基于加权耦合映像格子的地铁网络稳定性演化研究

为研究地铁网络的韧性演化规律，本文从网络连通性、自适应性、有效性角度构建评估地铁网络稳定性的测度指标，考虑交通网络中OD流量分布的影响，提出基于加权耦合映像格子模型的地铁网络级联失效分析方法。以北京地铁2014年和2018年两个网络为例，构建基于P空间客流加权复杂网络的动态稳定性分析模型，选取网络中重要程度不同的3个节点，对这两个地铁网络开展干扰强度不同的模拟蓄意攻击，对比分析北京地铁网络稳定性的演化规律。数值分析结果表明，随着北京地铁网络拓扑结构由小世界网络向无标度网络演化，2018年北京地铁网络的稳定性和抗毁性要显著高于2014年；对客流量大的站点攻击强度越大时，网络节点相继故障传播越显著，网络瘫痪概率也越高，瘫痪速度也越快。本文研究结果可为优化地铁线网结构和站点设置、加强安全运营管理提供科学的理论依据。     

基于GIS的多粒度复杂网络模型

为提高城市路网失效传播分析和可靠性分析的准确性,研究了路网发生故障的3种失效形式.在此基础上,基于复杂网络理论,提出了一种多粒度复杂网络模型;通过构建粒度空间,将城市交通广义路网表达为多粒度复杂路网.为检验模型的有效性,以成都市区路网为例,建立了道路的多粒度复杂网络模型;基于该网络结构,进行了路网失效传播分析以及分别针对随机攻击和蓄意攻击的路网可靠性分析.研究结果表明,城市道路多粒度复杂网络能更准确地进行路网失效传播分析和可靠性分析,为进一步研究城市交通网络故障的动态演化提供了有利条件.     

基于CML的多重边复杂公交线路网络相继故障研究

为给城市公交系统的规划、建设和管理优化提供决策依据,在现有公交网络模型的基础 上,以常规公交线路为网络的节点,公交线路间的若干个公共停靠站点为连边,建立了基于耦合 映像格子的多重边复杂公交线路网络模型,基于该模型研究了多重边复杂公交线路网络的相继故 障问题。通过Matlab 数值仿真技术,详细分析了扰动幅值和耦合强度对网络相继故障的影响。研 究结果表明：蓄意攻击多重边复杂公交线路网络中度最大的节点最容易造成网络全局故障;另 外,耦合强度和扰动幅值越大,多重边复杂公交线路网络越容易发生相继故障。     

危险品运输关联网络级联失效建模及耦合特性

为研究危险品运输关联网络级联失效机理及耦合特性,在提出一个包含物理网络、服务网络和关联边的危险品运输关联网络模型的基础上,通过构建危险品运输关联网络级联失效模型,利用基于节点度的级联失效平均规模作为网络抗毁性评估测度,基于此对比研究了危险品运输网络关联网络级联失效机理及耦合特性.仿真结果表明：危险品运输物理网络和服务网络间关联边的“传导”特性并不相同,相同失效节点数目下,物理网络的级联失效节点数总大于服务网络,通过改变网络模型参数可提升关联网络抗毁性,且提升服务网络的参数比提升物理网络见效更快.上述结论对危险品运输关联网络的风险识别和应急管理具有一定的理论指导意义.     

基于蓄意攻击下的民用机场网络级联失效抗毁性分析

在机场网络中单个机场节点的失效往往会波及整个网络。本文运用复杂网络理论构建机场网络级联失效抗毁性评估模型,然后对不同的机场节点进行蓄意攻击,使失效节点负载重新分配,并通过网络的节点失效率来衡量网络的抗毁性。最后以中国华东地区的机场网络进行实例仿真,并对仿真结果进行总结分析,为提高机场网络的抗毁性提出了一些意见和措施。     

