一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，构建区域轨道交通系统拓扑网络，进行网络特性研究；以网络效率为系统性能指标对系统弹性进行评价；根据弹性评价结果对节点的重要度进行评价；利用科普兰评分法对节点重要度评价结果进行排序，结果识别出关键节点。本发明专利技术中系统节点重要度评价基于系统弹性分析并结合科普兰评分法，本发明专利技术根据系统动态信息，以全局信息指标设计关键节点重要度计算方法，提高关键节点识别准确性。并解决了多层次、多制式、多模式的区域轨道交通系统一体化、协调运营的需求，为区域轨道交通系统的运营和管理提供安全保障。

【技术实现步骤摘要】
一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法
本专利技术属于轨道交通
，尤其涉及一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法。
技术介绍
区域轨道交通系统由高速铁路、普速铁路、城际铁路、市域快轨、市郊铁路以及城市轨道交通构成，具有综合性、多维度、协同性等特点，其系统的安全运营将直接影响运输能力，中间环节发生故障将会导致连锁反应，或造成大面积的交通瘫痪。同时系统线路长、站点多、易受自然和社会环境影响，安全保障尤为重要。鲁棒但又脆弱已被证实为无标度网络最重要和最基本的特征之一，对复杂网络系统节点重要度进行评价有助于寻找关键节点，并通过对这些关键节点的重点保护以提高整个网络的可靠性。目前的关键节点识别技术将地铁系统和铁路系统分开进行，难以满足多层次、多制式、多模式的区域轨道交通系统运营需求。复杂网络系统的关键节点识别多以静态评价方法为主，忽略了系统的动态信息，关键节点识别的准确度不高。同时，现存的关键节点识别方法以局部信息或者单一指标的全局信息为主，缺乏对系统性能的考虑。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，解决了复杂网络系统中忽略系统动态信息的关键节点识别问题，并提高了关键节点识别的准确性，并实现了区域轨道交通系统一体化运营需求。为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：本方案提供一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，包括以下步骤：S1、构建区域轨道交通系统拓扑网络，进行网络特性分析；S2、根据网络特性分析结果，以网络效率为系统性能指标对系统弹性进行评价；S3、根据弹性评价结果进行节点重要度评价；S4、利用科普兰评分法对节点重要度评价结果中的不确定问题进行排序，并根据排序结果判断节点的科普兰评分是否大于预设的阈值，若是，则识别出关键节点，否则，不作为关键节点，完成对关键节点的识别。本专利技术的有益效果是：本专利技术客观全面地考虑了多制式区域轨道交通系统节点重要度的多种影响因素，根据系统动态信息，以全局信息指标设计关键节点重要度计算方法，提高关键节点识别准确性。并解决了多层次、多制式、多模式的区域轨道交通系统一体化、协调运营的需求，为区域轨道交通系统的运营和管理提供安全保障。进一步地，所述步骤S1中区域轨道交通系统拓扑网络具有无标度网络特性。再进一步地，所述无标度网络特性满足的条件如下：P(k)～αk-γ其中，P(k)表示节点度的分布概率，k表示节点度，α和γ均表示网络幂律分布的回归系数。上述进一步方案的有益效果是：由于无标度网络在随机故障下具有较高的鲁棒性，而在蓄意攻击下具有较高的脆弱性，因此，判断MRRTN是否属于无标度网络是确定其拓扑特性和结构特性的关键。再进一步地，所述步骤S2中网络效率的表达式如下：其中，E表示网络效率，N表示节点个数，dij表示节点i和节点j之间的最短距离。上述进一步方案的有益效果是：MRRTS的弹性定义为节点中断后的连通水平，以及通过适当的修复措施将连通性恢复到可接受水平的能力。网络效率是有效的、可量化的节点连通性指标，能够表现出MRRTS对不同故障的性能响应。再进一步地，所述步骤S2中弹性评价的表达式如下：其中，Re表示系统弹性评价，td表示系统发生故障的时刻，tf表示系统恢复的时刻，E(t)表示在t时刻的网络效率，E0表示无攻击发生时原网络的初始网络效率，th表示系统发生故障到恢复稳定所需的时间，tw表示等待恢复的时间，d表示微分。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术中系统弹性评价描述了系统不同状态的性能状况，能够刻画系统动态信息引起的全局性能变化，为利用动态、全局信息的节点重要度评价提供理论依据与研究基础。再进一步地，所述步骤S3中节点重要度评价的表达式如下：其中，NIM(i)表示以网络效率为系统性能度量指标的节点重要度，E(Q0,Qi(td))表示第i个节点发生故障后的系统效率，max(E(Q0)-E(Q0,Qk(td)))表示系统某一个节点发生故障后对系统效率影响的最大值，表示系统某一节点发生故障后恢复时间的最大值，E(Q0)表示系统未发生故障前的网络初始效率，表示第i个组件恢复从而使整个系统性能恢复到初始状态所需要的时间，td表示系统稳定到系统发生故障之间的时刻。