上海市轨道交通网络可靠性研究

城市轨道交通网络是由大量相互作用的单元构成的复杂系统。为增加城市轨道交通对突发事故的应变能力,提升运营效率,基于复杂系统理论探讨轨道交通网络的可靠性。以上海轨道交通网络为研究对象,采用空间L方法系统分析其网络特征参量,从最大连通子图的相对大小、网络全局效率、网络局部效率等3项指标分析网络的可靠性,并就该网络受到随机攻击和蓄意攻击的情景分析这些指标的变化。模拟结果表明,上海轨道交通网络为无标度网络,蓄意攻击对网络可靠性造成更大的破坏,站点的度值与其重要性并不呈现绝对的正比关系。在轨道交通的规划、建设、运营中,应加强对关键站点的管理和保护。     

基于复杂网络理论的轨道交通网络脆弱性分析

城市轨道交通是城市客运体系的重要支撑,而突发事件易使某些轨道交通站点瘫痪,从而影响轨道交通网络全局效率。分析城市交通轨道网络的拓扑特征和脆弱性对于优化路网结构、保障稳定运营有重要意义。以重庆市轨道交通网络为例,使用Space L法构建拓扑网络并用Matlab软件分析节点度、平均路径长度、聚类系数等指标和分布规律,定量计算各个站点对于蓄意攻击的脆弱性,以鉴定对网络效率影响最大的关键站点。模拟攻击实验结果表明:现阶段重庆市轨道交通网络平均路径长度较大,聚集系数较小,网络连通性有待提高。面对蓄意攻击时,红旗河沟站和大坪站作为关键节点对网络效率的影响较大。在加快重庆市轨道交通建设的同时,应在运营中加强保护关键站点。     

公交接驳场景下轨道交通网络脆弱性研究

为准确地评估突发事件下轨道交通网络的脆弱性,提高网络抵抗风险的能力,在轨道交通拓扑脆弱性研究的基础上,考虑网络中实际的客流以及站点失效情景下公交对客流的接驳作用,基于用户的平均出行时间损失构建脆弱性评估模型,以上海市地铁网络为例,识别出网络中的关键站点,同时,分析不同公交接驳效率对轨道交通网络脆弱性的影响。研究结果表明:在公交接驳场景下,轨道交通网络中时间加权度和客流介数中心性较高的站点一旦失效,对用户造成的平均出行时间损失较大;此外,公交接驳效率越高,轨道交通网络的脆弱性越低,当公交接驳效率高于0.4时,对用户造成的平均出行时间损失可降低到5%以下。     

关联站点协同攻击下轨道交通网络脆弱性研究

为探究轨道交通网络多个关联站点受到蓄意攻击后网络的脆弱性以及不同攻击下影响的差异，量测分析多站点之间的关联性，给出关联站点协同攻击下轨道交通网络脆弱性量化方法，提出以脆弱性最大化为目标的攻击模型，通过免疫算法求解模型，得到最优攻击策略，并以上海市地铁网络为例，研究多站点协同攻击下轨道交通网络脆弱性。结果表明：多站点蓄意攻击下轨道交通网络脆弱性不仅取决于每个站点的重要程度，还取决于不同站点之间的关联性，尤其是空间位置关联性和乘客出行关联性。位于不同线路且客流量较大的多个换乘站点受到协同攻击下轨道交通网络脆弱性最高，占网络站点总数3.56%的多个站点同时受到攻击后，轨道交通网络性能损失最高可达63.61%。     

城市轨道交通运行风险演化网络动态仿真研究

为探究轨道交通事故中的重要风险类别，从风险演化角度出发，根据172起轨道交通运行事故，梳理出354条风险演化链，总结出35个风险因子，在此基础上基于复杂网络分析方法构建城市轨道交通运行静态风险演化网络。根据网络拓扑特征识别网络中高影响力的风险节点，并利用蓄意攻击失效的原理从单个节点失效与节点连续失效角度进行动态仿真，以探究风险对整个网络的影响程度。结果表明：静态风险演化网络属于复杂网络；列车脱轨、列车停运/延误、列车其他设施故障、暴力恐怖袭击事件、滞留、火灾和人员伤亡在网络中具备较高地位，属于轨道交通运行静态风险网络的中心节点；列车停运/延误、制动故障、列车其他设施故障和火灾节点的失效对轨道交通运行具有突出影响，当制动故障、列车其他设施故障均失效后，即连续失效节点数为2时，风险网络的网络连通度出现拐点。研究确定了影响轨道交通运行的关键风险，分析结果可为城市轨道交通运行安全管理及事故演化控制提供参考依据。     

