一种基于结构与功能的城市轨道交通网络抗毁性评价方法技术

本发明专利技术提供了一种基于结构与功能的城市轨道交通网络抗毁性的评价方法，包括：首先，基于城市轨道交通网络的结构与功能将城市轨道交通网络的最大连通度、运输效率和抗毁熵作为评价指标。然后，通过建模与仿真方法评价城市轨道交通网络的抗毁性，利用Space L方法建立城市轨道交通网络模型，针对不同攻击策略仿真情景，计算抗毁性评价指标。最后，通过对比分析抗毁性评价指标，得出城市轨道交通网络抗毁性评价结论。本方法对辨析现有城市轨道交通网络运营的性能有益，能够加强城市轨道交通网络的安全运营管理，可以推动加强城市轨道交通网络安全建设，从根本上降低事故发生带来的后果的严重程度，从而保障城市轨道交通网络高效运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构与功能的城市轨道交通网络抗毁性评价方法


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通网络安全分析
，尤其涉及一种基于结构与功能的城市轨道交通网络抗毁性的评价方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通因其运量大、准点率高、速度快等优点满足了大量乘客的需求，得到飞速的发展。城市轨道交通运输网络是一个大型的复杂网络，其稳定运行对保障城市的有序、高效运转起到关键作用。在实际的轨道交通网络中，自然灾害、暴雨等极端天气、运营设备损坏或突发的大客流会造成某些站点失效或断面中断运行，对出行者的出行效率产生影响。因此，衡量城市轨道交通网络抗毁性的重要理论意义与应用价值日益凸显，网络抗毁性能的准确评价、提前预判对保障城市轨道交通网络的正常运行有着重要的意义。现有针对轨道交通网络抗毁性的研究主要集中在以下两个方面：
[0003](1)通过研究城市轨道交通网络的拓扑结构特性来分析网络的抗毁性。Latora和Marchiori计算了波士顿地铁网络的神经网络的全局和局部效率的指标，研究结果表明波士顿地铁网络的容错性较低：如果一个站被关闭，相邻站也会受到影响失去连接，加速了网络效率下降的速度。Latora和Marchiori在评价网络节点或线路重要度时，使用网络效率指标计算节点或线路移除后网络效率的下降程度。Wu等将北京地铁网络抽象化，线路的起点站和终点站表示为节点，连接起讫点的线路表示为弧，研究结果表明北京地铁网络具有小世界网络特性，对重要节点充分保护将对突发事件表现出较强的抗毁性。叶青采用无权静态网络效率等指标，研究重庆市地铁网络拓扑结构脆弱性，发现蓄意攻击对地铁网络效率影响巨大。刘志谦等通过聚类系数、平均路径长度等指标，研究了广州地铁网络换乘车站故障对网络可靠性的影响，发现换乘车站故障严重影响出行距离较长的乘客。秦孝敏采用熵权法得出网络效率等不同指标的权重，加权后的指标为最终可靠性评价指标，并利用该指标衡量了重庆市轨道交通网络的可靠性，识别网络中可靠性较低的站点。丁小兵通过节点间连通性概率、连通效率指标衡量上海轨道交通网络遭受攻击后的连通可靠性变化。
[0004](2)通过研究其承载的交通功能来分析网络抗毁性的影响。Sun等利用网络故障时受影响客流作为指标权重，构建网络脆弱性评价模型，并衡量了上海地铁网络不同线路的脆弱性。Shimamoto采用车站容量满意度系数的概念，提出用于分析伦敦地铁网络抗毁性及确定其关键线路及站点的函数。沈犁等首先测度地铁
‑
公交复合网络在不同袭击模式下的静态抗毁性，以评判复合网络中节点与连边的重要度，然后通过对受阻客流在复合网络中传播性的分析，评判复合网络中地铁线路与沿线公交线路应急协调能力的匹配度。刘杰等建立武汉轨道交通网络模型，同时基于出行费用将地铁乘客划分为3种类型，将网络故障前后受影响的乘客数量作为指标衡量网络可靠性变化。陈峰等以北京市轨道交通OD客流为权重，利用网络平均最短路径、网络效率等指标，衡量了有权网络在故障发生后的网络可靠性变化。刘朝阳等利用网络效率指标衡量了北京地铁拓扑结构网络的级联失效过程抗毁性变化，发现地铁具有网络蓄意攻击下抗毁性弱，随机攻击抗毁性较强的特点。黄爱玲将实际客
流权重作为参数引入耦合映像格子CML模型，通过建立北京市轨道交通网络模型，探索了客流权重对网络级联失效过程的影响。朱岩等基于耦合映像格子CML模型，构建上海轨道交通网络动力学模型及客流加权可靠性评价指标，衡量级联失效过程中的网络客流加权可靠性变化情况。
[0005]通过对国内外相关文献的总结，将现有城市轨道交通网络抗毁性研究的局限性总结如下：在城市轨道交通网络的抗毁性研究中，大多数研究仅针对网络结构或网络承载交通功能进行抗毁性分析，将网络结构与承载交通功能相结合用来评价城市轨道交通网络结构抗毁性的研究还有待深入。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于结构与功能的城市轨道交通网络抗毁性评价方法，该评价方法首先建立了基于结构与功能的抗毁性评价指标，然后基于建模与仿真对城市轨道交通网络的抗毁性进行评价。该方法对辨析现有城市轨道交通网络运营性能有益，能够加强城市轨道交通网络的安全运营管理。