基于网络负载容量模型的城市路网级联失效研究

在城市道路交通中,关键路段的失效可能导致路网的大面积拥堵,为了准确判断城市道路交通网络的关键路段,首先采用原始法构建城市道路交通网络的几何拓扑图,并在已有的交通网络级联失效模型基础上,考虑了城市道路网络的有向性和拥堵的局部扩散特性,对模型的初始负荷定义及失效负载重分配的规则进行了改进,并采用改进后的模型对不同路段破坏失效进行了模拟分析,研究了不同路段发生破坏后拥挤的扩散过程.采用破坏影响后的路网平均距离降低比例和失效路段所占比例来反映路段的破坏程度,最后对路网中的路段进行重要度排序,并结合路段在路网中的度、介数及级联失效的影响程度等指标,利用K-Means聚类分析对路段进行了聚类.结论表明:只考虑路段上的流量大小或路段的一些静态指标并不能够准确判断路段的重要度,路网中往往还存在一些潜在的重要路段,考虑多种指标对不同路段进行聚类更具合理性.     

基于虚拟多层次节点的道路网络模型研究

随着城市道路交通网络的发展,路网中出现越来越多的非平面路网情况,传统的基于节点-路段数据模型和N2A网络模型在几何、拓扑关系表达等方面都难以满足立体化交通需求,亟待建立基于虚拟多层次节点的道路网络模型等新模型。     

基于复杂网络的国家综合立体交通网主骨架分析

《国家综合立体交通网规划纲要》中提出要加快建设高效率国家综合立体交通网主骨架.本文借助复杂网络相关理论,以L空间方法构建了国家综合立体交通网主骨架区域网络与城市网络,分析了区域与城市之间的连接情况.结果 表明:在由21个重点区域构成的区域网络中,每个重点区域与其他区域至少有2条路径相连接,且区域网络具有小世界的特点,说明重点区域之间连接紧密,可靠性强.在由116个节点构成的城市网络中,城市间连边以极、组群、组团等不同类型重点区域城市之间的连边为主;在考虑城市空间距离的加权网络中,重庆、西安等节点重要度较高,建议重点关注各种交通方式在这些节点的相互衔接情况以提升运输效率.在鲁棒性分析中,发现加权网络对随机攻击和基于接近度中心性的蓄意攻击鲁棒性较好,而对基于介数中心性和PageRank中心性的蓄意攻击鲁棒性较差.通过对主骨架的网络特性进行分析并识别其重要节点,本文研究结果不仅证实了主骨架规划的合理性,还可为重点区域及城市的综合交通运输规划提供其连接情况、支撑作用与拓扑重要性等理论层面的参考.     

基于复杂网络的航空联盟航线网络鲁棒性分析

利用复杂网络方法,以三大航空联盟(星空联盟、天合联盟、寰宇一家)航线网络为研究对象,对三大航空联盟网络的拓扑特性与鲁棒性进行对比分析。研究结果表明,星空联盟网络辐射的节点数最多、平均度数最大,三大联盟网络都具有无标度特征和小世界网络效应;随机攻击下,三大联盟网络都具有较强的鲁棒性,而蓄意攻击下,各联盟网络的鲁棒性都较弱;蓄意攻击和随机攻击下,网络的鲁棒性都表现为:星空联盟优于天合联盟和寰宇一家。据此为联盟航线网络优化设计的研究提供了一定理论依据。     

基于复杂网络理论的城市路网脆弱性研究

首先,介绍了复杂网络的静态统计特性,并以新乡市区路网为例计算了映射后包括度、介数、聚类系数等在内的复杂网络统计特征值。然后,针对城市路网的拓扑特性,以复杂网络理论统计特性为基础,建立了路网脆弱性研究模型。以新乡市路网为例,研究了新乡市路网在随机性攻击和最大度攻击两种攻击策略下路网显示出的脆弱性。最后,通过逐个攻击网络节点的方法定量计算出路网中各个节点对于攻击表现出的脆弱性,通过该方法找到了路网中的关键路段,这对于后交通时代以维护为主体的路网保护具有重要的现实意义。     

城市轨道交通运输网络级联失效抗毁性研究

城市轨道交通各条线路和车站相互连接,联系紧密,其中的节点故障会在网络迅速传播,造成较大范围的拥堵,影响整个网络的正常运营.本文首先结合轨道交通特性,对城市轨道交通网络的级联失效现象进行分析.采用改进的边权函数来分析节点状态变化,进而产生流量的重分配.接着,建立了城市轨道交通网络级联失效模型,并以网络失效规模和破坏程度两个指标对其进行评估,仿真了级联失效过程并分析了不同失效策略下城市轨道交通网络的级联失效抗毁性.最后,以北京市轨道交通网络为例进行了实证研究.研究结果对轨道交通网络的合理规划、结构优化及运营安全具有重要的参考意义.     

