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...     

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。     

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.      

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。     

城际货物运输联系的网络特性及空间组织优化研究

货物运输联系网络的空间特性能够为区域物流规划与货运交通组织提供基础依据。为高效提取城际货物运输联系的复杂交互关系,基于空间尺度重构理论,在提出货物运输联系网络构建方法的基础上,运用GIS空间分析技术,从网络空间组织过程及网络层级结构两个角度揭示了货物运输联系网络形成的动态性特征,并以云南省为实例地区进行演示;进一步在考虑交通因素的前提下,选取相关性分析和复杂网络分析工具,从强化运输联系和提高运输网络稳定性的角度对其空间组织进行了优化。结果表明:(1)货物运输联系网络的空间组织是一个地域集中性和区域择优性的复杂作用过程,它的节点倾向于与其地理空间邻近的省外城市以及省外区域经济中心取得首位联系,在这个过程中随着网络层级的降低,网络中关键节点的控制力逐渐转移至次级节点,致使城市功能和作用的空间分异趋于均衡;(2)公路交通基础设施网络规模、等级及可达性的变化对城市间货物运输交流的强化作用较弱,运输能力的提升才是其空间组织优化的关键;(3)城际货物运输对网络中关键节点的依赖程度极大,网络层级越高其对蓄意攻击的抗毁程度越低,提升核心网络中关键节点的抗毁性,能够优先实现平衡网络整体连通性和提高货运系统稳定性的目标。     

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。     

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。     

基于复杂网络的长三角航线网络结构特征分析

复杂网络是指具备复杂拓扑结构和动力学行为的大规模网络.近年来,随着复杂网络的小世界属性和无标度性质被揭示,复杂网络研究开始受到众多学科研究人员的关注,并逐步延伸到航空网络领域.在复杂网络理论的基础上针对我国长三角地区航空网络进行拓扑结构分析,主要运用了度分布、聚集系数、平均路径长度等指标,结果表明其具有明显的小世界特性和无标度性.通过3个不同的中心势指标发现该网络的中心化程度较高,具有以上海、南京等地机场为中心的枢纽辐射式航线网络的特性.此外,通过记录蓄意攻击下的网络效率的变化情况分析出该网络抗毁性较差.      

中欧集装箱海铁复合运输网络脆弱性分析

中欧贸易运输涉及多个港口和车站,构成复杂的运输网络,网络枢纽节点受到自然灾害、安全事故等影响失效,导致网络仅局部连通,进而影响全局效率。为量化分析中欧集装箱运输网络在枢纽节点失效后的网络功能变化程度,基于中欧班列和海运航线网络构建海铁复合运输网络。在此基础上结合负荷-容量级联失效模型提出1种网络脆弱性仿真模型,模型考虑到节点容量、攻击方式及负载分配策略3类影响因素,并设定网络连通性及网络效率为脆弱性测度指标,仿真实验分析影响该网络脆弱性的因素与演化规律,并通过网络效率变化曲线判断了关键节点。结果显示,中欧集装箱海铁复合运输网络共计167个节点,网络具有无标度和小世界特性,度相关性系数为0.13,网络体现弱同配性,度值相近的节点倾向于互相连接;针对枢纽节点的蓄意攻击相比随机失效的网络更脆弱,失效节点数为3时,蓄意攻击下的网络连通性和效率对比随机失效时,分别下降20.15%和37.19%。从影响因素看,基于地理距离对失效节点负载进行重新分配的策略会加剧网络崩溃,节点容量的增加使网络更为鲁棒,当容量冗余系数增到0.2后,脆弱性指标达到临界阈值,外界干扰不再对整体网络产生影响;海港失效对网络效...     

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.      

