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.      

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。     

基于网络负载容量模型的城市路网级联失效研究

在城市道路交通中,关键路段的失效可能导致路网的大面积拥堵,为了准确判断城市道路交通网络的关键路段,首先采用原始法构建城市道路交通网络的几何拓扑图,并在已有的交通网络级联失效模型基础上,考虑了城市道路网络的有向性和拥堵的局部扩散特性,对模型的初始负荷定义及失效负载重分配的规则进行了改进,并采用改进后的模型对不同路段破坏失效进行了模拟分析,研究了不同路段发生破坏后拥挤的扩散过程.采用破坏影响后的路网平均距离降低比例和失效路段所占比例来反映路段的破坏程度,最后对路网中的路段进行重要度排序,并结合路段在路网中的度、介数及级联失效的影响程度等指标,利用K-Means聚类分析对路段进行了聚类.结论表明:只考虑路段上的流量大小或路段的一些静态指标并不能够准确判断路段的重要度,路网中往往还存在一些潜在的重要路段,考虑多种指标对不同路段进行聚类更具合理性.     

危险品运输关联网络级联失效建模及耦合特性

为研究危险品运输关联网络级联失效机理及耦合特性,在提出一个包含物理网络、服务网络和关联边的危险品运输关联网络模型的基础上,通过构建危险品运输关联网络级联失效模型,利用基于节点度的级联失效平均规模作为网络抗毁性评估测度,基于此对比研究了危险品运输网络关联网络级联失效机理及耦合特性.仿真结果表明：危险品运输物理网络和服务网络间关联边的“传导”特性并不相同,相同失效节点数目下,物理网络的级联失效节点数总大于服务网络,通过改变网络模型参数可提升关联网络抗毁性,且提升服务网络的参数比提升物理网络见效更快.上述结论对危险品运输关联网络的风险识别和应急管理具有一定的理论指导意义.     

区域综合运输通道抗毁性分析

区域运输通道是区域运输线路的骨干.通道抗毁性分析对发现通道网络薄弱环节、优化通道网络规划、保障运输安全等具有重要意义.以成渝经济区为例,抽取其运输通道网络,构建L空间下的复杂网络模型,构建基于节点度、节点运输重要度和节点介数的攻击策略,以网络全局效率和最大连通子图节点比为测度,借助Matlab和Pajek软件进行抗毁性分析仿真.结果表明：成渝经济区运输通道平均路径长度较大,连通性有待提高,在进行通道中公路、铁路网络规划时应注意联络线的布设,重庆、成都等应作为关键节点重点建设和保护.     

基于贝叶斯网络推理的道路网络级联失效仿真

针对道路网络级联失效与其它复杂网络相比具有的特殊性,基于贝叶斯网络推理,融合驾驶者出行先验及出行信息,研究了道路网络级联失效的演变机理及演变过程.编制MATLAB程序生成基于道路网络的贝叶斯网络结构,根据贝叶斯网络参数学习 MATLAB程序,学习了驾驶者感知路段属性变化;给出了仿真算法,仿真了贝叶斯网络推理中不同出行先验权重,以及出行信息量对道路网络属性及级联失效的影响.结果表明,贝叶斯网络推理可以较好地反映驾驶者出行路段选择对道路网络级联失效的定量影响,为研究道路网络级联失效提供了新的研究思路和方法.     

轨道交通网络级联失效影响范围研究

轨道交通系统因多因素干扰引发客流集中、车站拥挤,并相继传播至周边车站,形成级联失效. 把握拥挤在轨道交通网络的传播范围,是减少交通突发事件影响的基础. 基于轨道交通拥挤传播机理分析,将物理结构、网络初始交通状态、客流量融合进耦合映像格子模型 (Coupled Map Lattice,CML)中,通过历史客流数据量化参数,构建轨道交通拥挤传播模型,展开3 种不同情景下拥挤传播过程分析. 实例验证结果表明,轨道交通车站的初始状态、耦合系数对拥挤传播影响显著,网络结构对拥挤传播范围的影响并不明显. 根据网络结构、初始值和耦合系数,可以掌握拥挤传播规模,识别拥挤车站的影响范围,有助于提高轨道交通系统的可靠性.     

