《關聯基礎設施系統的彈性評估》是依託華中科技大學，由歐陽敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：關聯基礎設施系統的彈性評估
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：歐陽敏
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
基礎設施系統如電力、供水與通信系統等，為社會生產與居民生活提供基本服務，支撐經濟發展並保證人民生活質量。然而，這些系統並非獨立存在，而是相互關聯，使得單個基礎設施內的局部故障不僅會在系統內擴散，還會蔓延至與其關聯的其它系統，對區域乃至整個國家的經濟和人民生活造成嚴重影響。目前，多數研究主要關注關聯基礎設施系統災後連鎖故障過程的建模，忽視了系統恢復過程的建模。兩者的綜合考慮引出了彈性的概念，強調系統對各種危害的抵抗性、適應性以及從破壞中恢復的能力。本課題擬設計關聯基礎設施系統災後連鎖故障過程中系統狀態變化的有效計算方法，建立關聯繫統災後的協調恢復過程模型，進而提出關聯基礎設施系統彈性的評估方法，並以多個實際關聯繫統為案例，驗證並完善彈性評估框架。本項研究不僅能豐富複雜網路、複雜系統的研究方法和內容，還能為我國基礎設施系統的改進與保護提供理論依據，為實現彈性中國打下基礎。
結題摘要
近年來，自然災害頻發，許多學者開展了彈性社區或城市的研究，強調對各類災害的抵抗性、適應性以及恢復能力。基礎設施系統的彈性決定了一個社區或城市面對各種災害的彈性，因為通信、電力、交通等基礎設施影響著受災區域人民的信息獲取、風險意識與生存狀況，以及應急與災後重建資源的分配與調度。然而，這些系統並非獨立存在，而是相互關聯，使得單個基礎設施內的局部故障不僅在系統內擴散，還會蔓延至與其關聯的其它系統，對區域乃至整個國家的經濟和人民生活造成嚴重影響。基於此，項目組在過去三年里開展了關聯基礎設施系統的彈性評估研究，主要研究內容包括：(1) 研究關聯繫統連鎖故障過程中系統狀態變化的有效計算方法，計算災後穩態時的系統狀態與整體性能指標；(2) 研究關聯繫統的協調恢復過程模型，生成系統的性能恢復過程曲線；(3) 基於災後穩態性能指標與性能恢復過程曲線，研究關聯繫統的彈性評估指標與計算方法; (4) 評估不同的實際基礎設施系統的彈性。根據上述研究內容，截止2015年12月31號，共發表SCI收錄期刊論文14篇(10篇標註基金編號，4篇在基金申請過程中發表)，參加國內外學術會議若干次，主要成果包括：（1）提出了採用拓撲結構模型近似基礎設施實際流模型計算災後穩態性能指標的條件，提高了特定條件下關聯繫統連鎖故障過程的計算效率；（2）以電網與天然氣網為例，提出了關聯繫統的協調恢復過程模型，以最小化關聯繫統的整體彈性損失，並給出模型的求解方法；（3）提出了基礎設施系統多維度彈性評估指標及其計算方法；（4）對休斯頓地區的電網，IEEE 57、IEEE 118、IEEE 300電網, 中國鐵路網，以及休斯頓地區的關聯電網與水網，中國的關聯鐵路網與航空網等實際系統，開展了彈性以及彈性相關特性的實證研究。此外，上述研究成果得到了較好的引用，Google Scholar引用249次，1篇ESI 1%高被引論文，同時項目負責人被評為Elsevier發布的“中國高被引學者”中的一員（領域：安全，風險，可靠性和質量）。本項目提出的彈性分析方法一方面能夠對由局部故障可能引發的全局性問題進行預警和預防，從而提高系統對災害的抵抗與適應能力；另一方面能夠對已知危害情形進行彈性分析，從而制定相應的減災方案，提高系統從破壞中恢復的能力。同時，本項目的研究也豐富了複雜網路理論的研究內容和方法，也為複雜系統的彈性研究提供了啟示。
