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。     

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。     

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...     

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.     

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。     

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...     

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CML的级联失效下异质多层交通网络节点抵抗特性研究

为了有效刻画拟合实际的多层交通网络级联失效过程，识别多层网络中对整体韧性安全影响显著的对象，提升交通网络抵抗失效的能力，建立一种基于耦合映象格子（Coupled Map Lattice， CML）的级联失效模型。首先，将交通管控措施赋予交通网络节点额外的容纳能力引申为节点抵抗特性，通过为CML添加抵抗参数H，形成考虑抵抗特性的级联失效（HCML）模型，沿常值-拓扑关联-时变拓扑关联的路径深化H的表征方式，并在小世界（Small World， SW）网络上对比3类表征方式的优劣；其次，应用Space H方法建立异质3层公共交通网络，对比度值与介数2种时变拓扑指标关联的抵抗效果，探究不同交通层抵抗系数对网络失效的影响程度；最后，在6组不同的网络结构上进行HCML模型与传统模型的对比，讨论建网方法、网络规模等不同网络性质的差异对模型有效性的影响，并结合实际客运数据验证HCML模型优越性。研究结果表明：3类表征方式中时变拓扑关联可以兼顾其余2类的优点；同等条件中网络在介数关联的抵抗特性作用下失效增速更缓，模型识别得到的对网络整体失效影响更大交通方式符合客流量实际；HCML模型在多种不同类型的多层交通网络中均可以有效实施，相比于传统模型，HCML模型的最终失效比例平均下降了5.78%，与实际交通级联失效过程更加拟合。     

城市交通网络与城市空间形态研究

通过分析城市交通网络与城市空间形态的相互关系。论述了三种城市空间形态的各自特点,分别构建与城市空间形态相对应的交通网络,论述了交通网络的合理发展可以更好地引导城市未来空间发展,避免城市空间形态的盲目发展,从而形成城市交通网络与城市空间形态的良好互动,促进社会经济的发展。     

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.      

城市交通网络非稳定随机均衡分析

阐明了城市交通网络流量均衡的不稳定特征,并提出了非稳定随机均衡分析的概念.通过构建基于路网使用者选择行为判断的超级网络,揭示了基于一般简化网络利用随机用户均衡对非稳定均衡网络状态进行研究的不合理性,并通过增加相对独立的虚拟节点与路段修正了超级网络.基于修正的超级网络对路径选择概率进行分析,构建了基于路段流量加载的不动点流量分配模型.针对该不动点模型给出了相继平均法内嵌基于Monte Carlo模拟的随机加载过程的交通流分配算法,并用算例验证了该算法的有效性.通过比较非稳定均衡与弹性需求下的交通网络用户均衡,说明了非稳定均衡概念在交通网络规划中应用的重要意义.     

加强城市交通系统管理 合理解决城市交通拥堵

该文分析了城市交通拥堵现象的形成原因,提出了合理的解决途径及对策,并提出要从网络层面和节点层面两个不同层面加强城市交通系统管理规划,使城市的交通更安全、快捷、畅通。     

基于投影寻踪法的城市道路交通网络关键节点辨识方法研究

如何有效辨识城市道路交通网络中的关键节点,是当前城市交通控制和应急管理领域亟需解决的重要技术问题之一。论文对关键节点的内涵进行了探讨,以节点失效前后路网交通流总行程时间的变化值作为体现节点重要度的量化值;从网络拓扑结构的角度和交通运行特性的角度分析影响节点重要度的因素,并利用沈阳市区域道路交通网络数据对重要度和影响因素之间的相关性进行检验,以确定关键交叉口的评价指标集合;最后,设计了基于投影寻踪分析的关键节点辨识方法,并利用沈阳市区域路网进行了实例分析,证实论文提出的方法可行、有效。     

非合作交通网络中的Braess悖论及其避免

平衡交通流网络中存在一种看似矛盾的Braess悖论现象,即在交通网络中增加一条通路反而会降低网络性能。本文分析了悖论产生的机理,指出Braess悖论的出现是由于非合作网络中Nash平衡点不在Pareto边界上,并通过实例分析说明交通规划时应该尽量避免设计出可能导致Braess悖论发生的路网结构,而对于现有交通网络中存在的Pareto悖论现象,可以通过控制和诱导等策略使交通流的分配达到Pareto最优,从而避免悖论发生。     

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.      

A Method for Freight Flow Allocation in Stochastic-flow Logistics Network Based on Variable Weights

据现实物流网络中物流节点和运输线路的容量会受节点设施设备以及线路运载工具状况的影响而随机变化的特点,研究了具有物流网络容量约束且运输线路容量随机,以成本最小、网络可靠性最大和最长单程运送时间最短为优化目标的物流网络货流分配问题.针对传统加权求和方法权重固定不变而使得该方法缺乏科学性和灵活性的不足,提出了基于变权的物流网络货流分配的多目标优化方法,首先构建了物流网络变权模型,该模型考虑了决策的实际需要与因素的状态值对权重的综合作用;然后在此基础上采用网络分解和动态规划方法对问题进行求解.通过算例对问题模型和求解方法进行了验证,结果表明通过调整变权系数便可得到符合需要的最优决策方案,所提出的方法科学、灵活,并且计算量小.     

临沂市沂蒙路公交专用道方案设计

为缓解城市交通拥堵,改善城市发展环境,提高公共服务水平,缶沂市近期将实施"四横四纵"公交专用道网络。沂蒙路现状为双向6车道,在不进行大规模道路拓宽改造的前提下,实施公交专用道有一定难度。在沂蒙路现状调查基础上,论证公交专用道实施必要性,进行合理功能定位,提出道路断面改造方案、公交车站改造方案、交叉口进口道设计,以及沿线相交节点出入交通管理、慢行交通配套、公交信号优先等配套方案。     

交通网络中动态OD矩阵估计模型研究

动态起点-迄点（OD）矩阵为智能交通系统提供所需的基础数据。为了提高交通网络中动态OD矩阵估计的精度,在最小化路段实际交通量和分配交通量之间差值以及最小化历史OD矩阵和待估计OD矩阵之间差值的基础上,将浮动车采集信息融合到OD矩阵估计过程中;在动态网络加载过程中,OD矩阵估计值如果大于加载车辆数会使网络中的定点问题求解发散。为了避免该情况的发生,基于广义最小二乘模型并引入容量约束,提出1种带不等式约束的动态OD矩阵估计方法。仿真实验表明,该方法对于OD矩阵估计的精度较好,优于带滑动窗的广义最小二乘算法。