铁路货运网络复杂性研究

摘要

铁路网络作为铁路运输的生命线，是运输服务的物质基础。随着路网密度的不断增加、客运专线的大力建设，一些地区实现了客货分离，货物运输能力有了较大的提高。研究货运网络的可靠性与列车晚点事件在网络中的传播情况，对保障货物运输准点、高效、安全进行具有一定的现实意义。近年来，复杂网络理论在各个学科领域中的应用层出不穷。运用复杂网络理论来研究铁路网络，是一个较为新颖的课题。　　本文在借鉴国内外研究的基础上，以实际铁路网络为研究对象，结合我国铁路货运技术作业特点和货运改革发展方向，深入研究铁路货运网络的复杂性。　　首先从地理设施与车流去向两方面对铁路货运网络进行抽象，得到相应的铁路地理网和车流网。通过计算两种网络的拓扑静态统计特征，得出两种网络节点间平均距离较短，节点度分布服从幂率分布，进而判定两种网络是具有小世界性的无标度网络。地理网络相对车流网，其聚类系数较低，更趋向于树状网络。而车流网中，无论是小世界性还是无标度性都表现的更加明显。随后类比了两种网络中介数居前几位的节点，分析介数较大的节点在网络中所据位置的重要性。　　针对两种网络的特点，构建不同可靠性指标，采用C语言编程对网络可靠性进行模拟仿真。在利用基于网络连通性指标对地理网络的研究中，从网络整体连通性与单个节点脆弱性两方面入手，采用以连通效率为主的指标进行可靠性分析，仿真结果表明地理网在面对随机攻击的可靠程度高于蓄意攻击，且面对基于介数的蓄意攻击可靠程度最低。而后采用基于网络结构熵的指标对车流网单个节点失效对网络可靠性的影响进行模拟，得出一些介数和度并不突出的节点在网络可靠性方面反而有更大的影响。　　最后利用流行病在复杂网络中的传播机制建立了晚点在车流网中的传播模型。通过模拟仿真研究列车晚点事件在网络中的蔓延情况。模拟结果表明，列车晚点在非人为干预下，其传播速度主要取决于晚点源发站的节点度，晚点始发站连接方向多少是控制传播的主要因素，其结果与流行病在复杂网络中传播情况依赖网络拓扑的结论相契合。

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1 绪 论

1.1问题提出

1.2研究意义

1.3国内外研究现状

1.4论文结构与方法

2复杂网络理论基础

2.1复杂网络简介

2.2复杂网络的静态统计特征

2.3网络机制模型

2.4本章小结

3 铁路网复杂特性分析

3.1铁路网络复杂性特点

3.2拓扑模型刻画规则

3.3 地理网络拓扑构建

3.4地理网络静态特征分析

3.5 车流网络拓扑构建

3.6车流网络静态特征分析

3.7本章小结

4 铁路网的可靠性

4.1突发事件

4.2两种攻击

4.3地理网可靠性指标建立

4.4车流网可靠性指标建立

4.5实证分析

4.6本章总结

5 列车晚点传播理论

5.1列车晚点传播思想

5.2传播模型

5.3列车晚点传播模型

5.4模拟仿真

5.6本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

附录

参考文献

攻读学位期间的研究成果