收藏本站
《华中科技大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基础设施网络中灾害扩散与控制研究

毛子骏  
【摘要】: 相互关联的基础设施网络系统是现代社会赖以生存维系的基石,而近年来以“911”恐怖袭击、卡特里娜飓风为代表的各类人为或自然灾害频繁爆发并在基础设施网络中扩散造成严重影响。以美国总统关键设施保护委员会为代表的众多权威机构提出应大力开展基础设施网络中灾害扩散与控制问题的研究,这既是国家安全的现实需要,也具有重要的实际应用价值。 本文从单一基础设施网络的研究入手,以基础设施网络的关联关系为重点,以华中地区某主要城市中供电、供水网络组成的关联基础设施网络为案例,以2008年我国爆发的冰雪灾害为背景,建立关联基础设施网络模型,分析了蓄意攻击灾害与自然灾害在基础设施网络中的扩散情形,从基础设施网络内部负载调节与外部资源调度的角度设计了各种灾害控制策略,并通过仿真的方法对灾害扩散影响与灾害控制效果进行了讨论。主要内容为: (1)以华中地区某主要城市的供水、供电网络为案例,分别从结构和功能两个方面分析了灾害在基础设施网络中的扩散与控制问题。发现该市电网具有较高簇聚系数与较短平均路径,且对蓄意攻击抵抗能力较差对随机攻击抵抗能力较好;该市水网具有较小簇聚系数与较短平均路径,且对随机攻击与蓄意攻击都没有较好的抵抗能力。随后建立了该市供电网络的功能负载模型,针对三种灾害类型设计了三种节点容量的控制策略,通过仿真发现优先攻击大负载节点的灾害扩散影响最为严重,优先增加大负载节点容量的控制策略效果最优。最后提出了一种基于节点负载状况的节点修复策略,并利用仿真验证了该策略的有效性。 (2)结合单一基础设施网络的运转特性及网络间关联关系的特点提出了一种关联基础设施网络研究模型。与目前研究中采用的Agent、投入产出、系统动力学等模型相比,该模型能更好的从基础设施网络结构及其运转负载的角度分析灾害扩散对基础设施网络性能的影响。在本文后继研究中,通过应用该模型分析蓄意攻击灾害与自然灾害在关联基础设施网络中的扩散与控制问题验证了该模型的有效性。 (3)提出应对关联基础设施网络中蓄意攻击灾害的关键就是找准网络中的重要节点。围绕这个问题,提出了一种基于基础设施网络损失代价函数的重要节点判别方法,发现基础设施网络间关联关系的建立不仅会放大灾害的扩散影响,还会改变基础设施网络内重要节点的排序。基于此,提出了一种基于节点度及网络间关联关系的重要节点搜索方法,通过仿真检验发现该方法能很好地缩小搜索范围。最后从控制节点攻击风险的角度给出了一种节点保护资源的分配策略并分析了该策略的有效性。 (4)提出了一套分析自然灾害在关联基础设施网络中扩散与控制问题的方法,以华中地区某主要城市2008年遭遇的冰雪灾害为例,验证了该方法的有效性。设计仿真实验模拟了冰雪灾害的扩散过程,发现灾害在网络间的关联扩散给基础设施网络造成了更大的损失。从基础设施网络损失与服务需求满足的角度,对灾害发生后关联基础设施网络的四种负载调整策略进行了仿真分析,发现以本网络损失代价最小为目标的负载调整策略对灾害的控制效果最差,而优先考虑网络关联关系的负载调整策略效果最优。最后从利用外界救灾资源来控制灾害扩散的角度提出了三种救灾资源的分配策略,并通过仿真分析了各种策略的有效性,发现优先修复重要关联节点的策略效果最优。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O233

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李玉龙;宋砚秋;李桂君;石晓航;;基于最小费用的基础设施承载能力优化配置二阶段规划方法[J];工程管理学报;2012年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杜方;复杂网络系统间相似性识别及其应用[D];浙江大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 孟仲伟,鲁宗相,宋靖雁;中美电网的小世界拓扑模型比较分析[J];电力系统自动化;2004年15期
2 赵彦;姜虹羽;刘燕;;南方冰雪灾害中输电电网破坏的原因及对策研究[J];防灾科技学院学报;2008年02期
3 赵金山,狄增如,王大辉;北京市公共汽车交通网络几何性质的实证研究[J];复杂系统与复杂性科学;2005年02期
4 赵伟;何红生;林中材;杨孔庆;;中国铁路客运网网络性质的研究[J];物理学报;2006年08期
5 刘宏鲲;周涛;;中国城市航空网络的实证研究与分析[J];物理学报;2007年01期
6 张勇;杨晓光;;城市路网的复杂网络特性及可靠性仿真分析[J];系统仿真学报;2008年02期
