基于复杂网络理论的铁路编组站脆弱性分析

摘要

编组站作为我国铁路网的基层生产单位，是铁路网上重要的车流集散地和交通枢纽。编组站布局对改善整个路网的车流组织态势、保证铁路货物运输畅通起着决定性的影响，对铁路运输业的可持续发展具有十分重要的作用。由此可见，编组站的脆弱性关系到整个铁路网的稳定，影响着车流组织与效益，因此编组站脆弱性分析研究对于发现铁路运输系统中的薄弱环节、优化我国的路网布局规划具有非常重要的意义。
　　本文在借鉴国内外研究成果的基础上，结合我国铁路的运输组织特点及未来的发展方向，运用复杂网络理论对铁路货运网上40个部控编组站进行脆弱性分析。本文的主要研究工作及创新点包括：
　　1.运用复杂网络的相关原理对我国铁路网编组站的布局特性进行了测算分析。构建了铁路货运地理网与铁路货运车流网两个网络模型，测算分析了编组站的度、介数、度与介数的相关性；聚类系数和富人集团系数，并得出了相关结论。
　　2.定义了编组站在地理网上的重要性，从编组站重要性这个侧面来分析编组站的脆弱性，将编组站在货运地理网上的度、介数和接近度选作编组站重要性的评价指标，然后运用层次分析法求得编组站的重要性及其排序结果，并结合实际路网来解释相关结论。
　　3.以铁路网功效性为基础严格定义编组站的脆弱性，从方法与结论两个方向将基于拓扑网络的脆弱性与基于权重网络的脆弱性进行对比分析，确定后者为编组站的脆弱性表述方式，最后将编组站脆弱性与编组站重要性在测算方法与结果上进行对比分析，得到编组站脆弱性与编组站重要性是正相关的，说明了编组站脆弱性与重要性保持一致性，从而也论证了用编组站的重要性来分析编组站脆弱性的合理性。
　　4.提出一种间接反映编组站脆弱性的定性方法。基于网络结构熵的编组站脆弱性分析方法更加细致地表现出网络中具有不同统计属性的编组站脆弱性的区别，同时也证明了基于介数的网络结构熵比基于度的网络结构熵在分析评价网络节点的脆弱性时更加优越。