降雨条件下城市道路网络拓扑结构脆弱性分析

受全球气候变化的影响,近几年极端天气增多,城市暴雨灾害频发,导致城市道路网络遭受严重破坏.为减小暴雨灾害给人民带来的生命财产损失,降雨条件下城市道路网络拓扑结构脆弱性分析方法的提出由显重要.本文在综合了国内外脆弱性研究理论与方法的基础上,界定了降雨条件下城市道路网络脆弱性的内涵;结合不同降雨强度对城市道路网络影响进行分析,综合路网中的介数和交通流量来定义节点和边的重要度的指标,对道路网络脆弱源进行识别;然后引用最小割度向量指标对城市道路网络拓扑结构脆弱性进行分析.为城市规划、城市管理道路网络防灾减灾提供参考依据.     

客流特征视角下的轨道交通网络特征及其脆弱性

为提高城市轨道交通网络脆弱性评估的客观性, 将乘客需求特性集成到网络脆弱性的计算中; 在城市轨道交通网络Space L空间下静态拓扑结构的基础上, 以客流为权重建立了轨道交通加权网络; 基于客流指标提出了车站连接强度和加权节点介数, 用于反映动态网络结构特征, 度量节点间相互作用强度; 针对城市轨道交通网络客流的时空特性, 结合网络客流需求特性, 基于出行消耗最大容限阈值, 构建了站点故障条件下的乘客有效路径子图和网络客流的OD损失率, 进而评估城市轨道交通网络的脆弱性; 以西安城市轨道交通网络为例, 从网络客流视角分析了城市轨道交通网络特征及其脆弱性。研究结果表明: 西安市轨道交通网络具有小世界网络特性, 平均路径长度为10.7, 其中小寨站和北大街站为网络关键节点, 其车站连接强度分别为166 795、149 059, 加权节点介数分别为0.365、0.369, 这两个站点的中断对西安市轨道交通网络效率的影响分别为40.1%、39.4%;乘客出行容限阈值极大地影响着网络中站点的重要性排序, 网络脆弱性随着乘客出行容限阈值的增大而逐渐降低; 脆弱性与介数的相关性强于脆弱性与度和强度的相关性, 随着出行容限阈值的增大, 加权介数与其脆弱性的关联性逐渐降低。可见, 提出的计算指标和方法突出了客流特征与乘客需求对轨道交通网络脆弱性的影响, 能够很好地体现轨道交通网络的功能特性。      

集装箱航运网络拓扑特性研究

从复杂网络理论角度出发,验证了集装箱航运网络具备无标度和小世界特性,由集装箱航运网络节点度分布、度相关性以及度与介数相关性分析得到了度较大的节点对集装箱航运网络影响程度较大的结论.选择度较大节点作为优先攻击目标,随机生成节点序列作为出错目标,进而比较出错和攻击对集装箱航运网络聚集系数、平均距离和网络效率等重要网络特性的影响.通过分析发现集装箱航运网络具有较好的鲁棒性,同时也具有较大的脆弱性.     

城市地铁-公交复合网络抗毁性与级联失效仿真

为研究城市公共交通复合网络的拓扑结构特性,在构建多方式、多层次拓扑网络的基础上,对以成都市为例的地铁-公交复合网络在袭击与拥堵下的有效性进行了分析.运用复杂网络理论,首先测度地铁-公交复合网络在不同袭击模式下的静态抗毁性,以评判复合网络中节点与连边的重要度;其后对突发性事故下地铁客流拥堵的传播扩散现象与级联失效过程进行仿真分析,通过对受阻客流在复合网络中传播性的分析,评判复合网络中地铁线路与沿线公交线路应急协调能力的匹配度.研究结果表明:在随机、蓄意两种袭击下,地铁-公交复合网络的最大连通度与网络效率的降幅与降速均低于地铁子网络与地面公交子网络,复合网络整体效能优于单一网络;基于有无容量限制下成都市8条地铁线路的拥堵失效仿真结果,能够评估其沿线既有公交线路的应急疏运能力,从而制定具有针对性的策略措施,以应对突发性事故下复合网络的过载情况.      