7 常鸣;马寿峰;;我国大城市公交网络结构的实证研究[J];系统工程学报;2007年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李志刚;;基于可计算一般均衡模型的农业政策模拟研究[J];安徽农业科学;2012年16期
2 王伟;刘军;蒋熙;王莹;;中国铁路网的拓扑特性[J];北京交通大学学报;2010年03期
3 田亚明;林柏梁;;中国铁路货运网编组站布局特性[J];北京交通大学学报;2011年03期
4 张世伟;基于主体的宏观经济微观模拟模型[J];财经科学;2004年01期
5 张世伟;冯娟;;经济增长与收入差距:一个基于主体的经济模拟途径[J];财经科学;2007年01期
6 周海平;蔡绍洪;;一类新旧节点同时演化的混合网络模型[J];东北师大学报(自然科学版);2011年02期
7 卢明富;梅生伟;;小世界电网生长演化模型及其潮流特性分析[J];电工电能新技术;2010年01期
8 陈晓刚;孙可;曹一家;;基于复杂网络理论的大电网结构脆弱性分析[J];电工技术学报;2007年10期
9 魏震波;刘俊勇;朱国俊;朱康;刘友波;王民昆;;基于可靠性加权拓扑模型下的电网脆弱性评估模型[J];电工技术学报;2010年08期
10 张娟;张瀚青;;Kaixin001 Network with Random Hierarchical Model[J];Journal of Donghua University(English Edition);2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;On the Topological Characteristics of Power Grids with Distributed Generation[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 郑新奇;苏艳军;杨光;王淑晴;;城市道路网络复杂性的研究方法——空间句法与复杂网络模型的集成分析[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
3 ;Complex Characteristic Analysis of Passenger Train Flow Network[A];Proceedings of 2010 Chinese Control and Decision Conference[C];2010年
4 ;Spatial Structural Characteristics of Chinese Railway Passenger Network Based on Complex Network Theory[A];2011年全国电子信息技术与应用学术会议论文集[C];2011年
5 叶立国;;生态学的后现代意蕴[A];山西大学2008年全国博士生学术论坛(科学技术哲学)[C];2008年
6 李再华;白晓民;;大型电网运行可靠性理论及其应用综述[A];2006电力系统自动化学术交流研讨大会论文集[C];2006年
7 王文旭;汪秉宏;严刚;胡波;;双向吸引可调正负相关含权网络模型(英文)[A];第二届全国复杂动态网络学术论坛论文集[C];2005年
8 方锦清;汪小帆;郑志刚;;非线性网络的动力学复杂性研究的进展概况[A];第四届全国网络科学学术论坛暨研究生暑期学校论文集[C];2008年
9 徐林;谢绍宇;王秀丽;;复杂电网可靠性分析方法概述(上)——经典模型和现代微观模型[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集(上册)[C];2008年
10 王耀文;武志刚;侯冠基;张尧;周二专;;基于InterPSS网格计算的新型电力系统级联故障仿真分析方法[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋国银;基于集成模拟的电子商务协同工作机制研究[D];华中科技大学;2010年
2 胡进;复杂网络上的博弈及其在通信网络资源管理中的应用[D];华中科技大学;2010年
3 王英英;基于事故链的电力系统连锁故障风险评估与预防控制研究[D];华中科技大学;2010年
4 杜文博;面向航空交通系统的复杂网络与网络动力学研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 于群;电力系统大停电的自组织临界特性研究[D];中国电力科学研究院;2010年
6 毕贵红;固体废物综合管理系统演化与调控模型研究[D];昆明理工大学;2008年
