Complex Network Topology of Transportation Systems

ABSTRACT

As a strategic factor for a country to survive in the global competition, transportation systems have attracted extensive attention from different disciplines for a long time. Since the introduction of complex network theory in the last decade, however, studies on transport systems have witnessed dramatic progress. Most roads, streets, and rails are organized as a network pattern, while link flows, travel time, or geographical distance are regarded as weights. In this article, the authors will present the current state of topological research on transportation systems under a complex network framework, as well as the efforts and challenges that have been made in the last decade. First, different kinds of transportation systems should be generalized as networks in different ways, which will be explained in the first part of this paper. We follow this by summarizing network measures that describe topological characteristics of transportation networks. Then we discuss the empirical observations from the last decade on real transportation systems at a variety of spatial scales. This paper concludes with some important challenges and open research frontiers in this field.     

一种新的网络拓扑发现解决方案

通过研究网络拓扑发现算法,描述了多址路由器和匿名路由器多拓扑发现造成的影响.改进了路由器别名判定法和匿名路由器处理方法,提出邻居-子网综合法和最大匿名综合法.改进后的算法能准确的发现真实网络拓扑,通过实验表明,该算法能够有效地克服多址路由器和匿名路由器对拓扑发现造成的影响,提高拓扑发现效率与准确性.     

大型独立电力网络拓扑识别及故障潮流计算

针对大型独立电力网络的特点,提出了一种新的网络拓扑结构在线分析法--扩展关联矩阵法.该方法融合了深度及广度优先搜索的优点,并可以进行局部搜索,提高了故障跟踪时的速度及准确度,给出了节点和支路的编码方法及扩展关联矩阵的形成方法.利用新方法,研究了系统的故障跟踪、故障处理方法及带有网络拓扑结构识别的实用简单潮流计算方法,为系统的故障恢复做好了充分的准备.     

基于拓扑变换的一种不确定性推理方法

不确定性推理的研究是人工智能研究领域的核心问题之一,也是近年来一个很活跃的研究方向.关于解决和处理不确定性推理问题的方法有很多.但从数学本质上来看,它们都是在推埋的前提和结论之间建立一种变换关系,并利用该变换关系去处理该推理问题.本文用模糊拓扑和模糊数学的方法给出了一种基于拓扑变换的不确定性推理方法.这为处理不性推理问题提供了一种合适的方法.     

美海军DDG-1000全舰计算环境体系结构探析

  目的  现代舰艇灾害突发性以及蔓延快速性的显著提升,对舰艇损管指挥网络的信息化水平提出了更高要求。基于损管指挥信息系统复杂的网络特性分析,构建该系统的网络拓扑模型。  方法  针对当前模型存在的不足,在随机网络化方法的基础上,综合考虑损管指挥信息网络的节点属性和增加网络密度的成本因素,提出一种择优随机网络化的结构优化方法,并通过案例仿真对具体的优化流程予以演示。  结果  仿真结果表明：指挥子网和设备子网的结构优化对整体网络性能的影响各异;相比传统的随机网络化方法,择优随机网络化方法的优化效能更高。  结论  后续研究可从改变子网之间的连接方式入手,解决末级指挥节点度过高的问题,以进一步改善损管指挥信息网络的综合性能。     

基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究

  目的  船体结构拓扑优化的设计域通常是基于二维板壳单元,而设计域板厚的取值差异又会对体积分数约束值的设定以及稳定拓扑构型的获得带来影响,进而制约拓扑优化方法在船体结构设计领域的实用化,故需要开展相关研究予以解决。  方法  以VLCC油船货舱内的横向强框架为优化对象,提出一种设定复杂船体结构体积分数约束值的折衷方法及基于单元统计识别构型并确定最小稳定拓扑板厚的方法。  结果  通过理论分析及相关试算发现,使用该方法可以获得较为可靠的体积分数约束值和设计域最小稳定拓扑板厚。  结论  所提方法具备有效性和可行性,可为大型油船横向强框架的拓扑优化提供技术支撑,同时还可为其他复杂船体结构的拓扑优化提供参考。     

大跨度公路隧道分层法开挖模拟

综合大跨度隧道特点和工程地质条件,对现场隧道的开挖过程进行了数值模拟分析,得到了不同开挖阶段的应力和位移分布情况,探讨了大跨度隧道施工过程控制的关键环节.结果表明,分层法在该级围岩条件下是合理的,而开挖支护方法的选择保证了隧道施工安全.     

高速机车构架拓扑优化仿真

为了获得高速机车构架最优轻量化的结构方案, 基于渐进结构优化法(ESO), 应用ANSYS单元生死功能的二次开发, 设定一应力阀值, 将相对低应力或低应变能密度的单元“杀死”, 通过APDL语言编制拓扑优化程序, 对某高速动力车辆转向架构架内部筋板位置进行了拓扑优化仿真, 提出了构架梁体内部筋板的最优拓扑位置, 并对构架的板厚进行了尺寸优化。仿真结果表明: 构架前后端梁应力优化后增加了30%左右, 侧梁应力优化后增加了10%左右, 构架整体应力分布更趋于均匀; 通过对构架结构的拓扑及尺寸优化, 构架质量减轻了143.92kg, 减幅约为10%, 在实现等强度设计的同时, 达到了构架轻量化的目的。     

低电压大电流开关电源电路拓扑和控制方法研究

针对微处理器对低压大电流开关电源负载动态响应性能的特殊要求，分析了满足未来微处理器电源性能指标要求的新型开关电源拓扑结构和控制方法，表明交错并联SR-BUCK变换器电路输出纹波幅值小，等效效率高，V^3控制方法可显著改善开关变换器的输入和负载响应速度。     

高地应力深埋层状围岩隧道非对称变形受力机制研究

为深入研究高地应力层状围岩中隧道和支护结构的非对称变形受力特性和机制,以绵茂公路篮家岩隧道为工程背景,采用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究不同层理角度和地应力方向下隧道变形、钢拱架应力以及二次衬砌弯矩和轴力的变化规律。结果表明： 1）层状围岩中隧道结构受力的最不利位置常出现在层理面法向方向; 2）隧道的非对称变形机制在于地应力对层理面产生的法向挤压作用和切向滑移作用,当层理面角度缓倾时,隧道拱顶和拱底承受较大挤出变形,当层理面角度陡倾时,地应力方向与层理面夹角越小,隧道衬砌在主应力作用位置产生的滑移变形越大。最后,根据层状围岩隧道变形和衬砌受力特征,提出合理的支护优化措施。