地铁网络服务韧性评估与最优恢复策略

针对已有基于拓扑效率的地铁网络韧性指标无法反映地铁运营实际的不足，构建考虑线 路流量影响的路网服务效率指标和基于服务效率的路网服务韧性指标，以及基于路网服务效率 的节点重要度指标；提出以路网服务韧性最大化为目标的优化模型，并基于遗传算法求解模型获 得最优恢复策略。算例结果表明：分别以服务效率和拓扑效率作为路网性能指标，获得的失效节 点恢复次序明显不同；蓄意攻击下，最优恢复策略获得的路网服务韧性分别比基于重要度的优先 恢复策略、基于节点度的优先恢复策略和随机恢复策略高16.76%、72.11%和86.21%。上述结果 表明，必须根据地铁运营实际合理选择路网性能指标和恢复策略，否则可能得到次优甚至明显偏 离实际的方案，无法实现预期目标。     

城市多模式公交拓扑网络的构建及特征分析

以哈尔滨市轨道交通网络和常规公交网络为研究对象,构建基于相邻站点的多模式公交拓扑网络模型,对节点度、节点强度、平均路径长度、加权聚类系数、介数等多个结构特征指标值进行分析;以网络效率和最大连通子图作为网络连通性的评价指标。研究表明:哈尔滨市多模式公交网络在L空间下具有小世界和无标度特性;在相邻站点间设置多条公交线路可以有效延缓整个网络由于线路运营时间而崩溃的速度;在全部线路停运前,网络效率反而随着网络规模和站点间平均距离减小而逐渐提高。     

考虑出行者行为的多重网络拥堵风险传播模型

城市道路交通拥堵风险传播过程受拥堵预警信息、出行者行为特性及居民出行流量分布等诸多因素影响。本文提出包括道路子网、信息子网和出行子网的多重网络模型,应用改进的 UAU-SIR(Unaware-Aware-Unaware-Susceptible-Infective-Recovered)模型,探讨多重网络预警信息下的城市道路拥堵风险传播机制;以国内典型城市道路网络特征分析为基础,构建符合真实道路状况的网络生成模型,并探讨道路网络拓扑结构和出行者面对预警信息时的行为特征对拥堵风险传播的影响。数值模拟结果表明：交通预警信息在发生严重拥堵时可以显著抑制道路拥堵传播,拥堵风险传播阈值与道路网络拓扑结构、预警信息、出行者面对预警信息时的行为特征及信息传输速率相关;ER随机网络与模拟路网相比具有爆发阈值更低,传播范围更广的特征。说明信息策略制定应更加重视出行者的风险态度和对拥堵的感知,提升信息通信强度有助于维持交通流的稳定。     

城市慢行交通网络特性与结构分析

基于复杂网络理论,对城市慢行交通网络进行L空间和P空间拓扑结构转换.通过对平均路径长度、聚类系数及度分布的特性分析,确定了城市慢行交通网络的类型,并找出L空间慢行网络的中心节点.通过对P空间慢行网络结构特征指标即节点度、紧密度与介数的分析,应用模糊聚类分析方法,提出城市慢行网络结构层次的划分方法,并分析了渭南市的慢行交...     

突发环境下城市道路网关键路段集识别

为了更好地判断出突发环境下城市道路网络中的关键路段,本文结合路网脆弱性分析方法,构建了一种涵盖单条到多条路段失效的关键路段集识别模型.首先,对路网进行随机攻击,运用网络效率、最大连通子图等鲁棒性指标寻找潜在关键路段;然后,引入0-1变量,建立一个含道路通行能力约束的非线性优化模型;再以此为基础,用分段线性化手段处理目标函数与约束条件,将模型转化为一个混合0-1规划问题;最后,以分支定界法求解模型并设计算例验证.结果表明：突发环境下的路网关键路段集一般不是若干关键路段的简单集成,其构成元素在几何拓扑层面上也不具有邻接关系;而且随着失效路段数的增多,路网鲁棒性与总阻抗变化量之间会呈现出较显著的负相关关系,可用“逆向”曲线进行刻画,效果良好.