城市运行安全评价与建模研究

摘要

城市安全一直以来都是一个备受关注的话题，随着社会和科技的发展，城市系统日趋复杂，其各个运行子系统自身不断发展的同时，彼此之间的联系和依赖程度也越来越高，在大幅提高了城市运行的整体效率的同时，也增加了城市的脆弱性，带来了城市运行安全的隐患。本文以城市的运行安全为研究对象，基于复杂网络、统计分析等基础理论，从城市运行系统安全的评价和建模两个方面进行研究。在进行城市运行系统特征分析，建立评价指标体系的基础上、重点研究了基于 RS-AHP的模糊综合评价方法、基于复杂网络的城市基础设施网络仿真模型以及基础设施网络的相继故障模型，并通过仿真实验验证了其有效性。研究的内容可概括为以下五个方面：
　　①在分析城市运行系统主要特征的基础上，提取城市运行系统的运行要素。研究要素之间的关联类型及相应的关联分析方法，对城市运行要素之间的关联关系进行深入分析。
　　②根据城市运行安全评价指标体系的构建原则，对评价指标体系构建的基本流程进行规划。通过对城市运行要素与城市运行安全相关性的分析，完成评价指标体系结构的构建。针对不同数据类型的指标，建立相应的指标评价标准，并对各指标的评价结果进行统一分级，在此基础上，结合国际标准化组织的相关标准，对城市运行安全性等级进行划分。
　　③在分析现有综合评价方法的不足和局限性的基础上，提出一个基于粗糙集—层次分析法的模糊综合评价方法，该方法采用层次分析法和粗糙集方法来计算评价指标的主观权重和客观权重值，并通过最优化模型计算得到指标的综合权重，构建基于层次分析法和粗糙集的模糊综合评价模型，实现城市运行安全水平评价。评价结果验证了该方法的准确性和可靠性。
　　④在分析基础设施网络运转特性和功能结构的基础上，提出了一种基于复杂网络理论的城市基础设施网络的网络图模型。该模型通过对基础设施网络系统进行简化和定义，将基础设施网络抽象并构建成一个只包含节点和边的无向加权网络图。定义加权网络模型的参数如网络节点度及度分布、平均最短路径长度与簇聚系数等来描述网络结构特征。并以城市地铁交通网络为例，进行实例分析研究。
　　⑤通过对基础设施网络结构的特征分析，结合网络图与泰森多边形方法建立基础设施网络相继故障模型，在此基础上，研究故障条件下，基础设施网络之间的响应行为。研究表明基础设施网络之间的关联关系会引起故障的级联效应，从而加大故障影响。研究中还发现网络中节点的重要程度亦受网络间关联关系的影响，独立网络中不甚重要的节点可能成为关联网络中的重要节点。这一研究为发现和识别基础设施网络中的重要节点，加强重要节点的预防保护和制定故障发生后的应急策略提供了理论依据。

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目录

1 绪 论

1.1 课题概述

1.2 国内外研究进展

1.3 论文主要研究工作

1.4 论文组织结构

2 城市运行系统特征分析

2.1 城市运行系统

2.2 城市运行要素关联类型及分析方法

2.3 城市运行要素关联分析

2.4 本章小结

3 城市运行安全评价指标体系研究

3.1 引言

3.2 城市运行安全评价指标体系构建原则

3.3 城市运行安全评价指标体系的构建

3.4 城市运行安全评价标准

3.5 本章小结

4 城市运行安全评价方法研究

4.1 引言

4.2 现有综合评价方法

4.3 基于RS-AHP的模糊综合评价算法思路

4.4 评价指标权重的提取

4.5 基于RS-AHP的模糊综合评价算法

4.6 城市运行安全评价实例

4.7 本章小结

5 基于复杂网络的城市基础设施网络仿真建模研究

5.1 引言

5.2 复杂网络理论

5.3 基于复杂网络的城市基础设施网络模型的建立

5.4 实例分析

5.5 本章小结

6 基础设施网络相继故障模型研究

6.1 引言

6.2 基础设施网络相继故障模型建模思路

6.3 基础设施网络相继故障模型的建立

6.4 实例分析

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 主要贡献与特色

7.2 下一步工作

致谢

参考文献

附录