基于多重影响力的公共交通网络中地铁车站脆弱性评价

为全面衡量地铁车站的脆弱性水平,构建了兼顾自身脆弱性和所受影响的综合脆弱性评价模型。首先,从暴露性、敏感性和适应性3个特征要素出发,辨识客流扰动下地铁车站脆弱性的影响因素,并构建自身脆弱性评价模型;然后,引入多重影响力模型分析公共交通网络中节点脆弱性之间的影响关系,构建综合脆弱性评价模型;最后,利用该模型分析北京市典型车站的脆弱性。结果表明,西直门、东直门、国贸和西二旗站的自身脆弱度为0.309 7、0.684 5、0.331 9和0.709 0,而综合脆弱度为0.095 1、0.154 1、0.340 7和0.073 0。具有最高自身脆弱度和综合脆弱度的车站分别为西二旗站和国贸站。综合评价模型的计算结果兼顾了网络中其他车站对待评估车站的影响,较自身评价模型更具合理性。该模型不仅能够识别自身抵御能力较为薄弱的站点,还能把握脆弱性在网络中的传递和演变路径,为制定客流引导和控制方案提供了依据。     

地铁运营突发事故风险传播规律研究

为了研究运营过程中突发事故风险在地铁路网中的传播规律,通过分析、推演突发事故风险沿单线路及换乘站的传播路径,建立了地铁运营突发事故风险传播模型。应用模型进行实例计算和讨论,研究结果表明:对于单线路运营,突发事故造成的停车数量增长速度会随着线路占用率的增大而加快,事故持续时间与停运列车数量呈正相关线性关系,列车追踪时间与停运列车数量呈逆相关线性关系;对于换乘站,突发事故会造成换乘线路列车在换乘站平均延误11.7 s,换乘站站台拥挤度随事故时间的延续而持续增大。     

基于可拓方法的基坑工程安全状况评价

为系统评价基坑工程的安全状况,减少安全事故的发生,保障城市轨道交通工程的安全建设,基于基坑病变机理和大量工程实例构建了一套包括3级指标、10个因素的评价指标体系,并确定各个指标的等级量值区间,结合最小二乘法和熵权法,提出基于融合权重的指标权重确定方法,并基于可拓学理论综合评价基坑工程的健康等级。以武汉轨道交通二号线4个站点的深基坑工程为案例,评价其健康状况,根据蒙特卡洛模拟的基本理论,运用水晶球对工程实例进行敏感性分析,找出具体的敏感因素,结果验证了上述方法的工程实用性,为轨道交通站点的基坑安全管理提供简单有效的控制方法。     

突发公共卫生事件政府协同治理网络韧性评价:以新冠疫情防治为例

为及时有效地应对各类突发公共卫生事件,具备韧性的应急治理组织结构是关键保障。以我国新型冠状病毒疫情防治为研究对象,收集我国自新冠疫情暴发以来中央层面的政策发文共951篇,整理发文主体间联合关系,得到政府协同治理关系矩阵,基于此,应用复杂网络理论,构建我国突发公共卫生事件政府协同治理网络;运用社会网络分析方法,提出系统表征网络结构韧性的5个维度的指标：层级性、匹配性、通达性、集聚性和多样性,进而实现从结构拓扑视角对我国政府协同治理组织韧性的评价。结果显示：我国突发公共卫生事件政府协同治理网络的网络度分布系数为-0.591 6;度关联系数为-0.188 3;平均路径长度为2.129 0;网络效率为0.403 5;平均聚类系数为0.598 9;网络平均独立路径数为4.095 5。该网络具有异质性且呈现较为明显的层级性,具备较好的冗余性,但网络流通水平低。表明我国突发公共卫生事件政府应急治理组织韧性水平低主要表现在其抵御、吸收风险的能力差,应调整网络结构以提高整体网络预警以及抗干扰能力。     

