突发中断下城市地铁网络脆弱性研究

摘要

地铁已日益成为城市交通系统的关键环节，中国许多城市也陆续迎来了地铁的网络化。然而，城市地铁系统是一个相对封闭的系统，由于修建成本高、改造难度大，线网修建完成后很难做大规模的变动。中国城市人口众多，乘坐地铁客流日趋增大，随着设备的使用、老化、故障，自然灾害，人为失误，社会不安定因素等在网络中交叉、聚集和扩散，这些不安定因素对地铁系统的安全、稳定运营带来干扰，重大事故频发，社会影响巨大。因此，研究突发中断下城市地铁网络的脆弱性，找出其薄弱环节并加以保护，对于保障地铁运营的稳定性和出行者的安全至关重要，并将促进整个地铁网络的安全、稳定和快速发展。
　　首先，总结相关文献，对突发中断情况进行了介绍，分析它对地铁产生的影响;结合相关文献中脆弱性的定义，给出本文的脆弱性定义，并对脆弱性研究方法进行了介绍。
　　介绍了复杂网络理论及其特征参数，采用Space L法构建地铁网络模型，提出了6种中断策略:①单个节点分别中断，②最大度数节点中断，③最大介数节点中断，④节点随机中断，⑤单个区间分别中断，⑥区间随机中断。通过网络平均连通效率和最大连通子图的相对大小两个指标来分析网络的结构脆弱性，比较每个站点和区间的结构脆弱性，识别出关键站点和区间。并以2013年北京地铁线网为例进行了实例分析。
　　再次，本文对地铁的社会功能脆弱性进行了分析，以广义出行总成本的增加来描述车站或区间中断后网络服务能力的降低，建立了社会功能脆弱性评估模型。然后基于考虑拥挤的轨道交通客流分配模型，建立了时间成本运输网络，乘客的路径选择模型、广义出行费用模型以及SUE客流分配模型，并选择了合适的算法来求解乘客的广义出行总成本，用算例验证了模型的可行性。
　　最后，针对地铁网络的脆弱性，从拓扑结构和社会功能两个方面来探讨脆弱性的优化策略，提出了相应的改进措施。在拓扑结构方面，分析了三种典型网络的基本特征和脆弱性和无标度网络构建模型中参数对网络鲁棒性的影响，提出了规划阶段地铁网络的最优构建方法;对于现有网络的扩建，提出了一种方法来降低网络的脆弱性，并用算例对方法的有效性进行了验证。针对社会功能方面，通过影响因素分析，提出了社会功能脆弱性的改进建议，为预防事故发生、优化应急疏散预案提供帮助。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线图

第2章 突发中断下城市地铁网络脆弱性概述

2．1 突发中断情况概述

2．1．1 地铁突发中断特点

2．1．2 地铁突发中断分类

2．1．3 地铁突发中断影响分析

2．2 脆弱性概述

2．2．1 脆弱性相关概念辨析

2．2．2 脆弱性定义

2．3 脆弱性分析方法概述

2．4 本章小结

第3章 城市地铁网络结构脆弱性分析

3．1 复杂网络理论基础

3．1．1 图论基础

3．1．2 复杂网络基本特征参数

3．2 地铁网络结构脆弱性模型构建

3．2．1 网络建模

3．2．2 中断策略

3．2．3 脆弱性影响因素

3．3 北京市地铁网络结构脆弱性分析

3．3．1 网络基本指标分析

3．3．2 突发中断结果分析

3．4 本章小结

第4章 城市地铁网络社会功能脆弱性分析

4．1 社会功能脆弱性概述

4．2 考虑拥挤的地铁客流分配模型构建

4．2．1 基于时间成本的运输网络构建

4．2．2 考虑拥挤的广义费用模型

4．2．3 乘客的路径选择概率模型

4．2．4 基于SUE的轨道交通客流分配模型

4．3 脆弱性评估指标

4．4 算例分析

4．4．1 基础数据

4．4．2 算例结果分析

4．5 本章小结

第5章 地铁网络脆弱性降低对策与建议

5．1 网络结构优化

5．1．1 不同形态网络拓扑特性及脆弱性分析

5．1．2 网络改进分析与建议

5．2 网络社会功能脆弱性改进

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与科研情况