成渝城市群铁路网可靠性及规划策略研究

摘要

铁路网具有载运量大、运行成本低、安全准时、能源消耗少的特点，在流量较大的旅客运输中比较优势非常明显。我国经济建设的快速发展对铁路网运输的可靠性保障能力提出了更高的要求，对于灾害频发、地形十分复杂的成渝城市群，伴随着铁路交通“公交化、快速化”发展的现实需求，铁路运输安全的重要性不言而喻，是成渝城市群协调发展的生命线工程之一。为此，在城乡规划领域创新运用复杂网络理论和方法，从整体上把握铁路网的复杂性和系统响应的动力学特性，对成渝城市群铁路网的可靠性进行分析评价，提出区域规划响应策略。
　　首先，对成渝城市群铁路网建设的发展历程和面临的主要安全问题进行梳理。成渝城市群铁路网发展可总结为建国后稳步建设阶段（1950-1979）、改革开放后完善优化阶段（1979-1997）、直辖后扩展延伸阶段（1997-2005）、网络化阶段（2005至今）共4个阶段。存在灾害频仍引起线路中断、线路故障引发级联失效、铁路网区域布局不均衡及区域连通运行效率低等主要安全问题。
　　其次，运用复杂网络理论，从铁路基础设施和站点间 OD车流联系两方面对铁路客运网络进行抽象，得到无向无权铁路物理网模型和无向加权铁路车流网模型，从统计属性和特征结构两方面对成渝城市群铁路网络拓扑结构静态可靠性进行了评价。主要结论有：铁路物理网是树状网络，铁路车流网是具有无标度特性的小世界网络；铁路网络呈现明显的核心-边缘结构，多数节点居于联系密度较低的边缘区；铁路网络集聚区内部与集聚区之间联系仍十分缺乏。
　　第三，对成渝城市群铁路网络故障条件下动态可靠性进行研究。用随机攻击和选择攻击两种复杂网络模型分析方法对网络故障进行模拟，建立指标体系对网络在节点故障和边故障下的连通可靠性进行了测评。主要结论有：铁路网络面对随机攻击时具有较高的抵御能力，即鲁棒性，面对选择攻击时具有脆弱性；网络故障条件下选择攻击的方式不同，对网络的影响明显分异；对网络连通可靠性影响较大的重要站点和铁路路段进行了辨识。
　　最后，针对铁路物理网和车流网在拓扑结构的静态可靠性分析和故障条件下动态可靠性分析结果，提出成渝城市群铁路网可靠性规划策略。主要从铁路网线网结构可靠性优化、铁路网站点及路段功能提升、铁路运营及应急管理优化三个方面展开。其中，铁路网线网结构可靠性优化主要是加强集聚区站点铁路连接和对关键站点铁路连接进行加密；铁路网站点及路段功能提升包括系统站点功能提升和系统路段功能类型划分两方面；铁路运营及应急管理优化主要从提高客运联系密度、首位联系方向进行优化布置、规划管理与应急预案三方面展开。
　　本文对成渝城市群铁路网可靠性进行分析评价，提出了一些成渝铁路交通规划建议，以期为复杂网路理论在城乡规划学科的交叉应用提供探索经验。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景与缘起

1.2 科学问题凝练

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容与方法

1.5 研究目的与意义

2 以问题为导向的整体研究方案

2.1 铁路网建设发展历程

2.2 成渝铁路网建设的未来趋势

2.3 主要安全问题

2.4 整体研究方案

2.5 成渝城市群铁路复杂网络模型构建

3 网络拓扑结构静态可靠性评价

3.1 静态可靠性评价思路

3.2 统计属性分析

3.3 特征结构分析

3.4 静态可靠性评价总结

4 网络故障条件下动态可靠性研究

4.1 动态可靠性测评模型及指标选取

4.2 铁路网络在节点故障下的连通可靠性

4.3 铁路网络在边故障下的连通可靠性

4.4 动态可靠性研究总结

5 铁路网可靠性规划策略研究

5.1 铁路网线网结构可靠性优化

5.2 铁路网站点及路段功能提升

5.3 铁路运营及应急管理优化

6 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 主要创新点

6.3 研究不足与展望

致谢

参考文献

附录1

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间所参与的主要课题研究

C. 作者在攻读硕士学位期间所参与的主要工程实践项目

附录2

附表一：模型构建数据收集与整理

附表二：网络拓扑结构静态可靠性评价相关数据表（部分）

附表三：网络故障条件下动态可靠性研究相关数据表（部分）