山西铁路客运复杂网络脆弱性分析

摘要

在经济高速发展的当下社会，基础设施建设和人才的跨区域流动促进了我国铁路客运的蓬勃发展，铁路客运成为人们中长途出行的重要选择之一。然而，近年来铁路安全事故时有发生，铁路客运网络在应对我国人员流动密集的现状时，运行效率仍有待提升，这些现状反映了我国铁路客运网络存在一定的脆弱性。因此，研究铁路客运网络中脆弱环节的有效识别和保护，对铁路客运网络的高速、高效运行和健康发展有着实际的应用意义。
　　本文从复杂网络的角度对山西省铁路客运网络进行了研究。针对山西省铁路客运网络中暴露的脆弱性问题，结合车站间车次的密集程度极大影响人们的出行体验和铁路客运网络运行效率的实际情况，统计了山西省境内铁路线路和火车客运站的实际分布情况，并运用复杂网络理论的建模方法，构建了一个描述山西省铁路客运网的无向加权网络。同时，针对山西省铁路客运网络的无向加权特性，设计了一套特征参量体系，通过Pajek软件和Matlab软件进行计算，定量的描述了山西铁路客运网络的性质。从计算和统计结果中发现，山西省铁路客运网络具有明显的小世界特性和无标度特性。并且，相比无向无权网络，应用无向加权网络模型分析山西铁路客运网，能更准确的反应山西铁路客运网的复杂特性。
　　继而，对所构建的网络进行网络效率的计算，定量的分析了山西省铁路客运网络的脆弱性。提出了一种有效识别无向加权网路中的脆弱环节的方法，并且识别出了网络中存在的可能对网络造成严重损毁的脆弱环节，从而得出了如下结论:山西铁路客运网络中存在脆弱节点，并且节点的度和节点的介数均是影响网络效率的重要因素，度大的节点和节点介数大的节点对网络效率的影响较大，但节点度和节点介数的大小均不与节点脆弱性成正比。同时，山西铁路客运网络中也存在脆弱边，并且边权重和边介数均是影响网络效率的重要因素，权重大的边和介数大的边对网络效率的影响较大，但边权重和边介数的大小均不与边的脆弱性成正比。当网络规模发生变化时，对网络效率变化起主导作用的脆弱环节亦是动态变化的。最后，给出了针对网络脆弱环节的改进意见。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1网络脆弱性研究现状

1．2．2复杂网络理论在交通网络研究中应用的研究现状

1．3本文研究思路

1．4创新点

2复杂网络相关理论基础

2．1网络科学理论的发展

2．2复杂网络的概念和特性

2．2．1复杂网络概念

2．2．2复杂网络特性

2．3复杂网络研究内容

2．4网络拓扑结构与静态特征

2．4．1最短平均路径距离

2．4．2集聚系数

2．4．3度、度分布

2．4．4介数

2．4．5度-度相关性及权重-度相关性

2．5复杂网络机制模型

2．5．1规则网络

2．5．2随机网络

2．5．3小世界网络

2．5．4无标度网络

3山西省铁路客运加权网络拓扑结构与静态特征

3．1山西铁路客运加权网络模型构建

3．2山西铁路客运加权网络静态特征参量分析

3．2．1山西铁路客运加权网络最短平均路径距离

3．2．2山西铁路客运加权网络集聚系数

3．2．3山西铁路客运加权网络度、度分布

3．2．4山西铁路客运加权网络介数

3．2．5山西铁路客运加权网络度-度相关性及权重-度相关性

4山西铁路客运加权网络脆弱性分析

4．1节点脆弱性分析

4．1．1节点脆弱性仿真策略

4．1．2脆弱节点判定方法

4．1．3节点脆弱性仿真结果及分析

4．2边脆弱性分析

4．2．1边脆弱性仿真策略

4．2．2脆弱边判定方法

4．2．3边脆弱性仿真结果及分析

5山西铁路客运加权网络脆弱环节保护方案

6结论与展望

附录

参考文献

致谢