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基于复杂网络理论的我国高速铁路网络抗毁性研究

刘美玲  
【摘要】:随着我国高速铁路飞速发展,高铁网络不断完善,高速铁路在保障国民出行、促进社会经济平稳发展中发挥着越来越重要的作用。稳定可靠的高速铁路网络对我国居民日常出行、物资运输具有重要的意义。由于铁路内部故障或不可抗力因素,导致我国高速铁路网络部分线路中断、部分站点暂停运营的事故时有发生,对我国高速铁路网络的服务能力造成不同程度的影响。为保障我国高速铁路网络平稳运行,积极应对高铁网络故障,本文运用复杂网络方面的基础理论与方法,从多个角度对我国高速铁路网络抗毁性进行了深入的研究。首先,分析了我国高速铁路网络结构,构建了包含208个节点、336条边的高速铁路网络拓扑模型,并对网络的各项静态特征进行计算分析,发现我国高速铁路网络既不具有无标度特性,也不具有明显的小世界特性。其次,提出了我国高速铁路网络抗毁性定义,设计了可达节点对比例、集聚系数、网络效率、平均路径长度、最大连通子图相对大小5种抗毁性测度,选择随机攻击、初始度攻击、初始介数攻击、重新计算的初始度攻击和重新计算的初始介数攻击5种攻击策略,在此基础上构建了我国高速铁路网络抗毁性评估模型。然后,运用MATLAB软件对我国高速铁路网络抗毁性进行了仿真研究,研究内容及结论包括以下三个方面。一是研究不同攻击策略下随着失效节点或边不断增多,我国高速铁路网络各项抗毁性测度的变化,研究发现:随机攻击策略下,网络的抗毁性能较好,当移除30%的节点或边时,网络的抗毁性能仍保持较高的水平;在选择攻击策略下,网络的抗毁性能较差,当移除10%的节点或边时,网络的抗毁性能急剧下降。二是研究了我国高速铁路网中单个节点和边失效对网络抗毁性能的影响,研究发现:影响我国高速铁路网络连通抗毁性和效能抗毁性的关键节点和关键边。三是研究不同加边策略下我国高速铁路网络的抗毁性仿真评估,研究发现:通过对网络进行加边,能够有效提升我国高速铁路网络抗毁性,最小度之和加边策略对我国高速铁路网络抗毁性效果最显著。最后,在各项仿真研究的基础上,从现有网络防护和优化网络结构两个方面提出了我国高速铁路网络抗毁性优化的措施。


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