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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于动态可靠性评价的区域铁路网规划优化:以成渝城市群为例

为保障区域铁路运输的安全性,提升铁路网系统灾时应急响应水平,运用复杂网络理论,以成渝城市群为例,构建无向无权铁路物理网和无向加权铁路车流网2种模型,选取最大连通子图的相对大小、网络鲁棒性、网络全局效率指标,从节点故障和边故障2个方面评价铁路网动态可靠性,并提出铁路网安全运营规划优化建议。研究表明:成渝城市群铁路网面对随机攻击具有鲁棒性,面对选择攻击具有脆弱性;网络故障条件下攻击的方式不同,网络的连通性能和信息传递效率分异显著;重庆北站、重庆站、成都东站、成都站、合川站、达州站,成都站-彭山站、新津站-新津南站、新津南站-彭山北站为影响网络可靠性的关键核心站点和路段。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

航路网关键节点识别及抗毁性分析

为研究关键航路点的失效成本,给空管和航空公司提供决策支持,基于我国航路网结构,从机场间的连通时间成本出发,提出基于改航可达性的关键航路点识别算法,将识别出的关键航路点与其他网络指标下的关键航路点进行抗毁性仿真对比。研究结果表明:中西部连接处航路点失去通行能力后,航班绕飞的时间成本较大,具有较大的改航可达性; A461、G212、A593等主干航路上的航路点拥有较大的加权改航可达性,总时间成本较大;识别出的关键节点拥有较大的度和介数值;基于度值和加权改航可达性的连续攻击对航路网破坏较大。     

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。     

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%。     

多情景下航空公司航线网络抗毁性研究

航空运输易受多种外部因素干扰，评估不同情景下航线网络的运行水平对有效减轻外部干扰具有重要意义。运用复杂网络方法，分别构建国内3家航空公司(A、Z、M)无向加权航线网络。基于网络拓扑结构，进一步考虑空间灾害影响，利用加权度中心性、加权介数中心性和机场灾害风险度识别重要节点，并设计随机、蓄意和自然灾害3种灾害情景，借助网络效率和最大连通子图相对大小评估航线网络抗毁性。结果表明：3家航空公司的航线网络对随机灾害具有较强的抗毁性，而对蓄意灾害表现出脆弱性；其中，基于加权介数中心性的蓄意灾害对航线网络的破坏性最大，且蓄意灾害下Z航线网络更容易瘫痪；暴雨对3家航空公司航线网络的破坏力大于沙尘暴大于随机灾害，且自然灾害下M航线网络更容易瘫痪。     

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。     

地铁工程建设安全事故致因网络模型构建与解析

为了揭示事故发生过程中致因因素和事故之间演化规律,基于实际地铁工程建设事故案例,构建具有致因层和事故层的双层地铁工程建设安全事故致因网络(SCACN)模型,分析网络拓扑结构和内在机制;经计算,子网络的累计度分布均服从幂律分布,且具有较小的最短路径长度和较高聚类系数,呈现出无标度网络和小世界网络的特性,SCACN面对随机攻击表现出鲁棒性,面对特定攻击具有脆弱性。结果表明:安全管理不到位、缺乏安全意识、机械故障是导致大量事故发生的初始致因因素,消除致因因素中具有较高度的关键节点,会在最大程度上减少后续事故的发生,有助于提高地铁工程建设安全管理水平。     

基于HFACS-BN的地铁车站施工高处坠落可能性评价

为准确预测地铁车站施工高处坠落可能性,构建基于HFACS-BN的地铁车站施工高处坠落可能性评价模型。首先,基于人为因素分析和分类系统(HFACS)框架,识别地铁车站施工高处坠落致因因素,并将其映射为贝叶斯网络(BN);然后,将基于正态分布权重的群决策法、模糊最佳最差法(fuzzy-BWM)、全局相对值等方法相结合,并应用到BN中获取根节点的先验概率和中间节点的条件概率,依托BN的正向推理计算高处坠落节点处于各状态下的概率,敏感性分析辨识关键致因因素;最后,选取成都地铁11号线3个车站进行实例分析。研究结果表明:回龙路站、钓鱼嘴站和芦角村站的高处坠落最可能状态分别为严重故障、无故障、无故障状态,均与实际施工情况基本一致;安全教育培训不到位、移除防坠落x措施、踩空踩滑、安全意识薄弱、站在不安全位置、照明不足为高处坠落事故的关键致因因素,应重点管控。     

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。