基于复杂网络理论的地铁线网脆弱性分析

针对突发事件造成的节点失效会严重影响地铁运营的效率这一问题,提出了一套基于复杂网络理论的地铁线网脆弱性分析方法。以武汉市现阶段地铁线网为例,采用Pajek构建了涵盖58个站点,57条连接边的当前城市地铁线网拓扑结构图,系统分析了随机攻击和蓄意攻击模式下城市地铁网络的静态与动态脆弱性水平。结果表明:累计节点蓄意攻击对地铁线网破坏性最大,随机攻击次之,单个节点蓄意攻击最小,度大节点为线网中的脆弱点。     

基于仿真分析的中国航空网络鲁棒性研究

鲁棒性研究有助于了解航空网络抗干扰能力,保证航空运输安全高效的开展.通过采集中国航空网络的数据信息,测算其统计特征;设计了＂随机干扰＂和＂蓄意攻击＂两种仿真系统,通过仿真实验,结果表明中国航空网络针对随机干扰具有较强的鲁棒性,而在面对蓄意攻击时鲁棒性较差的基本规律;不同通航城市对网络鲁棒性的影响差异极大,目前的中国航空网络高度依赖40余个核心城市.     

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。     

基于复杂网络的全球集装箱海运网络脆弱性分析

集装箱班轮运输具有定港挂靠的特点,单个港口的失效容易发生连锁反应,进而对整个海运网络产生影响.为研究全球集装箱海运网络的脆弱性,根据全球运力前10班轮公司的航线数据构建全球集装箱海运网络,运用复杂网络理论在分析海运网络拓扑结构特征的基础上,模拟了集装箱海运网络在港口随机故障和蓄意攻击两种模式下的海运网络平均度、集聚系数、最大连通子图以及平均距离等特征参数的变化情况.同时针对贝鲁特港爆炸事件,分析了该港口关闭对全球集装箱海运网络的影响.结果显示:集装箱海运网络在面对蓄意攻击时具有更大的脆弱性,贝鲁特港爆炸事件对海运网络的局部区域产生了较大影响.     

基于复杂网络的航空联盟航线网络鲁棒性分析

利用复杂网络方法,以三大航空联盟(星空联盟、天合联盟、寰宇一家)航线网络为研究对象,对三大航空联盟网络的拓扑特性与鲁棒性进行对比分析。研究结果表明,星空联盟网络辐射的节点数最多、平均度数最大,三大联盟网络都具有无标度特征和小世界网络效应;随机攻击下,三大联盟网络都具有较强的鲁棒性,而蓄意攻击下,各联盟网络的鲁棒性都较弱;蓄意攻击和随机攻击下,网络的鲁棒性都表现为:星空联盟优于天合联盟和寰宇一家。据此为联盟航线网络优化设计的研究提供了一定理论依据。     

基于复杂网络的国家综合立体交通网主骨架分析

《国家综合立体交通网规划纲要》中提出要加快建设高效率国家综合立体交通网主骨架.本文借助复杂网络相关理论,以L空间方法构建了国家综合立体交通网主骨架区域网络与城市网络,分析了区域与城市之间的连接情况.结果 表明:在由21个重点区域构成的区域网络中,每个重点区域与其他区域至少有2条路径相连接,且区域网络具有小世界的特点,说明重点区域之间连接紧密,可靠性强.在由116个节点构成的城市网络中,城市间连边以极、组群、组团等不同类型重点区域城市之间的连边为主;在考虑城市空间距离的加权网络中,重庆、西安等节点重要度较高,建议重点关注各种交通方式在这些节点的相互衔接情况以提升运输效率.在鲁棒性分析中,发现加权网络对随机攻击和基于接近度中心性的蓄意攻击鲁棒性较好,而对基于介数中心性和PageRank中心性的蓄意攻击鲁棒性较差.通过对主骨架的网络特性进行分析并识别其重要节点,本文研究结果不仅证实了主骨架规划的合理性,还可为重点区域及城市的综合交通运输规划提供其连接情况、支撑作用与拓扑重要性等理论层面的参考.     