高速公路引导下的长江经济带路网评价研究

以长江经济带为研究区域,采用栅格与网络技术相结合的空间分析方法,在运用通达性、可达性等指标对长江经济带交通改善状况比较分析的基础上,对交通发展变化热点空间特征进行识别和探讨。结果表明:长江经济带不同区域的通达性与可达性均获得明显提升,但上下游仍存在较大差距;区域通达性与可达性除呈现从下游向上游逐层递减的扇形层次空间格局外,还呈现以中心省会城市向四周递减的圈层空间结构;交通干线沿线的通达性和可达性较优,平原通达性和可达性明显优于盆地、山地;在高速公路引导下,交通变化下的新交通核心城市涌现,云南、四川出现双核发展模式;交通发展热点主要分布在成渝城市群,冷点主要分布在长三角城市群;高速公路的建设有利于推动地区通达性和可达性的提高。     

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.      

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。     

经济属性驱动下的高速公路复杂加权网络的演化及仿真

讨论经济因素驱动下高速公路网络拓扑结构、演化过程和特征问题。在BBV模型的基础上,提出了一种以节点强度驱动和以经济流量为权重度量标准的复杂加权网络演化模型,并使用matlab软件进行数值仿真和分析,分别探讨了拓扑网络中经济流量增量和现实网络中城市经济属性对高速公路网络演化的影响。仿真结果表明,高速公路网络是一个典型的复杂加权网络,其点权分布服从幂律分布,并有重尾特征;经济流量增量成为拓扑网络演化的驱动力,而城市经济属性对现实网络发展起决定性作用。研究结果可为我国高速公路的建设和优化,以及促进区域经济一体化建设提供理论依据和参考。     

基于贝叶斯网络的高速公路突发事件态势评估研究

为了提高高速公路应急管理能力,提升高速公路应急效率,从突发事件演化机理着手,基于贝叶斯网络构建了高速公路交通突发事件应急处置的态势评估模型,用于推理学习不同情况下的交通事故概率。评估模型首先确立了高速公路交通突发事件贝叶斯网络总体工作流程,将贝叶斯网络节点设置为高速公路突发事件的影响因素,贝叶斯网络结构根据各节点,即各影响因素之间的相互关系进行构建。其次,根据交通事故数据和专家知识对网络中每个节点进行条件概率赋值,再在条件概率的基础上根据现场初步事故信息运用联合树推理算法将贝叶斯网络转化为联合树,通过定义在联合树上的消息传递过程,计算后验概率;最后,在条件概率的基础上进行推理,建立评估模型实现对高速公路突发事件态势评估。实例分析随机抽取50次高速公路交通突发事件数据用于贝叶斯网络,通过软件Ge Nie2.2,以事故车辆类型,事故车辆数量,得到事故信息的时间,事发时天气及事发时段为证据信息,推理得出高速公路突发事件概率,预测结果表明基于贝叶斯网络的高速公路交通突发事件应急处置态势评估模型具有较高的准确性。     

河南省高速公路网络发育程度评价与分析

作为河南省区域联系的快速通道,高速公路网络对河南省国民经济与社会发展起着至关重要的作用.通过选取通达指数、伸展指数、趋中指数等指标,以河南省18个中心城市的最短路径矩阵为基础,对河南省区域高速公路网络的发育程度进行了定量评价.结果显示,河南省高速公路网络发育程度在空间格局上呈现明显的“核心—外围”模式,通达指数最高的城市集中在中心城市郑州周围,较低的城市分布在外围地区;趋中指数排序与通达指数排序相吻合;河南省边缘地区城市的通达性需要提高,区域高速公路网络需要进一步完善.     

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.      

基于改进贝叶斯网络模型的高速公路交通设施风险评估

交通设施对高速公路交通安全起着关键作用,对交通设施进行风险评估是预防交通事故的有效方法之一.为实现对高速公路交通设施风险的评估,分析了交通设施对交通安全的影响机理.通过因子分析法提取了各作用节点和作用网络,根据网络中各节点之间的关系,结合条件概率知识对贝叶斯公式进行了变形与推导,舍去无关变量和无影响常量,构建基于改进贝叶斯网络的高速公路交通设施风险评估模型.用高速公路历史事故数据对模型概率参数进行标定和校准之后,可将高速公路交通设施现状调查结果带入模型进行风险评估.模型计算得到的 值越小,高速公路交通设施风险越大.采用珲乌高速公路实地调查数据,带入模型分析发现,值小于0.5时,事故数相对较高,设施风险较大;值大于0.5时,设施风险较小.