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.     

中国进口铁矿石海运网络抗毁性仿真

为研究中国进口铁矿石海运网络应对重大事件攻击下的抗毁性和不同保障措施的有效性,解决传统抗毁性评估测度未能考虑网络整体流量和节点负荷状态的问题,针对现实情景下大型船舶挂靠枢纽进口港后进行沿海中转的枢纽-转运网络特殊性,搭建了中国进口铁矿石海运网络抗毁性模型和评估指标。采用中国进口铁矿石相关港口和航运数据搭建初始网络,并针对不同枢纽进口港数量的网络进行各种攻击策略下的仿真分析。仿真结果表明,由于船舶航线可以进行调整后重新分配货载运输,网络具备一定自我修复能力,但在关键节点受冲击后网络抗毁性将发生突变。此外,提高过载能力可以有效增强网络抗毁性,但其边际增强效益在过载能力达到临界点后变化明显,且提升抗毁性的同时可能会加剧网络拥堵。因此需要加强对黑德兰港、日照港等网络重要节点的保护,适时增加枢纽进口港和提升港口过载能力,保障新冠肺炎疫情等重大事件冲击下中国进口铁矿石海运网络的抗毁性,同时合理调配码头堆场、设备等资源防范和应对网络拥堵等情况。     

前景理论下道路网络的级联失效演变

为了避免城市交通网络在突发事件的影响下陷入大范围的瘫痪,本文提出了一种 将路径改变行为和失效持续时间相结合的级联失效模型.模型以需求的演变定义了初始荷载, 提出了失效时间的概念,以及网络交通量的延迟加载方式;然后,考虑出行者在面对突发事件 的主观因素,基于前景理论确定了负载的动态重新分配方法;最后,采用MSA算法给出了模 型求解步骤.仿真结果表明：随着路段失效时间的增加,驾驶员的路径改变概率有显著差异;该 模型可定量的分析路网在不同的失效时间和初始需求下,由于路段造成的失效演变过程;在 考虑路段方向性时,路段的2 个方向均瘫痪后,相继失效速度明显加快.本文为研究突发事件 的管理方法提供了一定的理论依据.     

城市轨道交通有权网络相继故障可靠性研究

城市轨道交通各条线路和车站因其所承载客流量多少不同在网络结构的地位也不同,仅从网络结构来评价可靠性可能会产生误判.本文根据地铁网络智能卡数据构建了网络权重矩阵,结合网络结构确定了无权、有权网络的复杂网络参数,并基于有无权重 两个网络分别定义了4 种相继故障的策略参数及网络可靠性评价模型.以北京市轨道交通为实例系统性分析有无权重两个网络的可靠性,结果表明,模型可操作性强,弥补了城 市轨道交通网络可靠性研究的不足,加载了客流的网络脆性更明显,站点重要性排序也 发生较大变化.     

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随着新线的建设,城市轨道交通网络规模不断扩大,不同时期的网络特征不同,以北京为例分析发展变化规律,可以为轨道交通网络化运营提供建议.根据复杂网络理论,首先对比了北京市轨道交通规划路网和目前运营路网的网络特征值,分析了特征值的变化规律,得出规划路网的平均度、聚集系数、平均最短距离等指标均有所增大,但由于服务半径扩大,网络效率略有下降.然后针对重要节点失效和线路失效,对比了失效后的网络弹性,并确定了网络中的重要节点.结果表明：节点失效和线路失效对规划路网的影响较小,部分车站的重要度随着网络完善而发生改变,对于运营路网,必须保障重要节点的可靠性.     

