中国高铁网络站点的层级现象研究

摘要

自从2003年修建第一条高速铁路以来，我国高铁建设势头迅猛。伴随着“四纵四横”发展规划的提出，高铁已逐渐形成网络化的发展格局，高铁网络化的优势得以发挥。同时，高铁网络化的潜在危机也逐渐显现出来。当网络中的某一个关键站点失效时，可能会影响其他站点或线路的正常工作，严重时甚至造成网络大面积瘫痪。结合高铁网络结构特征，正确评估高铁网络中各站点的层级（重要程度），找出关键站点，加强维护，降低这些关键站点的失效概率，是规避高铁网络化潜在危机的有效方法。因此，有必要分析我国高铁网络的结构特性，研究高铁网络中各站点的层级性，识别关键站点和骨干网络，并探索影响高铁站点之间层级差异的关键因素。
　　本研究基于我国高铁网络的拓扑结构特征，评估各高铁站点的层级，并探索站点层级的影响因素。首先，结合我国高铁网络现状和特征，分别选择复杂网络理论和可靠性理论作为高铁网络拓扑结构分析、可靠性模拟仿真分析的理论基础。其次，根据我国高铁网络的连通信息，采用L-space方法对高铁网络进行拓扑抽象，构建高铁复杂网络模型。基于高铁复杂网络特征参数的计算结果，分析高铁网络的复杂结构特性。然后，结合可靠性理论，基于我国高铁网络的复杂特性，设计4种站点失效策略，模拟仿真不同失效策略下高铁网络可靠性指标的变化幅度。根据仿真结果，确定描述站点层级的指标，定量评估各站点层级。最后，选择回归分析方法，以京广高铁沿线23个地级市站点作为实证分析样本，从站点城市发展水平和站点自身条件两个维度，探讨了引起高铁站点层级差异的关键因素。
　　研究结果显示：
　　①我国高铁网络具有无标度网络特征，表现出面对站点随机失效的鲁棒性和定向失效的脆弱性。
　　②在基于中间中心度排序的站点失效策略下，高铁网络可靠性指标的下降速率最快。因此，确定中间中心度作为描述站点层级的指标。
　　③高铁网络可靠性指标的变化存在阈值，少数关键站点在网络中扮演着重要角色，站点层级分布遵循帕累托定律。
　　④根据中间中心度指标的定量计算结果，成都、北京、武汉、广州、郑州、深圳、上海、南京、南昌、杭州的层级最高，是高铁网络的中心枢纽站点。与受到这些中心枢纽站点“级联失效”效应影响的区域枢纽站点一起构成我国高铁网络的骨干网络。
　　⑤高铁站点层级主要受到站点城市第三产业发展水平、站点发车频率、站点可达程度三个因素的影响。这三个影响因素与站点层级之间都表现出二次正相关关系，对站点层级的影响具有放大效应。
　　本研究为确定描述高铁站点层级的指标提供了新的思路。定量评估各高铁站点的层级有助于识别高铁网络中的中心枢纽站点，对于规避高铁网络化风险具有很强的现实意义。同时，论文得出影响高铁站点层级的关键因素，为后续相关研究提供了线索和基础。

目录

1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的、意义及内容

1.4 研究方法及技术路线

1.5 论文结构

2 我国高铁网络特征与本研究的理论基础

2.1 我国高铁网络特征

2.2 复杂网络理论

2.3 网络可靠性理论

2.4 本章小结

3 我国高铁网络结构特性分析

3.1 高铁网络数据收集处理

3.2 高铁网络拓扑抽象

3.3 高铁网络特性分析

3.4 本章小结

4 我国高铁网络站点层级研究

4.1 高铁网络站点失效策略选择

4.2 站点失效策略下网络可靠性仿真分析

4.3 高铁站点层级评估

4.4 本章小结

5 我国高铁站点层级现象成因分析

5.1 研究方法

5.2 研究指标及数据类型

5.3 计量模型及统计检验

5.4 高铁站点层级影响因素实证分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 应用与建议

6.3 研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 不同策略下各站点失效后网络可靠性指标的变化幅度