基于复杂网络理论的北京地铁网络脆弱性评估

以北京市现有地铁线网为研究对象,使用Space L方法构建拓扑网络,为更加符合实际情况,对换乘车站进行了拆分。分析中,综合考虑连通OD对和出行效率两个因素,以运输能力损失作为评估网络脆弱性指标。随后,计算分析了单节点攻击、随机攻击、静态攻击和动态攻击下造成的地铁网络运输能力损失的变化规律,得出动态攻击对地铁网络影响最大。在该攻击方式下,相对基于度的动态攻击,地铁网络对基于介数和基于ER的动态攻击,具有更高的脆弱性。同时攻击介数较大的节点对网络南北方向运输能力影响较大;攻击对出行效率影响较高的节点对网络东西方向运输能力影响较大。因此,在地铁运营过程中,应针对不同站点的节点属性和事故发生情况,采取相关防护措施。     

中国高速铁路网络脆弱性分析

为提高我国高速铁路网络(HSRN)面对突发事件的抗毁性和可靠性,保障HSRN平稳而高效率地运营,基于复杂网络理论,构建3个发展时期的HSRN拓扑结构,探究网络的拓扑特性和发展趋势。利用站点重要性综合评价指标挖掘HSRN的重要站点。通过计算网络效率和最大连通子图,分析HSRN在随机攻击和蓄意攻击下的表现。结果表明:我国HSRN在中期发展阶段是以增加网络连通度为主,在长期发展阶段是以丰富集聚效应为主;站点重要性排序显示,武汉、天津、长沙和襄阳将成为不同发展阶段的重要站点;HSRN对随机攻击有鲁棒性,对蓄意攻击有脆弱性。     

安全系统安全完整性等级确定方法比较研究

安全完整性等级的确定是开发和设计安全相关系统的前提和基础。为避免因方法选择不当而导致安全完整性等级确定不恰当的问题,针对常用的后果法、风险矩阵法、改进的HAZOP法、风险图法、保护层分析法和定量分析法进行了对比研究。在阐述和分析安全完整性等级内涵及其确定原理的基础上,根据每种方法自身的特点,从准确性、可量化性、工作量和运用的难易程度等方面对其进行了对比和研究,并分析和探讨了选择安全完整性等级确定方法时应重点考虑的因素。研究结果对合理选择安全完整性等级确定方法具有一定的实用价值和借鉴意义。     

区域轨道交通系统节点重要度及故障恢复研究

为提高区域轨道交通系统(RRTS)正常运营下的可靠性和故障情况下的弹性,分析区域轨道交通网络(RRTN)的拓扑特性,构建拓扑结构弹性评价模型,实现突发条件下系统弹性的定量评价;提出一种基于系统弹性的结构评价方法,根据节点重要度评价,识别出系统关键节点;应用弹性损失三角形,进行多种故障情况下系统最优恢复策略研究。结果表明:RRTN在Space L模型下具有无标度网络特性;系统弹性分析结合科普兰评分法,可以提高RRTS节点重要度评价的准确性;最优故障恢复策略从全局角度寻求不同恢复策略下系统弹性的最大值,优化了RRTS结构弹性和系统恢复能力。     

轨道交通枢纽灾害风险等级评估方法研究

轨道交通枢纽灾害发生具有随机性和复杂性特征。为了评价轨道交通枢纽灾害风险,对轨道交通枢纽运营灾害的进行了调研,应用事故树法对轨道交通枢纽进行了灾害识别;基于物元理论,分析了灾害事件影响后果并协同考虑灾害事件的发生概率,建立轨道交通枢纽灾害风险等级划分标准,确定致灾因子的风险等级;采用层次分析法确定致灾因子权重系数,运用加权平均的原则确定典型灾害风险等级,并应用灾害链理论对灾害风险等级进行修正。最后以实例分析的方式证明该评价方法的可行性和客观性。     

