城市軌道交通加權(quán)網(wǎng)絡(luò)魯棒性研究.pdf

1、城市軌道交通是解決交通擁擠、輔助出行者完成出行目的的重要基礎(chǔ)設(shè)施，隨著城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，城市軌道交通發(fā)展迅速，發(fā)揮的作用越來(lái)越突出。成網(wǎng)運(yùn)行的地區(qū)，軌道交通輸送出行者的人數(shù)已經(jīng)超過(guò)普通地面交通，其他地區(qū)也呈現(xiàn)出這樣的趨勢(shì)。為了盡可能減小城市軌道交通中運(yùn)營(yíng)事故或者惡意破壞對(duì)出行者造成的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和應(yīng)變能力，有必要從理論高度進(jìn)行城市軌道交通拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和魯棒性分析。
　　以圖論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，將城市軌道交通系統(tǒng)構(gòu)建為加

2、權(quán)網(wǎng)絡(luò)，重點(diǎn)考慮了網(wǎng)絡(luò)受到攻擊時(shí)對(duì)流量的影響。研究了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中較為重要的四個(gè)問(wèn)題，包括路段權(quán)重的度量、交通瓶頸的識(shí)別、級(jí)聯(lián)失效問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò)崩潰，建立了描述上述問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型和求解算法，給出了評(píng)價(jià)的量化指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究主要是通過(guò)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的基本測(cè)度，包括度及度分布、最短距離和平均最短距離、聚類系數(shù)、網(wǎng)絡(luò)效率和介數(shù)。為了量化網(wǎng)絡(luò)的魯棒性能，建立了四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括連通度、最大連通子圖的相對(duì)大小、網(wǎng)絡(luò)效率和出行可達(dá)率，其中出行可達(dá)

3、率更注重于考慮網(wǎng)絡(luò)的功能，是以流量為權(quán)重時(shí)刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)功能的重要指標(biāo)。為了更加細(xì)致的研究網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和魯棒性，本文設(shè)計(jì)了六個(gè)攻擊實(shí)驗(yàn)，其中隨機(jī)攻擊方案四個(gè)，選擇攻擊方案兩個(gè)。首先以一個(gè)站點(diǎn)數(shù)目為9的小網(wǎng)絡(luò)對(duì)所建立的模型和算法進(jìn)行了驗(yàn)證，在證明算法正確的基礎(chǔ)上又對(duì)一個(gè)站點(diǎn)數(shù)目為288的中大型現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了模擬和仿真，計(jì)算了不同實(shí)驗(yàn)方案下的拓?fù)鋮?shù)和魯棒性指標(biāo)。
　　采用Matlab數(shù)學(xué)軟件為計(jì)算工具，對(duì)拓?fù)鋮?shù)和魯棒性指標(biāo)進(jìn)行了編程計(jì)

4、算，初始狀態(tài)下的度分布圖說(shuō)明了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的度服從冪率分布，體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的無(wú)標(biāo)度特性，攻擊實(shí)驗(yàn)也表明網(wǎng)絡(luò)受到隨機(jī)攻擊的確具有健壯的魯棒性;拓?fù)鋮?shù)的計(jì)算表明網(wǎng)絡(luò)具有小世界特性，不具備高的聚類性;網(wǎng)絡(luò)效率的計(jì)算結(jié)果表明了該網(wǎng)絡(luò)的連通性較低。隨機(jī)攻擊單一節(jié)點(diǎn)和單一路段對(duì)路網(wǎng)的影響非常小，路網(wǎng)提供替代線路的能力很強(qiáng);設(shè)定失效值，隨機(jī)連續(xù)攻擊節(jié)點(diǎn)和路段，網(wǎng)絡(luò)仍然表現(xiàn)出健壯的魯棒性;選擇攻擊一個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括節(jié)點(diǎn)度最大、節(jié)點(diǎn)權(quán)重最大、點(diǎn)介數(shù)最大、聚

5、類系數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)效率和出行可達(dá)率均受到較小的影響，相對(duì)而言，攻擊點(diǎn)介數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)效率下降較快;選擇攻擊一個(gè)路段，包括權(quán)重最大和邊介數(shù)最大的路段，網(wǎng)絡(luò)魯棒性較為突出;將節(jié)點(diǎn)和邊按不同測(cè)度降序排列，依次進(jìn)行連續(xù)性攻擊發(fā)現(xiàn)，選擇攻擊節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)表現(xiàn)出顯著的脆弱性，而選擇攻擊邊系統(tǒng)仍然具有較強(qiáng)的魯棒性，其中選擇攻擊介數(shù)最大的點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的破壞力度最大。
　　通過(guò)對(duì)比分析可知，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)在不同攻擊策略下顯現(xiàn)出不同的性質(zhì)，選擇攻擊