城市复杂地铁网络级联失效抗毁性分析

论文摘要

城市地铁作为重要的现代交通客流载体,具有运载量大、快速准时、低价环保等诸多优势,目前已成为世界各大城市所青睐的缓解交通问题的重要选择。但是,交通事故、自然灾害以及恐怖袭击等因素都可能会导致城市地铁网络系统大面积拥堵,特别是少数的关键换乘车站引起的大量客流分流引发其他站点失效,甚至造成网络的大面积级联崩溃。而复杂网络级联失效理论在分析网络结构特性方面具有独特优势。因此以城市地铁网络为研究对象,应用复杂网络与级联失效理论分析地铁网络的抗毁性情况,主要研究内容如下:(1)应用复杂网络理论构造地铁的无向网络以及加权网络拓扑模型。选取特征参数分析地铁网络的结构特性,为后续地铁网络级联失效问题的研究奠定基础。(2)研究分析地铁网络级联失效过程,制定客流分配策略以及抗毁性评价指标等相关重要概念参数计算公式,以此来构建地铁网络级联失效模型。(3)以北京地铁网络为例,构造北京地铁网络拓扑模型。并使用pajek、ucinet、MATLAB软件绘制网络拓扑图,计算北京地铁网络复杂网络特征参数。结果表明:北京地铁网络具有无标度网络的特性。存在少数节点负载大量客流问题,容易导致交通拥堵发生,抵御突发事件能力较弱。(4)构建北京地铁网络级联失效模型。通过MATLAB软件实现级联失效模型的仿真运算,运用随机性攻击策略以及选择性攻击策略对比分析北京地铁网络抗毁性。研究结果表明:随机攻击策略相对于另外两种攻击策略来说,对网络的破坏性相对较小,地铁网络面对随机突发事件的抗毁性较强。而基于节点度值和介数的两种攻击策略,则会造成网络连通效率的急剧下降,地铁网络在面临蓄意的针对性攻击时抗毁性较弱。(5)根据北京地铁网络级联失效特性,制定主动节点免疫策略,引导负载分流情况,以此预防地铁网络级联失效问题。对比分析应用节点免疫策略对北京地铁网络级联失效问题的影响,分析表明,节点免疫策略能够较为有效的缓解地铁网络站点级联失效问题,增强地铁网络抗毁性,保障地铁网络平稳可靠运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 城市地铁网络研究现状
•     1.2.2 复杂网络级联失效问题研究现状
•   1.3 研究内容和技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第2章 复杂网络级联失效基础理论
•   2.1 复杂网络基本模型
•   2.2 复杂网络静态特性指标
•     2.2.1 无权网络特性指标
•     2.2.2 加权网络特性指标
•   2.3 级联失效模型
•   2.4 抗毁性测度
•   2.5 本章小结
• 第3章 城市复杂地铁网络建模
•   3.1 地铁网络拓扑模型
•     3.1.1 地铁网络特点
•     3.1.2 地铁网络拓扑图绘制
•     3.1.3 地铁无权网络模型结构特性分析
•     3.1.4 地铁加权网络模型结构特性分析
•   3.2 地铁网络级联失效模型
•     3.2.1 地铁网络级联失效初始条件确定
•     3.2.2 地铁网络级联失效建模
•   3.3 本章小结
• 第4章 地铁网络实例仿真模拟
•   4.1 北京地铁网络拓扑模型
•     4.1.1 北京地铁网络拓扑模型构建
•     4.1.2 北京地铁无权网络特征分析
•     4.1.3 北京地铁加权网络特征分析
•   4.2 北京地铁网络级联失效仿真模拟
•   4.3 北京地铁网络抗毁性优化分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王彬

导师: 戴剑勇

关键词: 复杂网络,级联失效,地铁网络,抗毁性,仿真分析

来源: 南华大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,铁路运输

单位: 南华大学

分类号: O157.5;U293.6

DOI: 10.27234/d.cnki.gnhuu.2019.000013

总页数: 80

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