铁路运输系统的网络模型及其抗毁性研究
铁路运输系统是国民经济的大动脉，承担着全国大部分的旅客和货物运输工作，其可靠性直接关系着社会经济的快速发展和人们生活的有序进行。近年来，铁路运输系统多次受到了自然灾害的破坏，对其可靠性带去了极大的挑战。随着铁路网路的规模不断扩大，其拓扑结构越来越复杂，基于复杂网络理论对其拓扑结构与其抗毁性的关系进行研究就显得更加的重要。本文以复杂网络知识为理论基础，综合运用概率论、统计物理、计算机仿真等学科领域知识，围绕“如何提高铁路运输网络抗毁性”这一问题，结合铁路运输网络自身的特点，研究了基于双网络的铁路运输系统站点重要度评估、基于负载容量模型的加权铁路运输网络级联失效等问题。本文主要的研究成果如下： (1)为分析以往建立的铁路网络模型的特点，以南昌站为中心建立了三个小型的铁路网模型，并给出了它们的邻接矩阵。接着对评估节点重要度的测度进行分析，且指出了它们的不足之处。最后对以往所建立的级联失效模型以及网络抗毁性测度进行了分析，为后文对铁路网络的抗毁性分析奠定了理论基础。 (2)为定量评估铁路运输系统的站点重要度，首先提出了加权铁路客运二分网络模型，模型综合考虑了系统中列车与站点的连接关系和不同类型列车之间运输量的差异，基于该网络模型，提出了一种资源分配算法，并得出站点之间资源相互分配矩阵。同时，建立了铁路客运换乘网络模型，基于该网络模型定义站点效率。最后，结合站点效率和资源相互分配矩阵，建立了铁路运输系统站点重要度评价矩阵，该矩阵综合考虑了站点的效率、度和相邻站点重要度贡献，用站点分配给其相邻站点的资源占其所有资源的比值表征对其相邻站点重要度的贡献，并给出了整个过程的算法步骤，其时间复杂度为2O(m n)。实验分析表明通过该矩阵可以有效评估系统中站点的重要度。 (3)针对以往对铁路网抗毁性研究没有考虑网络的级联失效对网络抗毁性的影响以及以往的级联失效模型不能直接适用于铁路网级联失效过程的问题，提出了一种基于级联失效对加权铁路网的抗毁性研究的方法。该级联失效模型综合考虑了客流重分配时客流会考虑站点的邻接站点的剩余容量和该站点与邻接站点的连接权值。基于ER随机网络、NW小世界网络和BA无标度网络这三种经典网络和实际加权铁路换乘网，对网络的抗毁性进行了分析，找到了一组可以使铁路网络达到最强抗毁性且临界成本最小的参数。
铁路运输系统;网络模型;抗毁性;拓扑结构
华东交通大学
硕士
控制科学与工程
陈世明
2015
中文
O157.5;U29
51
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）