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CML的城市地铁网络相继故障分析

分析和掌握城市地铁网络的基本特性,有助于规划和运营管理者对地铁进行运输组织和紧急情况的处理。基于复杂网络理论,采用matlab仿真分析,对城市地铁网络相继故障进行了研究。结果表明：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;多目标随机攻击加快了地铁网络相继故障的扩散进程,但对于最终引起的故障规模则影响不大。     

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.     

基于复杂网络的湖北省高速公路网特性分析

以湖北省高速公路网为研究对象,选取Space-P方法建立其网络拓扑模型,分析高速公路网的静态特性、中心性和鲁棒性.研究结果表明:湖北省高速公路的网络结构具有明显的小世界网络特性,节点间通过较少次的路径转换便可通达,网络连通性好;在随机攻击策略下,路网表现出良好的鲁棒性,但部分节点的节点度和聚类系数较低,局部地区的连通性较差;从节点中心性分析角度看,高速公路网部分节点重要性过高,在蓄意攻击策略下,路网性能降低显著.     

基于复杂网络的航空货运枢纽城市研究

采用复杂网络分析方法,通过对2004—2009年航空货运枢纽网络结构的实证研究,呈现我国航空货运的整体发展趋势,建立了核心-边缘模型,筛选出核心货运枢纽城市并论证了航空货运网络的无标度特性。进而采取蓄意攻击方式对网络抗毁性进行分析,分别移除航空货运系统中1个、3个枢纽城市,对货运系统的网络平均路径长度、凝聚力指数、节点度等统计指标进行对比,结果表明对枢纽城市的攻击,将严重影响整个航空货运网的连通性和集聚性。     

中国航空网络鲁棒性的牵制控制研究

对航空网络中部分节点进行牵制控制,可以使所有节点同步到稳定状态,起到提升航空网络鲁棒性的作用.通过建立节点状态方程,确定航空网络的平衡点,实现对部分节点的牵制控制,并以受控节点数与反馈增益的综合代价最低为标准,探究两者的均衡关系.结果表明,通过对45座通航城市进行牵制控制,可以以较低的反馈增益水平,实现中国航空网络鲁棒性的提升.     

城市轨道交通网络可靠性分析

为预防突发事件对城市轨道交通网络的影响,提高应变能力、增强运营稳定性,有必要对其网络可靠性进行分析。以上海市轨道交通网络为实证对象,基于L空间和P空间方法建立两种网络拓扑结构,分析其复杂网络的静态特性。提出针对车站删除方法的4种攻击策略,并对各种攻击策略下网络可靠性的变化进行比较分析。结果表明,轨道交通车站网络和换乘网络对随机攻击具有鲁棒性,对蓄意攻击具有脆弱性;动态攻击策略对网络可靠性的影响比静态攻击策略更大。     

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。     

城市轨道交通站点失效修复策略

为提高城市轨道交通（urban rail transit，URT）系统应对突发事件的能力，研究了URT站点在自然灾害及人为破坏情况下的修复策略. 分别运用随机攻击及蓄意攻击模拟URT站点遭受自然灾害及人为破坏的情况，结合仿真思想提出失效URT网络的仿真修复策略，运用平均修复策略、偏好修复策略及仿真修复策略实现受损URT网络的修复，结合全网可达性及未受影响乘客占比，提出全网可达性损失和全网未受影响乘客占比损失两类系统弹性损失指标用于衡量修复策略的有效性. 结果表明:蓄意攻击情况下全网可达性及未受影响乘客占比分别下降了2.54%及64.82%，高于随机攻击的2.34%及55.28%，蓄意攻击对URT网络的损害更大；修复因随机攻击而失效URT网络时，仿真修复策略的两类弹性损失指标分别为0.009及0.182，优于平均修复策略的0.012及0.305和偏好修复策略的0.010及0.197，修复因蓄意攻击而失效URT网络时，仿真修复策略的两类弹性损失指标分别为0.009及0.258，优于平均修复策略的0.012及0.312和偏好修复策略的0.014及0.354，表明仿真修复策略更适用于完成受损URT网络的修复工作；修复全程中仿真修复策略曲线的平均斜率为0.146，大于平均修复策略的0.092及偏好修复策略的0.117，表明相比于常规修复策略，仿真修复策略能达到更高的修复效率；当维修资源受限时，采用仿真修复策略能够达到最优的修复效果.      

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煤炭运输网络是包括铁路、公路、水路运输等多种方式的复杂网络,处于动态、开放的环境中并受各种不确定因素影响.为了更好地测度煤炭运输网络抵御破坏的能力,提高煤炭运输网络的结构鲁棒性,本文基于煤炭运输网络特性,在分析影响结构鲁棒性的内部和外部因素的基础上,定义了煤炭运输网络的结构鲁棒性,建立了煤炭运输网络结构鲁棒性评价指标体系,并以山西煤炭运输网络为算例进行仿真分析.结果表明,煤炭运输网络对于边随机破坏和按照度攻击,表现出较好的里程可达鲁棒性和效能鲁棒性;随机攻击节点和按照度攻击节点时,网络的结构熵鲁棒性变化不明显;对网络进行攻击的同时以一定的概率修复网络,网络呈现出较好的恢复鲁棒性.     

基于复杂网络理论的地铁线网脆弱性分析

针对突发事件造成的节点失效会严重影响地铁运营的效率这一问题,提出了一套基于复杂网络理论的地铁线网脆弱性分析方法。以武汉市现阶段地铁线网为例,采用Pajek构建了涵盖58个站点,57条连接边的当前城市地铁线网拓扑结构图,系统分析了随机攻击和蓄意攻击模式下城市地铁网络的静态与动态脆弱性水平。结果表明:累计节点蓄意攻击对地铁线网破坏性最大,随机攻击次之,单个节点蓄意攻击最小,度大节点为线网中的脆弱点。     

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.     

