,给出一种模拟交通网络拥堵传播的级联失效模型,将此模型应用于交通脆弱性评估中;提出交通网络中节点和边脆弱强度的计算公式。以某市子路网为例,计算节点和边的脆弱强度,发现最脆弱的前十个节点和边都分布在主干路。对脆弱强度的敏感性进行分析,发现脆弱强度对于OD需求和通行能力在级联失效临界值附近的变化具有很强的敏感性。结果表明该方法对交通网络中的薄弱单元具有较好的辨识能力。     

基于复杂网络理论的国内地铁网络特性分析

基于复杂网络理论,在分析国内地铁网络拓扑结构的基础上对其相继故障进行了研究.结果表明:国内地铁网络具有较大平均最短路径,聚类系数近似为零,节点度和介数具有线性正相关性,度分布近似为Poisson分布,网络结构近似为随机网络;在相继故障扩散过程中蓄意攻击比随机攻击具有较快的传播速度,但在扰动幅度和故障规模关系中呈现出相似的变化趋势,蓄意攻击效果并不明显.      

基于攻击策略的城市群复合交通网络脆弱性研究

为了提高城市群交通网络抵抗突发灾害的能力,以复合这样一种全新的视角探索城市群交通网络的脆弱性。首先,基于复杂网络理论,对城市群复合交通网络结构进行了深入分析,采用站点映射法构建了城市群复合交通网络模型。其次,针对城市群复合交通网络结构,确定了脆弱性测度指标和攻击策略。最后,以呼包鄂城市群为例进行了实证研究,构建了道路-轨道复合交通网络模型,对复合交通网络的拓扑特征和脆弱性进行了分析,识别了路网中的关键站点和线路。结果表明:城市群复合交通网络的构建可以降低单一运输方式交通网络的脆弱性,通过对识别出的关键站点和线路的加强防护,可以进一步降低城市群复合交通网络的脆弱性,减小突发灾害造成交通网络瘫痪的风险。     

A Method for Freight Flow Allocation in Stochastic-flow Logistics Network Based on Variable Weights

据现实物流网络中物流节点和运输线路的容量会受节点设施设备以及线路运载工具状况的影响而随机变化的特点,研究了具有物流网络容量约束且运输线路容量随机,以成本最小、网络可靠性最大和最长单程运送时间最短为优化目标的物流网络货流分配问题.针对传统加权求和方法权重固定不变而使得该方法缺乏科学性和灵活性的不足,提出了基于变权的物流网络货流分配的多目标优化方法,首先构建了物流网络变权模型,该模型考虑了决策的实际需要与因素的状态值对权重的综合作用;然后在此基础上采用网络分解和动态规划方法对问题进行求解.通过算例对问题模型和求解方法进行了验证,结果表明通过调整变权系数便可得到符合需要的最优决策方案,所提出的方法科学、灵活,并且计算量小.     

基于路网有效通行效率的路段重要度评价方法

现多数学者以社会指标、出行需求等为基础建立了交通单元的重要度评价方法,这类方法大多未以交通网络结构为评价根本。实际上,当交通事故发生时,某一路段通行能力一般不是全部失效,而是部分失效。文中以此为基础,通过计算任意路段通行能力部分失效对整个网络通行效率的影响程度,判定该路段在该交通网络中的重要度。通过实例分析,不同路段通行能力下降时,网络通行平均有效效率下降不一致,普通路段交通拥堵时交通网络具有鲁棒性,但关键路段通行能力下降会使得交通网络平均有效通行效率下降明显。     

基于复杂网络的高速公路网络空间特性分析

作为区域联系的重要通道，高速公路的畅通运行至关重要。为了保证高速公路网络的正常运营、提高整个网络运行效率，基于复杂网络理论建立广西壮族自治区高速公路的拓扑网络，从静态与动态特性两个角度分析。结果表明该网络中市县间连接紧密，路网运输效率高，南宁等城市是网络的运转中心。随后，对网络节点进行随机和蓄意攻击，研究网络的鲁棒性。结果表明，网络的稳定性与移除节点的数量和移除顺序有很大的关系：当采用蓄意攻击时，节点移除占比在20%～30%时网络整体稳定性骤降，其中按照节点中介中心性排序的蓄意攻击对网络造成的影响最为显著。最后，结合广西壮族自治区2020年经济等数据进行空间分布分析，并分析其和复杂网络分析结果的相关性。分析结果表明二者相关系数超过0.6,证明区域经济的发展水平与该区域在路网中的重要程度有关。将网络分析与空间分析相结合，识别广西壮族自治区高速公路网络中关键节点，为高速公路的规划和路网管理提供了数据参考和决策依据。     

基于节点重要度的城市群城际道路公交线路规划

为解决城市群公交一体化推进中道路客运公交化和公交线路优化规划问题,通过构建城市群区域路网节点重要度评价模型对路网节点进行评价确定公交线路必经节点,以最优路径为目标,建立城市群各路段权重计算模型,通过蚁群算法求解,确定道路公交线路布局;以湖南长株潭城市群进行实例论证,求解结果表明该规划方法具有一定的可行性和实用性。     

基于复杂网络理论的城市道路系统可靠性测试

城市道路网络是综合交通体系结构层次、功能发挥的物理基础,运用复杂网络理论研究道路网络的可靠性问题极具意义。文中对比分析了运用对偶法和原始法构建城市道路网络拓扑模型的优劣,总结了网络理论中对道路可靠性度量的相关指标,设计了网络选择性失效与随机性失效的测试方法,分析了两种攻击对于网络的影响。     

基于复杂网络的区域水上交通关键船舶识别方法

为研究区域内船舶行为对交通状况的影响,研究了基于复杂网络的关键船舶识别方法.将水域中的船舶看作为复杂网络中的节点,根据船舶间的行为交互关系构建区域面向船舶行为分析的复杂网络;并结合复杂网络的节点中心性指标构建节点综合重要度评价模型;通过节点综合重要度评估结果,对网络中的节点进行节点重要度排序,识别网络中的关键节点.对比度节点中心性识别关键节点方法,实验结果表明,2种方法的分析结果中节点排序结果相同的节点数占节点总数的比例达到77.8%,但节点综合重要度评价方法对各指标进行权重配比,充分考虑了各指标对关键节点识别结果的影响,能有效识别区域关键船舶.