[0007]一种基于结构与功能的城市轨道交通网络的抗毁性评价方法，包括：
[0008](1)建立考虑结构与功能的城市轨道交通网络抗毁性评价指标；
[0009](2)基于建模和仿真方法进行城市轨道交通网络抗毁性评价。
[0010]进一步地，所述城市轨道交通网络抗毁性评价指标，包括城市轨道交通网络最大连通度S(G
M
)：
[0011]所述城市轨道交通网络最大连通度S(G
M
)为最大连通子图中节点数目与网络中所有点数目的比值，最大连通子图是网络中所有节点用最少的边连接起来的子图；
[0012][0013]式中：
[0014]S(G
M
)——城市轨道交通网络最大连通度；
[0015]G
M
——城市轨道交通网络；
[0016]m——城市轨道交通网络最大连通子图的节点数量；
[0017]n——城市轨道交通网络中的节点数量。
[0018]进一步地，所述城市轨道交通网络抗毁性评价指标，还包括城市轨道交通网络运输效率E：
[0019]所述城市轨道交通网络运输效率E用网络效率衡量，以网络中所有节点对之间距离的倒数表示：
[0020][0021][0022]式中：
[0023]D——城市轨道交通网络的平均路径长度；
[0024]E——城市轨道交通网络运输效率；
[0025]i,j——城市轨道交通网络的节点
[0026]——城市轨道交通网络节点的距离。
[0027]进一步地，所述城市轨道交通网络抗毁性评价指标，还包括城市轨道交通网络抗毁熵H：
[0028]所述城市轨道交通网络抗毁熵H用以衡量网络中各节点抗毁度W
i
分布的差异性，节点抗毁度W
i
是节点的乘客介数中心性与所有节点的乘客介数中心性的比值，乘客介数中心性PBC
i
是通过节点的乘客数量与所有乘客数量的比值；
[0029][0030][0031][0032]式中：
[0033]H——城市轨道交通网络抗毁熵；
[0034]W
i
——城市轨道交通网络节点的抗毁度；
[0035]PBC
i
——节点的乘客介数中心性；
[0036]k——城市轨道交通网络的节点
[0037]f
jk
——从节点到节点的所有乘客数量；
[0038]——所有乘客f
jk
中通过节点的乘客数量；
[0039]V
M
——城市轨道交通网络节点集合。
[0040]进一步地，所述基于建模与仿真方法进行城市轨道交通网络抗毁性评价，具体内容如下：
[0041](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构与功能的城市轨道交通网络的抗毁性评价方法，其特征在于，包括：(1)建立考虑结构与功能的城市轨道交通网络抗毁性评价指标；(2)基于建模和仿真方法进行城市轨道交通网络抗毁性评价。2.根据权利要求1所述的一种基于结构与功能的城市轨道交通网络的抗毁性评价方法，其特征在于：所述城市轨道交通网络抗毁性评价指标，包括城市轨道交通网络最大连通度S(G
M
)：所述城市轨道交通网络最大连通度S(G
M
)为最大连通子图中节点数目与网络中所有点数目的比值，最大连通子图是网络中所有节点用最少的边连接起来的子图；式中：S(G
M
)——城市轨道交通网络最大连通度；G
M
——城市轨道交通网络；m——城市轨道交通网络最大连通子图的节点数量；n——城市轨道交通网络中的节点数量。3.根据权利要求2所述的一种基于结构与功能的城市轨道交通网络的抗毁性评价方法，其特征在于：所述城市轨道交通网络抗毁性评价指标，还包括城市轨道交通网络运输效率E：所述城市轨道交通网络运输效率E用网络效率衡量，以网络中所有节点对之间距离的倒数表示：倒数表示：式中：D——城市轨道交通网络的平均路径长度；E——城市轨道交通网络运输效率；i,j——城市轨道交通网络的节点i,j——城市轨道交通网络的节点——城市轨道交通网络节点的距离。4.根据权利要求3所述的一种基于结构与功能的城市轨道交通网络的抗毁性评价方法，其特征在于：所述城市轨道交通网络抗毁性评价指标，还包括城市轨道交通网络抗毁熵H：所述城市轨道交通网络抗毁熵H用以衡量网络中各节点抗毁度W
i
分布的差异性，节点抗毁度W
i
是节点的乘客介数中心性与所有节点的乘客介数中心性的比值，乘客介数中心性PBC
i
是通过节点的乘客数量与所有乘客数量的比值；
式中：H——城市轨道交通网络抗毁熵；W
i
——城市轨道交通网络节点的抗毁度；PBC
i
——节点的乘客介数中心性；k——城市轨道交通网络的节点f
jk
——从节点到节点的所有乘客数量；——所有乘客f
jk
中通过节点的乘客数量；V
M
——城市轨道交通网络节点集合。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗清玉，高婷婷，贾洪飞，杨丽丽，吴文静，肖乔云，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：