基于复杂网络的城市燃气输配系统失效因素分析

将复杂网络相关理论方法引入城市燃气输配系统失效因素的分析中。选取引起城市燃气输配系统失效的主要影响因素为节点,以它们之间的相互关系为边,建立网络并进行相关分析。发现节点的度分布近似具有幂律的特性,幂指数为1.76;通过节点度的分析,确定出管道附属设备、用户设施失效、第三方影响破坏等因素为引起输配系统失效的主要原因,与引起燃气事故的统计分析资料基本相符合。这为确定城市燃气输配系统关键失效因素提供了一种新的思路。     

城市消防救援网络形态特征、抗毁性与鲁棒性研究*

为探讨城市消防规划系统救援能力的空间布局科学性,采用复杂网络理论构建某城市消防救援站现状与规划网络模型。首先从模型紧密度、性能效率、连通性等方面分析复杂网络基本网络特征;其次采用节点随机/蓄意攻击、边随机/蓄意攻击、混合随机/蓄意攻击研究网络结构的抗毁性;然后根据失效发生位置,探讨网络组织内部信息系统失活导致的合作中断的鲁棒性特征;最后针对不同的规划建设方案,讨论城市消防系统建设规划的中远期时序性。研究结果可为提高消防网络的救援能力提供理论支撑。     

面向突发事件的粮食铁水联运网络抗毁性研究

铁水联运是我国粮食物流的主体运输方式，其网络面向突发事件的抗毁能力是网络系统可靠性的重要指标，也是粮食安全的核心要素。而网络中各节点城市的重要度存在差异，不同的节点失效，会影响网络系统结构和性能，导致不同的网络抗毁性。在统计和分析粮食物流突发事件的基础上，基于复杂网络理论，以城市为节点，并以铁路或水路为边，以城市间的粮食物流联系强度为边权建立了我国的粮食铁水联运网络模型。通过Gephi和MATLAB工具分析网络的节点度、平均路径长度、聚类系数等复杂特性，建立了综合的抗毁性测度指标。结合节点城市的粮食产能、农业经济、货运能力等属性以及拓扑结构特性，构建邻接信息熵模型衡量节点重要度，完成节点体系的层级划分。研究随机攻击和蓄意攻击模式下网络抗毁性测度的变化，针对指标参数进行敏感性分析。结果表明：粮食铁水联运网络整体呈现小世界特性和无标度特性。节点体系的层级网络中，一级节点枢纽作用最强，尤其是广州、上海、重庆等关键节点“沿线”和“沿水”特征明显，需重点维系和保护；二级节点数量最多，分布最广，包含大量东部地区交通枢纽城市和各个粮食主产地，“沿线特征”明显；目前，三级节点中，成都、贵阳、昆明等西南...     

鱼骨式航路网络建模及抗毁性分析

为保障航空器航路飞行安全,提高恶劣天气、军事活动等事件发生时航路运行效率,针对单条完整航路及进出此航路的航线段,基于复杂网络理论建立鱼骨式有向加权航路网络模型;建立度、加权度、介数等抗毁性攻击的去点指标,分析指标特性及在蓄意去点攻击和随机去点攻击条件下航路网络抗毁性;以中国A593航路为例,进行实例验证。结果表明:鱼骨式有向加权航路网络负向匹配;航路网络对基于度、加权度、介数等的蓄意去点攻击的抗毁性低于其对随机去点攻击的抗毁性。     

复杂网络理论下燃气管网节点重要性分析方法

为提高城市燃气管网重要节点的安全运行水平,基于复杂网络理论,构建城市燃气管网拓扑结构模型及评价指标体系;在不考虑管网方向性条件下,运用基于逼近理想解排序(TOPSIS)的多属性决策法,分析节点重要度;在考虑管网方向性条件下,采用PageRank算法分析节点重要性排序;综合分析管网的关键节点位置及重要性排序。结果表明:基于复杂网络理论的拓扑结构图能较清晰地显示管网节点所处位置;节点效率、网络节点中心性及网络方向性均为影响管网节点重要性的因素;管网流向对重要性高的节点有较大影响。     