上述进一步方案的有益效果是：对系统中节点进行重要度评价不仅可以预先对关键节点进行保护提高系统稳定性，还可以在发生大规模故障后，优先对关键节点进行检修恢复、节省系统恢复时间。本专利技术利用节点重要度评价得到各节点重要度累积概率分布曲线。再进一步地，所述步骤S4中科普兰评分法的重要度排序模型表达式如下：ql＝(l-1)Δql＝1,2,…,ΩΩ＝(1+Δq)/Δq其中，CSl(i,j)表示百分比ql是节点i对节点j的科普兰得分，且CS0(i,j)＝0，ql(i)和ql(j)分别表示百分比ql对应的第i和第j个节点的重要度，ql表示第l次比较时的百分比，Δq表示百分比间隔，Ω表示比较总数。再进一步地，所述步骤S4中节点的科普兰评分表达式如下：其中，CS(i)表示第i个节点的总科普兰得分，CSΩ(i,j)表示Ω空间内节点i对节点j的科普兰得分。上述进一步方案的有益效果是：针对MRRTS中节点重要度的不确定问题，采用科普兰评分法对其进行排序。基于科普兰评分法的重要度排序不要求任何有关决策者偏好的信息，只需要两两比较系统中不同节点重要度的累积概率分布曲线，然后统计每个节点击败其他节点的次数，即可得到准确的节点重要度顺序。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为本实施例中系统弹性及弹性损失三角形的图形表示示意图。图3为本实施例中MRRTN的弹性与弹性损失三角形表示示意图。图4为本实施例中成都MRRTN拓扑网络及关键节点位置图。图5为本实施例中MRRTN节点度k与分布概率P(k)的线性拟合示意图。图6为本实施例中不同故障下MRRTN与URTN的鲁棒性对比示意图。图7为本实施例中排名前10的节点重要度累积概率分布曲线示意图。图8为本实施例中节点重要度排名前10的节点科普兰评分示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。实施例1如图1所示，本专利技术提供了一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，其实现方法如下：S1、构建区域轨道交通系统拓扑网络，进行网络特性分析；S2、根据网络特性分析结果，以网络效率为系统性能指标对系统弹性进行评价本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、构建区域轨道交通系统拓扑网络，进行网络特性分析；/nS2、根据网络特性分析结果，以网络效率为系统性能指标对系统弹性进行评价；/nS3、根据弹性评价结果进行节点重要度评价；/nS4、利用科普兰评分法对节点重要度评价结果中的不确定问题进行排序，并根据排序结果判断节点的科普兰评分是否大于预设的阈值，若是，则识别出关键节点，否则，不作为关键节点，完成对关键节点的识别。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建区域轨道交通系统拓扑网络，进行网络特性分析；
S2、根据网络特性分析结果，以网络效率为系统性能指标对系统弹性进行评价；
S3、根据弹性评价结果进行节点重要度评价；
S4、利用科普兰评分法对节点重要度评价结果中的不确定问题进行排序，并根据排序结果判断节点的科普兰评分是否大于预设的阈值，若是，则识别出关键节点，否则，不作为关键节点，完成对关键节点的识别。


2.根据权利要求1所述的基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，其特征在于，所述步骤S1中区域轨道交通系统拓扑网络具有无标度网络特性。


3.根据权利要求2所述的基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，其特征在于，所述无标度网络特性满足的条件如下：
P(k)～αk-γ
其中，P(k)表示节点度的分布概率，k表示节点度，α和γ均表示网络幂律分布的回归系数。


4.根据权利要求1所述的基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，其特征在于，所述步骤S2中网络效率的表达式如下：



其中，E表示网络效率，N表示节点个数，dij表示节点i和节点j之间的最短距离。


5.根据权利要求1所述的基于系统弹性的区域轨道交通关键节点识别方法，其特征在于，所述步骤S2中系统弹性的表达式如下：



其中，Re表示系统弹性，td表示系统发生故障的时刻，tf表示系统恢复的时刻，E(t)表示在t时刻的网络效率，E0表示无攻击发生时原网络的初始网...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠艳妮，李宗平，李向蔚，陈宇帆，曹力文，任康，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51