基于复杂网络的城市轨道交通网络结构特性与抗毁性研究

摘要

随着我国城市现代化建设的飞速发展，轨道交通作为城市公共交通系统的组成部分，正扮演着越来越重要的角色。城市轨道交通网络是一个庞大的、复杂的系统，其功能特性和发展演化受到多种因素的共同影响。分析城市轨道交通网络的结构和功能特性对于提高其运营和管理效率具有重要的意义。
　　本文首创性的运用复杂网络理论比较全面地分析了北京城市轨道交通网络的静态结构特性，动态加权结构特性以及轨道交通加权网络的抗毁性。
　　本文以2014年北京市地铁路网为基础，建立起轨道交通网络样本，通过计算度与度分布、平均路径长度、介数等网络统计特性分析了轨道交通网络的静态结构特性。轨道交通网络作为乘客出行的重要载体，其网络特性不仅仅与网络静态拓扑结构有关。为了能够更清晰准确的研究网络的特性，首次在静态网络拓扑的基础上结合了2014年北京地铁路网断面客流信息，通过计算点强度及其分布、节点加权介数、介数与点强度相关性等统计指标分析了网络的动态特性，并将网络动态特性与静态特性做了相应的对比。
　　随着城市轨道交通在公共交通系统中所扮演的角色越来越重要，轨道交通网络在处理日常事件及出现险情的情况下的可靠性及应变能力成为人们关注的焦点。在此背景下，本文通过计算网络效率、最大连通子图的相对大小分析了在面临随机攻击与蓄意攻击情况下网络的抗毁性。首次分析了北京市轨道交通加权网络抗毁性，对比了加权网络与静态网络拓扑在面临蓄意攻击时网络效率的变化情况。此外，首次通过节点加权介数的变化量来模拟站点客流量增加，分析了当网络节点失效后容易遭受“流量攻击”而拥堵导致失效的潜在关键节点。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 复杂网络研究现状

1．2．1 国内外研究综述

1．2．2 在交通网络中的研究现状

1．3 本文研究重点

1．4 本文组织结构

2 复杂网络理论概述

2．1 图论的基本概念

2．2 复杂网络的含义

2．3 复杂网络发展历程

2．4 复杂网络的统计特性

2．4．1 度与度分布

2．4．2 平均路径长度

2．4．3 聚类系数

2．4．4 介数

2．4．5 点强度

2．4．6 度度相关性

2．5 复杂网络的抗毁性指标

2．5．1 网络效率

2．5．2 最大连通子图的相对大小

2．5．3 连通系数

2．6 本章小结

3 北京市轨道交通网络样本获取

3．1 关键技术简介

3．1．1 Hibernate

3．1．2 POI

3．1．3 Dom4j

3．2 功能实现

3．2．1 数据导入

3．2．2 实验数据的查询及生成

3．3 本章小结

4 北京市轨道交通网络特性研究

4．1 北京市轨道交通网络基本统计特征

4．1．1 北京市轨道交通网络度及度分布

4．1．2 北京市轨道交通网络平均路径长度

4．1．3 北京市轨道交通网络聚类系数

4．2 节点度值与吞吐量点强度的统计分布

4．3 介数对点强度的统计分布

4．4 介数对节点度值的统计分布

4．5 北京市轨道交通网络的关联性分析

4．5．1 度度相关性分析

4．5．2 加权相关性分析

4．6 本章小结

5 北京市轨道交通网络抗毁性分析

5．1 随机攻击节点

5．2 选择性攻击节点

5．3 选择性攻击下的级联失效

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 研究展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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