城市燃气供应系统Natech事件风险评估研究

为提高城市燃气供应系统抗灾能力和韧性水平，基于不同自然灾害诱发的城市燃气供应系统突发事件案例样本统计数据，探究城市燃气供应系统可能面临的典型自然灾害类别。首先，构建不同自然灾害诱发的城市燃气供应系统突发事件链，并转换为事故树模型和贝叶斯模型；然后，采用基本事件发生近似概率公式，对比分析不同模型的计算结果；最后，运用GeNIe 2.0软件逆向推理目标节点概率为100%时其他各节点的后验概率，总结关键节点，确定城市燃气供应系统可能面临的典型自然灾害。研究表明，城市燃气供应系统可能面临的典型自然灾害为暴雨、洪水、滑坡，且因考虑节点条件概率，贝叶斯模型计算结果更符合实际。     

中国航空货运网络脆弱性分析

基于复杂网络理论以机场为节点并以航线为边建立了我国的航空货运网络,用以分析网络中的重要节点、重要边以及网络的抗毁性。针对建立的航空货运网络,首先分析其基本结构特性,了解网络的整体性质,发现网络呈现出小世界特征,网络的度分布不是很明显地服从某种分布,只是相对而言更服从指数分布,同时,西安、成都、昆明、重庆构成了整个网络的枢纽。然后提出了7种攻击策略以研究网络的抗毁性,包括基于最大度、重新计算的最大度和介数的去点攻击,以及基于边介数和边权重的去边攻击,并使用网络效率和最大连通子图尺寸这2个测度指标来衡量网络的损毁程度。基于2017年的航空货运数据进行仿真分析,试验结果表明,基于介数的去点和去边攻击对网络的结构损毁最大,基于权重的去边攻击下的网络的脆弱性下降速度较介数攻击慢。经进一步挖掘,得到了需要重点保护的机场和航线,并分析网络脆弱性的形成因素,同时提出相应的抗毁建议。航空货运网络在遭受恶劣天气影响和恶意袭击下,可能造成机场或航线被关闭,因而引起货流的分流,研究结果可以为应对这种情况提供可行性见解,避免或减小经济损失。     

蓄意攻击下城市电力网络毁伤韧性评估

为提升蓄意攻击威胁下城市电力网络毁伤韧性评估的有效性,采用性能时程响应函数(PRF)法,结合攻防双方策略博弈模型,建立蓄意攻击下城市电力网络毁伤韧性评估方法及流程;同时,融合电力潮流分析设计新型性能PRF,使韧性评估结果更符合电力网络实际功能需求;以我国某市电力网络为例,依托策略博弈模型求解出纳什均衡状态下攻防双方策略,并评估不同恢复条件下该电力网络毁伤韧性。研究结果表明:纳什均衡策略为攻防双方最有可能采取的攻击和防护策略,城市电力网络的毁伤韧性受恢复资源和恢复预算2个条件共同控制,恢复资源决定网络的恢复速度,恢复预算决定网络的恢复程度。     

自建房火灾致因网络拓扑特征及脆弱性研究

为预防我国自建房火灾的发生,首先,基于事故致因“2-4”模型分析39起自建房火灾事故案例,编码得到48个致因因素和128条致因关系;然后,基于复杂网络理论构建自建房火灾致因网络拓扑结构模型,分析网络的度、介数和接近中心性等拓扑特征;最后,以最大强连通子图相对大小、最大弱连通子图相对大小和全局网络效率作为网络脆弱性评价指标,仿真分析不同节点攻击策略下网络的脆弱性,得到自建房火灾关键致因因素,并提出防灾措施及建议。结果表明：自建房火灾致因网络具有小世界效应和无标度特性,致因间转换路径较短,少数关键节点与大多数节点相连;自建房火灾致因网络在遭受单个节点故障和随机累积节点故障时具有一定的鲁棒性,遭受蓄意累积节点攻击时,表现出较强的脆弱性;采用累积节点攻击策略中的蓄意度攻击时,网络表现出的脆弱性最强,度排序靠前的节点较为重要,是自建房火灾关键致因因素,为自建房消防安全管理提供理论参考。     

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。     

预案视角下城市防汛应急组织间网络鲁棒性评价

为解决城市防汛应急预案在制订过程中,相关组织应急协同能力难以量化的问题,提出考虑级联失效的城市防汛应急组织间网络鲁棒性评价方法。首先,以北京、上海与深圳市防汛应急预案为研究对象,构建组织间网络,并提出网络攻击策略与鲁棒性评价指标;其次,计算网络特征统计参数,并分析网络拓扑特性;然后,以自然连通度为鲁棒性指标,评价城市防汛应急组织间网络在遭受节点单次攻击与连续攻击下的鲁棒性;最后,对比不同攻击下网络的鲁棒性强弱并找出对鲁棒性影响较大的关键组织。结果表明：北京、上海与深圳市防汛应急预组织间网络具有无标度特性和小世界特性;节点单次攻击时,相较于非级联失效情形,组织间网络在级联失效情况下鲁棒性较弱,造成级联失效节点数较大的组织为影响网络鲁棒性的关键组织;连续攻击时,组织间网络在蓄意攻击情形下鲁棒性较弱,度值较大的组织为影响网络鲁棒性的关键组织。     

