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基于复杂网络的高速铁路网络拓扑特征及可靠性研究

张宝运  
【摘要】:高速铁路网的建设是我国铁路网络建设中非常重要的一部分,高速铁路运载能力强、运输速度快、安全性好、运输晚点率低、舒适程度高、能耗低,拥有非常明显的运输优势。高速铁路网络具有其自身的特点,其路网建设、发展以及列车运营管理需要更加优化的规划与管理策略。高速铁路网络的结构基础是路网中的高铁车站与运输线路,而站点与线路之间的关系形成了路网总体的结构特征。通过复杂网络的研究理论,能够有效地研究分析现实中的高速铁路网络并通过所得的结论对网络做出评价,研究其优化策略。本文通过实际运行的高速铁路运营资料,通过计算机软件模拟构建出高速铁路运营网络模型,对网络的拓扑特征、网络可靠性以及网络的优化策略进行了分析研究:(1)运用Excel表格统计分析以及Matlab数学工具软件计算出了复杂网络的相关拓扑特征值,并分析所得计算结果。根据计算结果选出了中国高速铁路运营网络中的重要节点,并基于不同的网络拓扑特性对网络做出评价。其中,基于节点强度以及强度分布的分析得到,中国高速铁路运营网络符合幂律分布,属于服从小世界特性的无标度网络。(2)构建了用以评价复杂网络可靠性的指标,通过网络中节点选择性失效的方法,研究了中国高速铁路运营网络的可靠性。研究结果反映出网络中重要节点对于网络整体可靠性的影响力极大,远大于网络中的一般节点。根据网络可靠性的研究,归纳总结提出了所研究网络的优化策略。这有利于相关管理部门把握中国高速铁路的全局特征,对将来高速铁路网的发展与强化带来的有效的理论支持。


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