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。     

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。     

铁路快捷货运网络鲁棒性分析

为保障铁路快捷货运运营面对突发事件时的稳定性,采用复杂网络及鲁棒优化理论,研究铁路快捷货运网络(REFN)拓扑特性及鲁棒性。首先,计算网络特征统计参数,分析REFN拓扑特性;然后,评价REFN中的重要节点,建立基于线路等级、度值、介数的综合评价指标;最后,计算不同攻击方式下的鲁棒性指标,对比分析有无级联失效情况下REFN鲁棒性。结果表明:与传统复杂网络节点重要性评价指标相比,考虑线路等级计算出的重要节点对网络鲁棒性影响更大; REFN在随机攻击下具有鲁棒性,在蓄意攻击下表现出较强的脆弱性,在考虑级联失效的情况下网络的脆弱性更加突出。     

级联失效特性下的危险品运输路径选择研究

基于复杂网络的级联失效特性,构建危险品运输网络的级联失效模型,提出用路段重要度来度量某条路段上发生危险品事故后引起网络其他路段失效的规模。以路径风险最小化和路径总重要度最小化为目标,建立危险品运输路径的多目标决策模型,并利用标号法进行求解。算例结果表明,危险品运输网络确实存在级联失效现象。选择危险品运输路径时,应尽量避开重要度高的路段,以降低危险品事故对普通道路网络的不良交通影响。     

基于级联失效的管制扇区网络韧性评估

为减轻管制空域因遭受极端天气、设备故障等特殊事件而出现的大面积失效对航班的影响，研究了不同事件中，不同恢复策略对管制空域韧性的改变。通过复杂网络理论对管制空域进行建模，结合级联失效理论的负载-容量模型与公共交通领域的韧性评价指标，提出一种适用于评价扇区网络的级联失效-恢复过程。依据节点的特征参数设定扳机节点并触发级联失效过程，对扇区网络分别以度优先和介数优先2种策略进行恢复模拟。以西南地区的管制扇区为研究对象展开仿真试验，结果显示：在面对中心扇区失效时，度优先恢复策略下的容量损失更小，效率损失更低；繁忙扇区失效时，2种恢复策略各有优劣。扇区网络采取度优先的恢复策略有更好的韧性。     

城市地铁网络脆弱性对比分析

为保证地铁网络的安全运行,降低突发事件后果的严重性,从事故后能相互到达的站点数、破坏站点会对整条线路带来的影响2个角度,构建地铁网络脆弱性评价模型。运用Matlab仿真模拟破坏性事件的攻击过程,结合5种地铁网络类型,通过与已有研究结果对比,分析不同评价方法和网络类型下地铁网络脆弱性的差异。研究表明:某个站点的失效对整条线路造成影响,进而影响整个地铁网络的脆弱性;地铁网络对于节点介数的蓄意攻击有较大脆弱性;不同的地铁网络结构类型对攻击表现出不同的脆弱性。     

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。     

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。     

考虑攻击特征与负载偏好的多式联运网络风险传播研究

提出了改进渗流理论,用于对多式联运网络的风险规律进行探究.从现实情况出发对渗流理论进行改进,使此理论可应用于运输网络的风险问题探究中,具有一定的实践价值.以中国某地区为例进行案例分析,考虑在不同的攻击特征和负载偏好下对多式联运网络中的风险规律进行计算.结果表明:随攻击规模和强度增大,多式联运网络的风险传播越来越快、越来越广;负载偏好的存在使得网络在遭遇故障时风险传播更明显.     

城市道路交通网络级联失效的灾害蔓延动力学模型

城市道路交通网络中个别节点的失效,可能引发大规模的交通瘫痪。为描述这种级联失效行为,考虑节点的自修复功能和灾害蔓延机制,基于复杂网络的蔓延动力学理论构建了城市道路交通网络灾害蔓延动力学模型。利用灾害蔓延动力学模型分析了城市道路交通网络节点失效与节点连接强度、节点度及自修复因子的相关性。结果表明,节点自修复能力和延迟时间因子对灾害蔓延有重要影响,所建立的模型能有效模拟城市道路交通网络的灾害演化动力学行为。     

突发事件下城市关键基础设施应急策略研究

城市关键基础设施系统由于相互之间存在的各种关联关系而形成了一个相互依存的网络化复杂系统,在突发事件下,一个单一系统功能的失效或部分功能丧失会导致与其相关联的系统产生级联失效现象。针对关键基础设施系统间相互耦合的特性,建立了突发事件下多层系统之间的供需关系网络数学模型,提出当某单一系统的节点失效后,通过分析事故链,利用与之耦合系统的供需关联关系,进行紧急状态下的备用资源调度应急策略。研究表明,基于城市关键基础设施系统之间的供需关联关系来进行资源调度的应急决策能够有效地突破传统方法中以调用备用资源为主的单系统内部优化应急策略的局限性,更有效地优化整个网络资源以降低系统总体损失。     

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。     

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。     

基于关键基础设施耦合关系的城市韧性评价

基础设施耦合关系使得城市关键基础设施系统联系紧密而又脆弱，耦合关系导致微小扰动能够跨系统传播，从而引发较严重的后果，影响城市韧性。为挖掘影响城市正常运行的潜在威胁，从基础设施耦合关系视角建立功能耦合关系和地理耦合关系，构建城市3层网络耦合的城市韧性评估模型，采用复杂网络方法结合案例从削弱和改善2个角度分别论证基础设施耦合关系对城市韧性的影响效果。结果表明：耦合关系引发的基础设施系统间级联失效现象，会导致城市韧性突然削弱；若控制系统间的耦合程度，有望减少级联失效的发生，可有效改善城市的韧性。     

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。     

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。     

航空相依网络的鲁棒性与拥堵性分析

为保障航空网络在恶劣天气、军事活动或空管设备失效等影响下的安全性和有效性,以华北地区为例,建立由机场网络、航路网络、管制网络互相连接而形成的航空相依网络,并基于空中交通管理运行下的失效与拥堵规则,计算失效与拥堵模式下航空相依网络的鲁棒性与拥堵的测度,分析其鲁棒性与拥堵性。结果表明:航空相依网络的静态鲁棒性比动态的好;管制网络对航空相依网络的鲁棒性影响最大;边对航空相依网络的鲁棒性影响比节点的大;航路网络对航空相依网络的拥堵性影响最大。     

基于贝叶斯网络的物流无人机失效风险评估*

为降低城市物流无人机（UAV）失效坠落风险,通过考虑其运行环境和系统故障等因素的影响,以城市物流无人机运行数据为基础,从系统故障、运行环境和人为因素3方面提取失效诱因;分析物流无人机失效模式,并构建意外坠落事故的贝叶斯网络;基于所建网络和失效诱因发生概率分别计算不同工况下意外坠落事故及各中间事件概率,并基于网络拓扑结构展开反向推理,推演事故的主要失效诱因。结果表明:物流无人机正常运行时发生安全事故的概率为6.54×10-3;其中,电池电量不足、桨叶失效和电池故障是坠落事故的主要诱因,计算结果可为无人机运行安全风险防控提供依据。     

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...