因果图和模糊综合风险评价在城市燃气输配系统的应用

针对复杂的城市燃气输配系统,利用因果图和模糊综合评价相结合的方法对其进行风险分析.因果图能找出影响城市燃气输配系统失效的因素,模糊综合评价则可在其基础上对风险量化.以某市的燃气输配系统为例描述了该方法的步骤.结果表明,因果图和模糊综合评价相结合的方法合理且易于工程应用.     

保障城镇燃气场站设备安全

<正>城镇燃气场站作为城市天然气输配系统中的关键环节,具有储配、调峰、降压以及计量等重要功能。燃气场站的运行设备担负着向用户输送、供应燃气的任务,随着城镇燃气需求量的不断增加,燃气设备的负荷量也随之增加,设备是否能良好运行,检修维修是否及时安全,将影响到天然气输配系统乃至广大用户的安全。本文将在分析城镇燃气场站设     

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。     

核事故场内人员撤离网络级联失效分析

核事故发生后,选择快速有效的撤离路径是核设施场内人员安全的重要保障。基于贝叶斯网络推理,结合给出的先验知识和条件概率,构建了贝叶斯网络结构并进行参数学习,分析了不同样本数据量的学习结果。对比分析了基于贝叶斯网络分析前后网络级联失效情况,采用级联失效模型分析了人员撤离网络抗毁性,针对级联失效影响相对较大的节点,可采取增加该节点容量或加大对该节点撤离路径指导等方法。     

以ISM和AHP分析燃气输配站设施的风险影响因素

本文根据ISM解释结构模型,找出了影响燃气输配站最深层次影响因素工艺流程。根据AHP层次分析法,计算出所有元素的权重,其中占权重最大的三项是城市管网的权重为0.2064,地面设备的权重为0.1726,燃气质量的权重为0.153 3。以此模型的建立对燃气输配站设施风险管理提供参考。     

成都地铁网络的关键节点识别方法及性能分析

为提高地铁网络性能分析的精度,基于复杂网络理论分析成都地铁网络的拓扑特性,构建节点重要度评价指标体系,应用灰色关联和逼近理想解法(TOPSIS)综合评价排序136个节点,完成关键节点的识别;采用网络效率等4个参数作为网络性能衡量指标,观察30个关键节点被蓄意攻击、106个普通节点被随机攻击后的网络性能变化趋势。结果表明:成都地铁网络在Space L模型下平均度为2.147,平均路径长度为13.146 5,网络介数、连通度、效率等指标较低,并识别出以成都东客站为首的30个关键节点;蓄意、随机攻击下网络效率与自然连通度下降趋势较慢,网络连通度与最大连通子图的下降趋势较快。     

城市燃气管道泄漏致灾混合概率风险评估研究

为研究城市燃气管道泄漏致灾风险,建立城市燃气管道泄漏致灾混合概率风险评估模型,通过FTA/ETA领结模型识别风险因素,利用模糊理论评估燃气管道泄漏风险概率值,并基于贝叶斯网络理论预测泄漏致灾风险概率值并对各根节点进行敏感性分析。结果表明,城市燃气管道有泄漏致灾风险,该风险主要由管道腐蚀、管道缺陷等管道泄漏风险因素及火源、受限空间等致灾风险因素造成;为预防燃气管道泄漏引发城市性灾害事故,应加强对混合爆炸、受限爆炸及射流火等风险节点的控制与管理。     

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。     

燃气安全监控网络的开发与应用

实时有效的监控手段是城市燃气安全管理中非常重要的环节。为实现实时有效的监控,提出了将管网节点定位、信息传输和传感器技术应用到燃气安全监控网络中,对城市燃气管网数据进行实时监测。文章介绍了地理信息系统(GIS)、数据传输和传感器原理与应用等技术,构建基于地理信息系统的城市燃气监控网络,搭建网络平台,有效提高了城市燃气安全监控技术自动化、信息化水平,为快速决策、及时抢修打下坚实基础。