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。     

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。     

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。     

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。     

基于交通流时间序列和层次聚类的应急航路划设

在地面管制单位服务能力完全丧失的紧急情况下,应急航路是保证一定数量航空器能够在失能空域中继续运行的重要手段之一。通过分析繁忙航路点的交通流时间序列特性,以相似交通流模式为依据,研究应急航路的划设方法。以此为基础,根据北京区域管制中心的实际航班运行数据,在简化的航路网中,基于欧氏距离的相似性度量,对不同航路点的时间序列进行层次聚类,通过设定距离阈值,并结合航路连接方式、冲突点等综合因素,划设北京某管制空域的应急航路,以保证少量航班在空域失能状态下继续安全运行,减小地面空管单位的管制压力。     

民航空中交通管制员危险感知差异研究

为探究不同经验的民航空中交通管制员危险感知能力差异性及其与管制安全行为的关系,采用场景分类法和问卷调查法进行试验,研究不同经验下管制员危险感知能力。根据情景难度、扇区内航空器数量、气象等条件将管制情境划分为4种场景,利用数据挖掘中的关联规则Apriori算法对比分析4组数据,寻找不同管制情境对管制员危险感知影响差异性。研究结果表明:危险感知能力与管制经验相关联;二级管制员感知危险数量最多,只有二级管制员能将管制指令时间作为危险感知的标准,三级和助理管制员做不到这点;影响管制员危险感知能力的关键因素是指令时间、安全间隔、航路拥挤与气象条件。     

核应急双层指挥网络鲁棒性研究

核事故应急指挥网络是核事故发生后做好应急工作的重要保障。构建了核应急双层指挥网络,基于级联失效模型,仿真分析不同攻击强度下,决策层攻击、行动层攻击和混合攻击下网路的级联失效规模。对比分析不同网络结构级联失效规模变化情况,为提高网络鲁棒性提供参考。     

飞机流宏观与微观同高度纵向间隔研究

航空安全一直以来备受社会各界关注,其中安全间隔对于航路运行有非常重要的意义。为了合理分配航路间隔,减少航路拥堵,基于实际运行情况,将连续的飞机流作为研究目标,从宏观和微观角度建立了纵向间隔的计算模型,根据飞机流的跟驰效应,得出航路运行间隔的动态变化范围。在此基础上,提出了快速地对航空器进行间隔调整的方案。最后,以西安管制区的运行数据为例进行仿真,验证了模型的合理性,并分析了各因素对飞行流间隔的影响,调整方案可以较快地完成航路间隔的重新分配,为运行提供更准确的引导。     

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。     

考虑网络韧性的城市轨道交通故障恢复研究

为提升城市轨道交通的可靠性,提出一种基于区间修复的城市轨道交通故障恢复策略;以网络平均效率度量网络韧性性能函数,按不同折返区段分段处理失效线路,构建以网络韧性损失和恢复总时长最小为目标的城市轨道交通故障恢复模型,设计NSGA-Ⅱ算法求解模型;并以成都地铁网络为例,探讨环线失效和放射线失效2种场景下列车运行交路调整对网络恢复决策及网络恢复性能的影响。结果表明：提出的故障恢复方法能有效避免站点修复完成后仍需长时间等待其他站点修复完成才能接入线网运营的情况,考虑列车运行交路调整恢复方案的韧性损失比不考虑运行交路调整时减少28.3%;是否考虑列车运行交路调整对网络环线线路的故障恢复决策影响较大,对外围放射区域线路的故障恢复决策影响较小。     

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。     

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。     

陆空通话下的平行航路碰撞风险模型研究

目前在平行航路碰撞风险研究中,通常会忽略人为因素的影响。为更系统地研究平行航路的碰撞风险,提高碰撞风险值计算的准确性,先分析航路飞行特点找出陆空通话下平行航路中人因可靠性的影响因素;然后考虑人与人交互的过程,改进传统的认知可靠性与失误分析方法(CREAM),构建平行航路中人因可靠性的计算模型。根据Brooker思想,建立并分析纵向、垂直、侧向3种平行航路碰撞风险模型。将所建模型应用于三亚区管中心。结果表明,陆空通话下某平行航路的碰撞风险值小于国际规定的安全目标水平,进而说明该模型可用于平行航路碰撞风险的研究。     

