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基于关键站点失效的城市轨道交通网络脆弱性研究
| 论文题名： | 基于关键站点失效的城市轨道交通网络脆弱性研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;网络脆弱性;关键节点识别;K-Shell算法;LeaderRank算法 |
| 摘要： | 随着社会与经济的飞速发展，国内主要城市的轨道交通发展迅速，轨道交通已经成为城市交通的重要组成部分。城轨网络的扩张也给城市轨道交通网络运营的安全带来新的挑战，主要体现在网络结构复杂化导致网络风险点集中，部分站点失效后容易引起网络性能的迅速下降。因此，为有效识别城轨网络中的关键站点，并分析此类站点对城轨网络脆弱性的影响，本文充分挖掘网络中站点关键度的影响因素，研究关键站点失效下的城市轨道交通网络脆弱性。 首先，从复杂网络理论出发，分析复杂网络理论在城轨网络研究中的应用，结合脆弱性的定义及概念，分析城市轨道交通网络脆弱性研究的内涵。 其次，从网络拓扑结构和站点强度两个角度出发，建立城轨网络站点关键度评估指标体系，选取组合赋权法计算各站点综合关键度。然后，以轨道交通站点的特性和局部影响力为要素，提出考虑站点综合关键度和两步邻域内站点数量的改进K-Shell算法，同时从加强网络连接性出发，将站点综合关键度作为迭代参数提出改进LeaderRank算法，使其适用于城轨网络关键站点识别。 再次，从站点属性出发，研究不同站点失效对城轨网络脆弱性的影响机理。同时，从网络结构脆弱性、运输性能脆弱性和安全管理脆弱性三个方面分析城轨脆弱性研究的内容。在此基础上，以网络结构脆弱性为基础，确定城轨网络脆弱性评估框架，以网络效率和网络连通率为网络结构脆弱性评估指标，并设计随机攻击策略和蓄意攻击策略的仿真实验，验证不同关键站点失效情况下对城轨网络脆弱性的影响。 最后，以重庆市轨道交通网络为例，识别出重庆市轨道交通网络中的关键站点，并分析网络在受到外部攻击扰动失效时的脆弱性。实验表明，随机攻击对网络性能的影响较小，而蓄意攻击对网络性能影响较大。同时，不同优先度的蓄意攻击对网络的脆弱性的影响也有差异，进而分析出不同关键站点失效对网络连通率和网络效率的影响。结果表明，改进K-Shell算法识别的关键站点主要集中在网络的中心，改进LeaderRank算法识别的关键站点主要集中在各个区域的衔接处，对网络效率和网络连通率脆弱性影响都更为明显。结合实际运营情况，针对不同关键站点失效提出降低网络脆弱性影响的建议措施，为城市轨道交通的安全管理提供科学的参考和依据。 |
| 作者： | 张开萍 |
| 专业： | 交通运输 |
| 导师： | 段力伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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