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。     

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。     

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%。     

突发事件对城市轨道交通网络的影响研究——以北京市为例

为降低突发事件对城市轨道交通网络可能产生的负面效应,增强轨道交通站点的突发应变能力,以北京市为例,研究站点的突发停运事件对轨道交通网络产生的影响。基于复杂网络理论,运用空间L法构建北京市轨道交通网络模型,并结合站点的等级性-协同性特征,探讨不同类型的站点停运对轨道交通网络完整性和便捷度的影响。结果表明:等级性低的站点以及放射状线路中等级性高的站点停运对北京市轨道交通网络完整性的破坏较大,等级性高协同性强的站点停运对网络便捷度的影响较为突出。建议在北京市轨道交通的运营管理中,加强对关键站点的维护和管控。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于复杂网络和熵的城轨路网运营安全评价模型

针对城市轨道交通的特点以及现有城市轨道交通运营安全评价研究现状,从人、机、环、管4个方面分析影响城市轨道交通路网安全运营的要素及其相互作用关系.在此基础上,基于复杂网络理论构建一个能够描述安全要素耦合作用关系的城市轨道交通路网运营安全层次化网络模型,通过对模型的形式化描述及统计参数分析,采用自底向上、微观和宏观相结合的...     

南京城市轨道交通网络化运营安全管理对策研究

城市轨道交通网络化运营在更加显现便捷性,导致客流大幅度增加的同时,也给运营安全带来新的严峻挑战。本文分析了网络化运营给安全管理带来的新矛盾和新问题,研究提出了相关对策并在实践中应用,确保了南京城市轨道交通网络化运营安全生产总体形势持续平稳。     

基于熵权可拓物元模型的城市轨道交通线路运营风险评价

为全面、客观地了解城市轨道交通线路的运营风险,通过分析轨道交通线路历史故障的原因,构建了线路运营风险评价指标体系,并基于熵权可拓物元模型提出评价方法。该方法利用数理统计划分评价指标的经典域,利用熵权模型计算指标权重,利用可拓物元模型计算综合评价值和风险等级。结果表明:所构建的轨道交通线路运营风险评估指标体系切实可行;基于熵权可拓物元模型提出的评价方法能客观有效地评估线路运营风险,同时有助于有针对性地加强线路运营风险管理。     

基于云模型的城轨信号系统安全保障能力评价方法*

为准确评价城轨信号系统安全保障能力及影响因素,基于云理论对定性与定量因素的良好融合优点,构建城轨信号系统安全保障能力评价云模型及评价指标体系,采用组合赋权法对各指标赋予权重,并基于专家意见,利用正向云发生器生成标准云。结果表明:该云模型具有一定稳定性和可靠性,可对城轨信号系统安全保障能力进行有效测评,同时能够发现安全运营中的缺陷,有助于协助管理方进行针对性改善,以提高城轨信号系统的安全保障能力。     

基于模糊规则推理的商业综合体火灾情景构建方法研究

为了提高商业综合体火灾扑救效率,在分析描述情景结构组成的基础上,设计了商业综合体火灾情景分层网络模型,将复杂的商业综合体火灾化为层次清晰的模型。引入了模糊规则推理理论,分析了商业综合体火灾情景构建的流程,运用模糊推理理论的合成推理规则方法对商业综合体火灾进行情景规则的推理建立,并构建火灾情景发展网络链路图,实现火灾情景状态发展可视化。     

基于RS-ANN的通风系统可靠性预警系统

系统可靠性预警是度量系统运行状态偏离可靠性指标界线的强弱程度,确定预警等级和做出决策警示的过程。笔者在对目前国内外有关系统预警方法的分析比较基础上,针对矿井通风系统可靠性运行的实际状况,应用了粗糙集(RS)理论和神经网络(ANN)技术,提出了一种基于粗糙集神经网络(RSANN)的矿井通风系统可靠性预警方法:首先,建立了一套适合于矿井通风系统可靠性的预警指标体系;然后,利用人工神经网络与粗糙集理论的优势互补,以粗糙集作为前置处理系统优化指标结构,构建了基于RSANN的通风系统可靠性预警仿真模型,并应用该模型进行了实例验证。其结果表明,该模型的仿真结论与基于ANN的结论十分吻合,训练效率提高了667倍。     

Risk analysis of Chongqing urban rail transit network

Urban rail network safety is a critical sector of urban public safety. However, there is no uniform standard for the safety evaluation of the urban rail network. This paper presents a novel methodology by integrating a multilevel decision tree with a fuzzy analytical approach to enhance urban rail network safety. The proposed methodology overcomes serious limitations such as subjectivity in the data and independence of the variables in decision-making processes. The proposed methodology is applied to the risk evaluation of the selected Chongqing rail transit lines and the Expo Line. The risk analysis is considered using the field data collected from these transit lines. The applied case studies confirm the general applicability of the methodology and the multilevel decision tree network. The main risk factors identified for the Chongqing rail traffic system are the terrorist threat, emergency management, and aging infrastructure which need to be investigated as a priority to mitigate risk associated with these infrastructures.