城市轨道交通系统网络复杂性研究

随着交通拥堵的加剧,轨道交通以其快速、大运量的特点得到了青睐,其运营里程迅猛增加且在一定范围内呈现网络化运营趋势.轨道交通网络复杂性研究正在经历从单一网络静态拓扑结构扩展至多层网络动态分配特征的深入过程.在介绍拓扑结构与交通流网络的表示方法和网络复杂性评价指标的基础上,归纳轨道交通网络具有小世界、层次性及站间距幂律分布等静态拓扑特性,呈现明显幂律行为的数量分布及时空集聚等交通流特征.针对轨道交通系统的多层网络研究表明网络负载基本符合幂律分布.研究深化了对轨道交通运行机理的认知,有助于真实网络的预测和控制工作,为探索轨道交通网络化运营、一体化发展条件下客流预测、运力与需求匹配提供了参考方向.     

基于CML的多重边复杂公交线路网络相继故障研究

为给城市公交系统的规划、建设和管理优化提供决策依据,在现有公交网络模型的基础 上,以常规公交线路为网络的节点,公交线路间的若干个公共停靠站点为连边,建立了基于耦合 映像格子的多重边复杂公交线路网络模型,基于该模型研究了多重边复杂公交线路网络的相继故 障问题。通过Matlab 数值仿真技术,详细分析了扰动幅值和耦合强度对网络相继故障的影响。研 究结果表明：蓄意攻击多重边复杂公交线路网络中度最大的节点最容易造成网络全局故障;另 外,耦合强度和扰动幅值越大,多重边复杂公交线路网络越容易发生相继故障。     

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。     

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城市轨道交通网络客流时空分布特征是网络化协同运输组织的基础与核心.本文在系统分析城市轨道交通乘客出行行为的基础上,基于Multi-Agent建模技术,构建了网络客流分布动态仿真模型,应用该模型模拟乘客的网络出行过程,统计分析得到路网的客流分布特征.该模型既能反映乘客网络出行行为全过程,又能满足大规模路网仿真需求.最后,开发了城市轨道交通网络客流仿真系统,通过北京市轨道交通网络的实际数据对模型和算法进行验证.     

广州轨道交通网络的复杂网络特性研究

分别在L空间和P空间中对广州轨道交通网络进行拓扑建模,并对两个拓扑结构中的网络的平均路径长度、聚类系数、度分布等复杂网络特性指标分别进行计算和分析。结果表明,现阶段的广州轨道交通网络具有随机网络的特性,轨道网络的直达性较好,但是网络的连通性有待提高。     

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城市轨道交通网络是由轨道线路和车站组成的复杂网络,利用复杂网络理论探讨轨道线网的可靠性对提升其可达性和运营效率有重要意义. 采用space L方法对广州轨道交通网络进行了拓扑建模,计算分析了节点度、聚类系数、平均路径长度等指标及其分布规律,并重点研究了换乘车站故障情况下整个轨道交通网络受影响程度及可靠性. 结果表明,现阶段广州轨道交通网络呈现随机网络的特征,换乘车站发生运营故障将严重影响网络中的较长距离出行,降低轨道交通网络的客流吸引度,广州轨道交通网络在换乘车站故障后其全局效率降低,局部效率不变,车站之间的紧密程度较差.     

基于复杂网络理论的广州轨道交通网络可靠性研究

城市轨道交通网络是由轨道线路和车站组成的复杂网络,利用复杂网络理论探讨轨道线网的可靠性对提升其可达性和运营效率有重要意义. 采用space L方法对广州轨道交通网络进行了拓扑建模,计算分析了节点度、聚类系数、平均路径长度等指标及其分布规律,并重点研究了换乘车站故障情况下整个轨道交通网络受影响程度及可靠性. 结果表明,现阶段广州轨道交通网络呈现随机网络的特征,换乘车站发生运营故障将严重影响网络中的较长距离出行,降低轨道交通网络的客流吸引度,广州轨道交通网络在换乘车站故障后其全局效率降低,局部效率不变,车站之间的紧密程度较差.