河谷型城市公交网络脆弱性研究——以兰州市为例

应用复杂网络理论,以兰州市为例研究河谷型城市公交网络的脆弱性.首先, 根据L 空间模型构建城市公交站点网络,分析该网络静态拓扑特性.然后,基于随意攻击 和蓄意攻击两种攻击模式,建立城市公交网络脆弱性测度指标,并对两种攻击模式下公 交网络的脆弱性进行分析.研究结果表明,由于兰州市特殊的河谷型地形特征,在蓄意攻 击下的脆弱性远远强于其在随意攻击下的脆弱性.最后,结合公交网络脆弱性特征研究公 交网络核心站点选取策略.结果表明,基于度的核心站点选择更适合兰州市公交网络,这 为兰州市交通规划和交通网络优化决策提供理论依据.     

基于复杂网络的全球集装箱海运网络脆弱性分析

集装箱班轮运输具有定港挂靠的特点,单个港口的失效容易发生连锁反应,进而对整个海运网络产生影响.为研究全球集装箱海运网络的脆弱性,根据全球运力前10班轮公司的航线数据构建全球集装箱海运网络,运用复杂网络理论在分析海运网络拓扑结构特征的基础上,模拟了集装箱海运网络在港口随机故障和蓄意攻击两种模式下的海运网络平均度、集聚系数、最大连通子图以及平均距离等特征参数的变化情况.同时针对贝鲁特港爆炸事件,分析了该港口关闭对全球集装箱海运网络的影响.结果显示:集装箱海运网络在面对蓄意攻击时具有更大的脆弱性,贝鲁特港爆炸事件对海运网络的局部区域产生了较大影响.     

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运用复杂网络理论和可视化技术,从网络规模、边权分布、点权分布和网络弹性等角度,对2003—2008年中国和美国航空客流加权网络的结构进行对比分析. 研究表明：中国航空客流网络的规模与美国网络差异较大,但其承担航空客流的能力较强,发展潜力极大;中国和美国航空客流网络的边权分布和点权分布都服从幂律分布,呈现出应对随机攻击的稳定性和协同攻击的脆弱性;对中国和美国网络弹性的对比分析表明,多枢纽网络结构的稳定性远强于“三足鼎形”网络,中国应加强对枢纽的建设和管理.     

基于多层复杂网络的轨道交通产业链优化

为对轨道交通产业链进行网络性能优化,首先,基于复杂网络理论,采用SpaceL法建立了轨道交通产业链依存性多层复杂网络拓扑结构,描述轨道交通产业链基本结构;随后,选取相关评价指标,运用蓄意攻击、随机攻击的方式,分析了轨道交通产业网络性能在攻击下所表现出的变化趋势及相关特性,并结合熵权法以及节点收缩方法,分别对节点与边的相对重要性、关键节点的位置以及加大投入下关键节点的重要度变化趋势进行分析;最后,以成都轨道交通产业链为例进行了分析验证.结果 表明:轨道交通产业链多层复杂网络在受到攻击时点相对于边有更高的重要度,对网络中的节点加大投入时,网络中某些节点,特别是关键节点,对短期内快速优化网络性能有着显著的作用.     

蓄意攻击下城市群客运交通网络级联抗毁性仿真

为研究城市群客运交通系统对蓄意破坏的抵抗能力,本文以复合交通网络模型研究城市群客运交通网络级联抗毁性.首先,构建城市群客运复合交通网络模型,并用实际客流加权.其次,采用改进的剩余容量分配策略,构建复合交通网络级联失效模型.再次,提出了网络效率和加权最大连通子图相对规模两个指标的网络抗毁性评估标准.最后,采用蓄意攻击策略,以呼包鄂城市群为实例进行仿真.结果表明：在蓄意攻击下,两次攻击即可使城市群客运交通网络抗毁性下降 90%左右;一定客运需求下,过载能力调节参数存在阈值,若站点建设力度超越该值则会造成不必要的浪费.     

城市群客运交通网络可靠性修复仿真

为对遭受攻击的城市群客运交通网络进行有效的修复,及时恢复网络功能,研究了不同攻击策略下城市群客运交通网络可靠性修复最优化方法. 首先,探究城市群客运交通网络特点,采用了站点映射法构建城市群客运交通网络模型. 其次,在对随即攻击、蓄意攻击和不完全信息攻击3种攻击策略进行深入分析基础上,探究城市群客运交通网络级联修复现象机理,构建城市群客运交通网络可靠性修复机制模型,并提出了衡量城市群客运交通网络可靠性测度指标. 最后,以呼包鄂城市群为研究对象,取信息模糊度分别为1.0、0.8、0.2、0情况下进行仿真分析,通过指标变化对比得到各种攻击策略下最优化修复方法. 结果表明:随机攻击策略下采用偏好修复能保持网络较高的最大连通子图相对规模,修复节点与修复连边策略分别可将修复程度维持在0.87、0.65左右;在蓄意攻击策略下重点修复效果显著,修复程度可最终维持在0.70左右;不完全信息攻击策略下城市群客运交通网络可靠性修复最优化策略依据信息模糊度的大小而定,并存在阀值. 与此发现,发现节点攻击危害性远超于连边攻击,有关部门应更加重视城市群客运交通网络站点的建设与定期维护.      

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.