基于GIS的多粒度复杂网络模型

为提高城市路网失效传播分析和可靠性分析的准确性,研究了路网发生故障的3种失效形式.在此基础上,基于复杂网络理论,提出了一种多粒度复杂网络模型;通过构建粒度空间,将城市交通广义路网表达为多粒度复杂路网.为检验模型的有效性,以成都市区路网为例,建立了道路的多粒度复杂网络模型;基于该网络结构,进行了路网失效传播分析以及分别针对随机攻击和蓄意攻击的路网可靠性分析.研究结果表明,城市道路多粒度复杂网络能更准确地进行路网失效传播分析和可靠性分析,为进一步研究城市交通网络故障的动态演化提供了有利条件.     

基于多层复杂网络的轨道交通产业链优化

为对轨道交通产业链进行网络性能优化,首先,基于复杂网络理论,采用SpaceL法建立了轨道交通产业链依存性多层复杂网络拓扑结构,描述轨道交通产业链基本结构;随后,选取相关评价指标,运用蓄意攻击、随机攻击的方式,分析了轨道交通产业网络性能在攻击下所表现出的变化趋势及相关特性,并结合熵权法以及节点收缩方法,分别对节点与边的相...     

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。     

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.     

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从复杂网络角度对2001—2010年我国航班流网络结构进行实证分析.通过计算网络结构的统计指标,验证了该网络具有小世界特性和无标度特性,并构建了最大连通子图尺寸下降率和整体效能下降率指标,对其进行抗毁性分析.根据不同年度对比分析,发现我国航班流网络抗毁性有逐年提高的趋势,但却更依赖于几个关键机场.通过各种攻击方式的对比分析,得出我国航班流网络对随机攻击表现出较强的鲁棒性,而对恶意攻击却非常脆弱.整个网络的可靠性主要由少数重要机场决定,需要重点确保这类机场安全高效运行,并向多枢纽系统发展.     

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.     

基于加权耦合映像格子的地铁网络稳定性演化研究

为研究地铁网络的韧性演化规律,本文从网络连通性、自适应性、有效性角度构建评估地铁网络稳定性的测度指标,考虑交通网络中OD流量分布的影响,提出基于加权耦合映像格子模型的地铁网络级联失效分析方法.以北京地铁2014年和2018年两个网络为例,构建基于P空间客流加权复杂网络的动态稳定性分析模型,选取网络中重要程度不同的3个节...     

河谷型城市公交网络脆弱性研究——以兰州市为例

应用复杂网络理论,以兰州市为例研究河谷型城市公交网络的脆弱性.首先, 根据L 空间模型构建城市公交站点网络,分析该网络静态拓扑特性.然后,基于随意攻击 和蓄意攻击两种攻击模式,建立城市公交网络脆弱性测度指标,并对两种攻击模式下公 交网络的脆弱性进行分析.研究结果表明,由于兰州市特殊的河谷型地形特征,在蓄意攻 击下的脆弱性远远强于其在随意攻击下的脆弱性.最后,结合公交网络脆弱性特征研究公 交网络核心站点选取策略.结果表明,基于度的核心站点选择更适合兰州市公交网络,这 为兰州市交通规划和交通网络优化决策提供理论依据.     

基于拥挤收费的交通诱导控制策略研究

在城市道路交通网络中,一个或少数几个关键路段或路口如果出现拥堵,会使路口失效,并且在级联失效的作用下交通拥堵会形成连锁效应向外部扩散,最终导致路网的大面积交通拥堵。提出一种控制级联失效的交通诱导策略,通过改进诱导阻抗函数指引出行者的路径选择,控制级联失效的传播,保障交通网络的可靠性。通过试验分析得出:基于拥挤收费的交通诱导控制可有效地控制大规模网络级联失效的发生。     

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.     

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.