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原文传递城市轨道交通网络节点重要度评估与级联失效抗毁性分析

论文题名：	城市轨道交通网络节点重要度评估与级联失效抗毁性分析
关键词：	城市轨道交通网络;节点重要度;TOPSIS模型;级联失效;抗毁性能
摘要：	城市轨道交通相较于其他运输方式，有着环境污染小、能源消耗低、运行速度快、安全系数高、承载客流量大、能够缓解城市拥堵、减轻整个城市交通系统压力的优点。因此，越来越多的人将城市轨道交通作为日常出行的选择。如今部分大城市的轨道交通运营网络初步形成并逐渐向网络化运营阶段迈进，这就导致运营网络中的站点存在由于外界破坏或者设备故障等原因发生故障，这种故障都有可能在城市轨道交通网络中迅速传播扩散，造成严重的后果。因此，对城市轨道交通网络的级联失效抗毁性展开研究，找出其薄弱站点并进行优化处理，对于保障城市轨道交通运营的稳定性和乘客人身安全至关重要。　　本文主要从分析城市轨道交通网络特性、挖掘网络重要站点、研究网络抗毁性能三个方面入手，对城市轨道交通线网展开深入研究，所做主要工作如下：　　（1）概述复杂网络相关理论及国内外复杂网络应用现状，对比分析现有三种网络模型构建方法的适用范围及优缺点，最终确定采用SpaceL方法构建城市轨道交通网络拓扑结构模型，并总结了常见的城市轨道交通网络特性指标；　　（2）为准确识别城市轨道交通网络重要站点，引入PageRank算法计算各网络节点的PR值，确定重要节点；又综合考虑网络节点中心性指标与站点客流量指标，利用结合层次分析法和熵权法的综合权重计算方法计算各评价指标权重，并基于TOPSIS算法构建城市轨道交通网络节点重要性综合评价体系模型，在评价结果基础上利用K-means算法对城市轨道交通网络节点进行聚类分析。　　（3）建立城市轨道交通网络级联失效模型，设计级联失效仿真算法，筛选城市轨道交通网络抗毁性测度指标，达到定量分析不同攻击方式下、考虑城市轨道交通网络级联失效现象的网络抗毁性能变化的目的。　　（4）实证分析了上海轨道交通网络的网络特性，利用PageRank算法和综合评价模型对上海轨道交通网络节点重要度进行评估，并对站点按照重要程度进行聚类，最后考虑到网络的级联失效现象，通过仿真模拟的方式分析了上海轨道交通网络在不同攻击方式下的抗毁性能的变化；　　（5）以北京、上海、深圳轨道交通网络为例，对比分析三个城市轨道交通网络的抗毁性，探索不同网络结构对网络抗毁性的影响，并对城市轨道交通网络优化和应急管理提出建议；　　结果表明：无论是否考虑级联失效情况，相比蓄意攻击，城市轨道交通网络面对随机攻击时更具抗毁性；级联失效情况下考虑站点负载重分配的轨道交通网络更具脆弱性；在级联失效传播初期，增加站点容量能有效减小级联失效现象的影响范围，但随着因级联失效现象影响的站点数目增多，站点容量对网络抗毁性的影响也随之减小；重要站点失效导致的级联失效对网络的影响范围更广，对网络的整体破坏程度更大；全局连通度高的城市轨道交通网络在面对随机故障时表现出较好的抗毁性，而局部聚集性强的网络面对蓄意攻击时有较强的抗毁性。
作者：	杨景峰
专业：	交通运输规划与管理
导师：	朱大鹏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022