地铁复杂网络的连通脆弱性研究
伴随着科学技术的发展和进步,城市轨道交通系统(地铁系统)正在受到全世界国家的关注。城市轨道交通系统为城市的发展提供动力,也为现代化大都会的发展提供了支撑。因此城市轨道交通系统的可靠性和鲁棒性就显得越来越重要。然而迄今为止,只有少数学者研究过城市轨道交通系统的安全性和可靠性。本文将城市轨道交通系统转换成网络化系统,并对城市轨道交通系统的安全性和可靠性进行初步的研究,如下: 首先,研究了城市轨道交通复杂网络(地铁复杂网络)的个性和共性。通过介绍全世界的城市轨道交通复杂网络,对其本身特征和普遍特征进行了研究。发现城市轨道交通复杂网络节点的平均度分布在区间[2,2.45]上,任意两节点之间的平均最短路径长度大部分集中在区间[10,16]之内,并且节点和边的平均介数与节点总数之间是线性增长关系。同时还发现城市轨道交通复杂网络的枢纽网络具有小世界特性和无标度特性。 其次,本文给出了三种外部攻击规则,并且从两个方面研究了城市轨道交通复杂网络对于攻击的脆弱性,同时从拓扑脆弱性和功能脆弱性这两个方面来评估了系统的脆弱性。通过研究发现,城市轨道交通复杂网络对于最高介数节点攻击具有很大的脆弱性。另外本文还比较分析了不同城市轨道交通复杂网络的脆弱性。 再次,研究了相互依赖的城市轨道交通复杂网络对于外部攻击的脆弱性。通过分析系统本身的特征,构造了结合电力网络和通信网络的电气化城市轨道交通复杂网络的模型,分析了轨道网络对于电力网络故障和通信网络故障所表现出来的脆弱性。通过对网络之间依赖强度的分析,发现轨道网络对电力网络具有强依赖性,对通信网络具有弱依赖性。同时通过仿真得到了电力网络和通信网络的前10个关键节点。 最后,研究了城市轨道交通复杂网络的故障后恢复问题。网络的优化问题是讨论网络故障恢复的基础。本文在对网络进行了优化分析的基础上,从网络节点故障和网络边的故障两个方面研究了网络的故障恢复问题。虽然恢复方案是基于城市轨道复杂网络给出的,但是它们仍具有普遍性,也适用于其他的网络。
轨道交通;复杂网络;连通脆弱性
华中科技大学
博士
系统分析与集成
许晓鸣;陈学广
2012
中文
U231.2
147
2012-12-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）