城市群交通网络级联失效建模与可靠性仿真

为增强城市群交通网络抵抗突发灾害的能力,减少级联失效所带来的危害以提升网络的可靠性,本研究基于城市群交通网络级联失效模型进行研究。首先,构建城市群单种运输方式的交通网络模型,将地理距离较近的节点进行叠加以构建城市群交通网络模型。其次,根据容量-负荷模型以及城市群的特点,在失效节点的负荷分配时考虑了地理距离与节点度的相对重要程度,构建城市群交通网络级联失效模型。并以网络效率作为可靠性测度指标,从而度量级联失效的影响。最后,以呼包鄂城市群为研究对象构建了道路-轨道交通网络模型,就不同的攻击策略、容量系数、地理距离权重与节点度权重对城市群交通网络级联失效现象进行仿真,研究网络可靠性的变化。结果表明:无论是随机攻击或是蓄意攻击,容量系数较大时网络可靠性较低;并且当容量系数均匀增大时,级联失效的影响具有明显突变性。在随机攻击下,容量系数的不均衡性使得网络效率下降较快,级联失效产生的影响较为严重;地理距离权重以及节点度权重影响着网络效率出现跳跃式下降的时刻,地理距离权重越大,出现的时刻越晚;在蓄意攻击下,容量系数存在阈值,当容量系数小于该值时,网络效率的变化趋势相似;地理距离权重与节点度权重存在某特定值使得级联失效的影响较小。     

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。     

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...     

铁水联运煤炭运输网络抗毁性研究

为了对煤炭运输网络的抗毁性进行评估,构建了铁水联运煤炭运输网络模型,选用不同的抗毁性测度作为分析指标,对网络节点失效的攻击过程进行了模拟,分析比较了各个抗毁性测度在不同攻击模式下的变化情况.结果表明,网络对于随机攻击表现出较好的抗毁性,而对于选择性攻击表现出脆弱性.随机移除30%的节点,网络的各项指标仍然维持在较高的水平;选择重新计算的最大度、最大介数攻击模式,当移除20%的节点,网络性能的降幅度超过80%.可以得出,部分度值和介数较大的节点对煤炭运输网络十分重要,通过对该类节点加以重点保护可以有效地提高网络的抗毁性.      

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.     

地铁线网结构对连通可靠性影响评价

地铁是现代大城市最重要的公共交通系统之一,其线网连通可靠性不但受到运营故障、恐怖袭击、踩踏事故等不确定性因素影响,也与线网结构有密切关系。为评价线网结构(表示为网络的线路组成)对地铁线网连通可靠性的影响,基于传统的节点连通可靠度概念定义了"线路连通重要度"新概念及其计算模型,即线路增减/失效前后网络平均连通可靠度的变化(百分比)。采用基于排序的ORDER方法和网络连通判断算法求解上述模型。以广州规划年地铁线网为例验证了所提模型的有效性,并分析了地铁线路特征(站点类型和数量)对网络连通可靠性的影响。结果显示,3号线的线路连通重要度最大(99.84%)为关键线路。研究发现而线路连通重要度受到线路中换乘站数量和中间站数量的综合影响,且前者的影响高于后者。研究结论值得交通规划和管理决策者在制定地铁建设和维护优先政策时参考和借鉴。     

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。     

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.      

基于聚类算法的交通网络节点重要性评价方法研究

评估交通网络中节点的重要性,识别出对网络效率起着重要作用的关键节点,对于预防和降低交通拥堵和交通事故等事件对路网整体效率的影响具有重要意义.为识别出关键节点,研究了一种基于聚类算法的交通网络节点重要性评价方法:将道路交通网络抽象为无向加权网络,以节点介数、节点交通量和PageRank值作为节点重要性评价指标,利用基于K-Means算法和随机森林加权的改进FCM算法确定交通网络节点重要性,适用于中小城市道路交通网络.实证分析表明,改进算法的聚类性能明显提高,目标函数值和迭代次数分别降低88.70%和61.54%,同时算法误判率也仅为5.50%,验证了所提出的方法可以更为客观地刻画交通网络节点重要性程度,更为准确地动态辨识出关键节点.