《基於複雜網路理論的捷運系統脆弱性研究》是依託江蘇師範大學，由張建華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於複雜網路理論的捷運系統脆弱性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張建華
- 依託單位：江蘇師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題以現實的捷運系統為背景，從複雜網路的視角研究捷運系統對於故障的脆弱性，主要的研究內容包括：運用複雜網路理論抽象出捷運軌道網路的拓撲結構，構建相關的概念體系，研究捷運軌道網路的性態，即個性和共性；根據系統科學的思想，運用複雜網路的理論與方法建立網路化的理論模型，構建網路脆弱性指標，從拓撲結構和運輸功能兩個方面分別研究捷運軌道網路的脆弱性；建立相互依賴的捷運網路模型，討論軌道網路與相應的電力網路和通信網路之間的連線埠設計方案，研究網路之間依賴性指標；針對相互依賴的捷運網路，構建其脆弱性研究模型，設計脆弱性指標，研究其對於故障的脆弱性。 本課題運用系統科學和複雜網路的理論方法，搭建捷運系統信息平台，構建研究捷運系統脆弱性的理論方法體系，設計研究方案，討論捷運系統脆弱性的指標，為捷運系統的規劃和建設提供理論方法和工程實踐的支持,具有重要的理論和現實意義。
結題摘要
捷運已經成為現代城市居民日常出行的重要交通工具，是城市系統有效運行的交通基礎。然而，隨著捷運系統在全世界範圍內的快速發展，捷運安全隱患及事故層出不窮，因此，對捷運系統遭受故障後的安全性和脆弱性研究就成為亟待解決的問題。本項目以捷運系統為研究背景，運用複雜網路和系統科學的理論與方法，研究捷運系統對於故障的脆弱性問題。 本項目運用圖理論將捷運系統的站點抽象為圖的節點，將捷運系統的線路抽象為圖的邊，如此抽象出捷運系統的網路化圖形。首先，本項目抽象了捷運網路的樞紐網路，研究了其性態特徵，發現樞紐網路是一個層次網路，存在一個生成節點，並發現樞紐網路兼具小世界特性和無標度特性。其次，本項目運用網路中的網路思想，建立了一種相互依賴的網路脆弱性研究模型，詳細分析了網路之間的依賴性和連線埠設計，研究了相互依賴的捷運系統對於電力和通訊故障的脆弱性問題。我們發現網路之間的依賴強度越大，捷運網路的運輸功能損失越大，並識別了電力網路和通訊網路的關鍵節點。同時，我們提出了互補城市公共運輸系統的脆弱性分析框架及分析方法，並以武漢市的公交系統和捷運系統為例，討論了分析框架及分析方法的有效性。再次，項目組以中國、日本和美國高速鐵路為例，研究了高速鐵路網路對於故障的結構脆弱性問題，發現高速鐵路網路對於惡意故障表現出極強的脆弱性，日本高速鐵路網路具有最好的全局連通性，中國高速鐵路網路具有最好的局部連通性和最高的運輸能力。同時，我們給出了一種交通基礎設施系統在自然災害下的脆弱性分析框架，並以中國鐵路系統為例分析其在洪水災害下的脆弱性，進而提出了降低系統脆弱性的有效方法。第四，項目組以美國西部電網為例，設計了一種負荷局部再分配規則，研究了電力網路對於故障的脆弱性問題。同時，項目組對關聯基礎設施系統的脆弱性問題開展了相關的研究工作。另外，項目組運用非線性混合整數規劃的思想，研究了無標度網路的最優度分布和最優魯棒性問題，對相關最佳化算法進行了分析和研究，並對系統穩定性和系統可視化問題開展了相關的研究工作。 相關研究成果進一步拓展了複雜網路理論與方法的套用領域，為搭建捷運系統的各種信息平台提供理論與方法支持。同時將幫助規劃者和工程師從理論上掌握捷運系統的本質特徵，為規劃和建設捷運系統提供可靠的信息支持，並為研究其他基礎設施系統提供工程實踐的支持。