城市地铁网脆弱性分析

为了保证地铁交通网络安全、高效地运行,提高地铁网络的抗攻击能力,根据复杂网络基本理论,从乘客出行延误时间、需求未满足乘客数量2个方面研究连边和站点的重要性,进而构建网络服务效率评价指标体系,以评价整个地铁网络的脆弱性。以上海地铁网为例,借助Matlab模拟不同攻击方式下的网络服务效率。结果表明,站点和连边的重要性随着网络中其他连边或站点的失效而发生变化;站点的脆弱性受其地理位置、运送旅客数量及可换乘性的综合影响;上海地铁网对连续重要性攻击表现出最大的脆弱性。     

多制式区域轨道交通网络关键节点识别

为提高多制式区域轨道交通网络(Multi-mocle Regional Rail Transit Networks, MRRTN)关键节点识别精度,提出MRRTN拓扑建模方法,将MRRTN关键节点分为结构性关键节点和系统性关键节点。构建基于熵权法和多准则妥协解排序法(VIsekriterijumska Optimizacija I Kompromisno Resenje, VIKOR)的节点结构重要度评价模型,识别MRRTN结构性关键节点;将客流因素引入重要度评价体系,利用蚁群聚类算法识别MRRTN系统性关键节点;基于网络效率指标验证识别方法的有效性。以重庆MRRTN为例进行关键节点识别与分析,给出对应节点保护建议。结果表明：不同类型关键节点对网络结构和网络运营产生不同影响;熵权-VIKOR法和蚁群聚类算法可以保证MRRTN结构性和系统性关键节点评价与识别的客观性;MRRTN可从一体规划设计、协同调度指挥和开展直通运营三方面进行优化。     

武汉市轨道交通线网应急救援站选址研究

城市轨道交通线网对城市的发展起着重要作用,针对城市轨道交通网络化运营以及突发事件的相关特点,结合复杂网络的相关理论,利用Pajek软件进行网络中心性分析,同时考虑到空间、成本、救援3个约束条件,建立“P-中心应急救援站选址模型”,使轨道交通线网中最大应急救援距离最小,同时防护到网络中所有的需求站点;利用遗传算法进行编程计算和模型求解,以得到最优结果;以武汉市轨道交通线网为例进行应急救援站选址研究,得到12个应急救援站的最佳布置方案,最后通过线网脆弱性对比分析验证了该方案的脆弱性最小,说明选址方案可靠。     

基于GSPABN的拓扑结构系统状态动态分析

介绍了贝叶斯网络(BN)应用现状及其优势,引入GSPA理论,提出了基于GSPA-BN拓扑结构节点状态分析模型,讨论了节点状态联系度及其重要度表示方法,提出了BN拓扑结构节点态势概念。结果表明,以构建的锅炉缺水烧干事件的BN拓扑结构为例,得到了各根节点重要度排序;同时得到了叶节点、中间节点状态联系度及其态势等级,且中间状态的变化会对其节点态势及其等级产生一定的影响,甚至发生节点态势逆转现象,为动态了解BN拓扑结构节点态势发展奠定了理论分析依据。     

地铁列车振动对精密仪器和设备的影响及减振措施

轨道交通对环境产生的振动问题已引起人们的重视,但是关于对精密仪器造成影响的研究成果非常少。随着城市轨道交通的快速发展和地面机构的修建,便捷的轨道交通与精密仪器的使用将形成无法回避的矛盾。因此,关于振动对精密仪器、设备影响的研究具有重要的现实意义和科研价值。为此,笔者探讨地铁振动对精密仪器和设备影响的表现,详细介绍仪器和设备允许振动的含义及影响因素等,建议采用综合减振措施,并提出综合治理及减振措施设计原则,为减振措施的选取和设计提供了参考,同时还指出了该领域中还需进一步研究的几个问题。     

合成氨装置系统安全仪表系统安全完整性等级分析

论文在介绍安全仪表系统、安全完整性等级的基本原理基础上,综合分析了危险与可操作性分析(HAZOP)、保护层分析(LOPA)等系统风险分析理论的应用方法。并结合上述理论,确定了安全仪表系统的安全完整性等级(SIL)定级。以合成氨装置为例,应用HAZOP及保护层分析方法,得出了合成塔压力过高及废热锅炉液位过低2个场景下的安全完整性SIL等级。结果表明:合成塔装置仪表的SIL等级为1,废热锅炉仪表的SIL等级为2。