7 石艳丽;基于复杂适应系统的我国石油开发政策模拟与仿真[D];中国地质大学(北京);2011年
8 王伟;铁路网抗毁性分析与研究[D];北京交通大学;2011年
9 王博;复杂电力系统安全风险及脆弱性评估方法研究[D];华中科技大学;2011年
10 邹玉堂;造船供应链超网络优化问题研究[D];大连海事大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 柴元;链式与树状网络的时空混沌同步研究[D];辽宁师范大学;2010年
2 张胜虎;基于复杂网络的南昌市公交网络优化研究[D];南昌大学;2010年
3 谢凯;基于复杂网络的我国通信行业创新能力研究[D];武汉理工大学;2010年
4 孙燕;边界路由生态防御技术研究[D];石家庄铁道学院;2010年
5 张瀚青;基于SNS社交网络的模型及其拓扑分析[D];东华大学;2011年
6 徐珊;基于复杂网络的国际石油贸易网络研究[D];中国地质大学(北京);2011年
7 肖盛;基于风险理论的电网脆弱性评估[D];华北电力大学(北京);2011年
8 杨扬;北京市公共交通网络复杂性分析[D];北京交通大学;2011年
9 刘小霞;城市轨道交通网络突发客流传播影响分析[D];北京交通大学;2011年
10 沙峰;电网连锁故障的相关问题分析[D];华北电力大学(北京);2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张桥平,李德仁,龚健雅;地图合并技术[J];测绘通报;2001年07期
2 陈玉敏;龚健雅;史文中;;多尺度道路网的距离匹配算法研究[J];测绘学报;2007年01期
3 赵楠;申俊利;贾丽静;;北京市基础设施承载力指数与承载状态实证研究[J];城市发展研究;2009年04期
4 甘德强,胡江溢,韩祯祥;2003年国际若干停电事故思考[J];电力系统自动化;2004年03期
5 曹一家,江全元,丁理杰;电力系统大停电的自组织临界现象[J];电网技术;2005年15期
6 费月升;王要武;;多方参与城市基础设施供给条件下政府激励措施仿真研究[J];工程管理学报;2010年01期
7 马建;滕弘飞;孙治国;杨宏宇;;图形匹配问题[J];计算机科学;2001年04期
8 毛子骏;费奇;欧阳敏;洪流;;关联基础设施网络模型研究综述[J];计算机科学;2009年03期
9 陈关荣;;复杂网络及其新近研究进展简介[J];力学进展;2008年06期
10 邹潇湘;戴琼;;图同构中的一类顶点细分方法[J];软件学报;2007年02期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 梁治;蛋白质相互作用网络的比较生物学分析及其应用[D];中国科学技术大学;2006年
2 宣琦;基于复杂网络理论的复杂调度问题求解方法研究[D];浙江大学;2008年
3 欧阳敏;复杂系统崩溃过程的分析与控制[D];华中科技大学;2009年
4 王磊;复杂动态网络系统的同步控制研究[D];浙江大学;2009年
5 俞峰;复杂动态随机网络最短路径问题研究[D];浙江大学;2009年
6 唐文静;海陆地理空间矢量数据融合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 黄强;王家红;欧名勇;;2005年湖南电网冰灾事故分析及其应对措施[J];电网技术;2005年24期
2 师桂兰,邓卫,葛亮;基于平均换乘的城市公交线网性能评价[J];洛阳大学学报;2003年04期
3 薛郁,董力耘,戴世强;一种改进的一维元胞自动机交通流模型及减速概率的影响[J];物理学报;2001年03期
4 王雷,汪秉宏;决定论性逐步加速交通流模型的渐近稳态行为[J];物理学报;1999年05期
5 周涛,柏文洁,汪秉宏,刘之景,严钢;复杂网络研究概述[J];物理;2005年01期
6 车宏安,顾基发;无标度网络及其系统科学意义[J];系统工程理论与实践;2004年04期
7 吕金虎;复杂动力网络的数学模型与同步准则[J];系统工程理论与实践;2004年04期
【相似文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 童明荣;城市物流系统规划研究[D];南京理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 谭翔;重庆“一小时经济圈”基础设施网络化模式研究[D];重庆大学;2008年
中国知网广告投放
相关机构
>重庆大学
>南京理工大学
相关作者
>童明荣 >谭翔
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026