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。     

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。     

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。     

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.      

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.     

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。     

主成分分析法在区域轴-辐式快运网络枢纽节点城市布局中的应用研究

宏观层次的区域轴-辐式快运网络枢纽节点城市的布局是一个复杂的多指标综合评价问题。文章首先阐述了主成分分析法(PCA)的基本原理及实际操作步骤,然后结合某省实际,在分析影响快运网络枢纽节点城市布局的经济因素基础上,利用主成分分析法建立了评价模型,并据此用spss软件计算出各节点的重要度来进行枢纽节点的布局,计算结果证明了该方法的有效性。     

基于复杂网络的海上丝绸之路沿线港口地位评价

为研究"21世纪海上丝绸之路(MSR)"航运网络港口的地位,基于全球排名前16位的集装箱班轮运输公司的服务信息,构建以海上丝绸之路沿线重要港口为节点的复杂网络模型,并对网络的平均路径长度、聚集系数、度及其分布等统计特征进行分析.在此基础上,结合伯德计数法提出一种考虑度中心性、中间中心性和接近中心性的港口综合中心性评价方法,全面分析了MSR港口的重要性程度,并采用拓扑特征驱动的脆弱性模型对研究结果进行对比分析.结果显示,MSR航运网络的聚集系数为0.526,平均距离为2.572,具备小世界网络特性;基于综合中心性模型,香港港得分最高为761,表明MSR网络对中心性高的枢纽港依赖程度较高;脆弱性模型表明移除新加坡港网络效率下降幅度最大(1.83%);基于综合中心性分析得到的港口地位与通过脆弱性模型得到的结果基本上一致.      

北京市公共交通网络系统的鲁棒性研究

作为城市生产、生活的重要支撑,城市公共交通系统应具备一定的鲁棒性以保证系统的高效运行。本文通过复杂网络建模,运用主成分分析方法综合多个指标,分析公共交通站点的重要程度,并从正序攻击、倒序攻击两个角度讨论北京市复合公共交通网络系统的鲁棒性。结果表明,北京市复合公共交通网络呈现无标度特性,而且公共交通站点的重要度能够用一个指标进行描述。此外,一组对照性攻击实验表明,正序攻击对公共交通网络的连通性和效率的影响极大,倒序攻击的影响则极小,亦说明所建立的重要度指标合理可行。     

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.      

城市危险品道路运输网络的设计和分析

为了更好地研究道路危险品运输网络的拓扑特性,通过分析危险品道路运输路径选择模型特点和所面临的问题,建立了适用于危险品道路运输网络的、规范的、准确的一套体系和标准。以成都市为例,使用Arc GIS和Matlab软件初步设计和建立了道路危险品运输拓扑网络,统计了相关拓扑基础数据,并仿真生成相同规模的随机拓扑网络。对比发现:成都市危险品道路运输拓扑网络具有随机网络特性,主要表现为节点度频次分布服从泊松分布。分别通过线性拟合、高斯拟合、幂律拟合,以拟合优度值选择发现:节点度累积概率分布服从泊松分布;节点度分布中的主要集中节点度为2~4,平均节点度为2.968 2。这些表现特征可为危险品运输相关政府部门、运输公司提供危险品道路运输网络设计相关的科学有效方法。     

突发拥挤条件下城市道路网脆弱性识别

为了量化突发拥挤导致的城市路网的脆弱性变化,首先采用原始法对路网进行了拓扑,选取连通度与网络效率等路网特性指标从中观层面完成了路网的鲁棒性分析,进而生成了对路网鲁棒性有显著影响的改进路网。然后考虑改进路网中突发拥挤路段的排队容量限制,以路网总阻抗变化量为脆弱性识别指标,构建了含通过能力约束的交通网络配流模型。最后设计了Lagrange乘子算法并进行了算例验证。结果表明:基于脆弱性指标的模型能有效识别路网脆弱性,而突发拥挤导致的路段失效将直接导致路网总阻抗的变化并影响整个路网的鲁棒性;与无约束条件下完成的网络配流结果相比,该模型降低了对城市路网络脆弱路段误判的可能性,效果良好。     

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.