疫情管控期间公共场所火灾疏散研究*

为探究新冠疫情管控期间公共建筑安全出口开放状态对人员疏散影响,通过实地调研了解公共建筑疏散管理及安全出口开放状态,利用Pathfinder模拟疫情管控前后某高校办公楼人员火灾疏散,分析人员疏散过程中个人拥堵总时长、最长连续拥堵时长、人员疏散路径,提出3种推荐出口开放方案,并通过Pathfinder模拟得到最优方案。研究结果表明:疫情管控期间,各公共建筑均关闭部分安全出口,以便于体温检测;疫情管控期间人员拥堵时长显著增大,常规情况下人均拥堵时长为16.01 s、个人拥堵时长最大为120.45 s,疫情管控期间人均拥堵时长为23.92 s、个人拥堵时长最大为168.23 s;区域A部分人员汇合至区域B中,导致楼梯2人员密度增大,在2~3层楼梯发生拥堵;同时开放出口Ⅰ和Ⅳ的方案Ⅲ为最优开放方案。     

考虑引力关联的机场网络节点重要度分析

机场网络中关键节点的失效会对网络运行造成一定影响。准确识别关键节点可提升整个网络运行的安全性、正常性和高效性,同时为基于空中交通网络的大面积航班延误治理提供一定的决策依据。基于万有引力定律,以节点间的引力构建具有引力关联的机场网络,对传统的邻域结构洞指标进行改进并结合复杂网络选取适当的评估指标;结合指标之间的差异和冲突,采用基尼系数、肯德尔系数来计算权重,以此建立评估指标体系。同时,引入弹性系数并结合改进的前景理论,得到前景值,采用以相对熵代替欧氏距离的TOPSIS方法计算节点的综合度,将前景值和综合度结合得到节点的重要度。另将节点延误状态作为一种失效模式,建立考虑延误波及的级联失效抗毁性模型,量化网络抗毁性。最后,以中国东北、华北、华中、华东部分机场网络进行实例对比和仿真分析。分别以所提方法和其他3种方法评估该网络节点的重要度,并各选取排名前五的节点计算网络抗毁性。结果表明,所评估出的北京、郑州、青岛、大连、太原节点对于整体网络的重要性最高,一旦发生延误对网络的抗毁性影响最大。     

基于CREAM和贝叶斯网络的航空维修人为差错概率预测

航空维修差错不仅严重威胁着飞行安全,同时也会增加航空公司的维修成本。针对航空维修人员发生差错成因的复杂性以及历史事故数据缺乏的情况下,将人因可靠性与失误分析方法（CREAM）和贝叶斯网络（BN）相结合,提出一种改进的维修差错分析模型。根据维修任务构建相应的贝叶斯网络模型,为各子节点设置条件概率表（CPT）;基于维修基地的实际维修环境,对行为形成因子（PSFs）进行评估,得到共同绩效条件（CPCs）的水平;利用各CPC因子下各个行为功能失效模式的权重因子,对各认知活动进行失效概率的修正;将修正概率作为贝叶斯网络根节点的输入,利用推理机制,得到差错发生概率。通过案例分析和计算,验证了所述方法的可行性和有效性。     

危险品运输网络渗流鲁棒性智能评估方法

为高效评估危险品运输网络(HMTN)鲁棒性,科学管理危险品运输,开发一种智能评估网络渗流鲁棒性方法。从实际出发,综合考虑网络拓扑结构、节点/边渗流度、流量压力配比、负载阈值等参数,建立仿真识别模型,通过动态识别巨簇节点数量占总节点数量的比例度量网络渗流鲁棒性,并提出优化算法;以张家港HMTN为背景作仿真分析。结果表明:危险品运输网络渗流鲁棒性与突发事件规模成反比,阈值系数与渗流鲁棒性成正比;相同参数条件下,节点突发事件影响大于边突发事件;投入更多应急救援资源有助于预防边突发事件。     

基于相依网络模型的扇区航空器分流方法研究

当某个扇区因突发状况而对航空器的管控力度不足时,需要对扇区内的航空器进行分流.依据空中航空器的冲突关系、管制员的移交关系及管制员对航空器的指挥关系构建管制-飞行状态相依网络模型.通过此模型,在综合考虑分流后管制员的负荷及对所有航空器管控难度的前提下设计优化目标,并采用粒子群算法求解找出最佳分流方案.该方案能够使分流后管制员负荷分布更加均匀,有效减少管制员因负荷过大而出现人为差错的安全风险;降低整体的管制难度,提高管制系统的可靠性和稳定性.     

泥石流冲击下立式储罐失效概率分析

为评估泥石流引发的Natech事故风险,定量分析泥石流冲击对立式储罐的影响,首先建立泥石流作用下储罐的力学简化模型,将泥石流作用下储罐破坏模式分为弯曲破坏、罐体失稳、储罐浮离及储罐滑移;然后基于该分类,分别构建4组极限状态方程;其次基于贝叶斯网络和可靠性理论,建立储罐失效概率计算方法;最后,利用该方法分析计算某事故场景。结果表明:该事故场景下储罐失效概率为81.19%;在泥石流多发区,适当提高储罐充装率及降低大型储罐高径比可有效防控该类事故。