基于灾害蔓延理论的城市轨道交通网络级联失效研究

摘要

随着中国现代化、城市化的发展，城市轨道交通在许多城市中迅速发展，已成为城市交通的重要组成部分，每日承担着大量的城市居民出行任务。然而由于居民对轨道交通的依赖，客流量越来越大，因此保证轨道交通安全有效运行是不容忽视的重要问题。城市轨道交通网络中的个别节点失效可能会引起网络中其他节点的大规模拥堵，即城市轨道交通网络上存在级联失效行为，失效的影响将在交通网络中蔓延。因此研究城市轨道交通网络上的级联失效动力学模型具有重要意义。　　本文首先对国内外复杂网络理论、级联失效行为等研究现状进行总结，分析了城市轨道交通网络特性，并提出了城市轨道交通网络上发生级联失效的必要条件。　　其次，基于地理空间信息和出行时间成本建立轨道交通的加权网络，考虑客流拥堵对出行时间的影响，定义出行时间费用的计算方法，构建了城市轨道交通网络上最短路径的计算模型。　　然后基于灾害蔓延理论，考虑自修复机制和蔓延机制综合作用，构建了城市轨道交通网络上的级联失效动力学模型，描述网络中节点失效后在网络中蔓延的时间演化过程，基于此分析网络中级联失效规模与初始失效节点类型、节点自修复能力的关联。　　最后，利用成都地铁网络及客流数据对所建立的级联失效模型进行仿真试验，试验证明城市轨道交通网络级联失效规模与初始失效节点的类型密切关联，与节点自修复能力负相关。所建立的模型能够有效模拟城市轨道交通网络上的级联失效行为。

目录

声明

第 1 章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2研究现状

1.2.1 轨道交通网络

1.2.2 级联失效行为

1.2.3 普适性灾害蔓延动力学模型

1.2.4 研究现状总结

1.3研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第 2 章城市轨道交通复杂网络基础理论

2.1 复杂网络理论

2.1.1 复杂网络定义

2.1.2 城市轨道交通复杂网络基本统计特征

2.2 城市轨道交通网络特征

2.3 城市轨道交通网络上级联失效必要条件

2.4 本章小结

第 3 章轨道交通网络最短路径模型与算法

3.1 城市轨道交通网络模型构建

3.1.1城市轨道交通拓扑结构网络

3.1.2城市轨道交通加权网络

3.1.3考虑乘客换乘和列车折返的城市轨道网络模型

3.2拥堵影响下的最短路径定义

3.3 最短路径算法

3.4 考虑拥堵影响的路径费用

3.5 节点失效后的客流分类

3.6 本章小结

第 4 章轨道交通网络级联失效模型

4.1 适用性分析

4.2 城市轨道交通网络级联失效特征

4.3 灾害蔓延动力学建模

4.3.1模型的假设

4.3.2 模型的建立

4.4 模型特征分析

4.4.1 基于灾害蔓延理论的城市轨道交通网络级联失效特征

4.4.2 模型参数影响特征

4.5级联失效模型过程描述

4.6 影响网络级联失效的资源分配策略

4.7 本章小结

第 5 章实例分析

5.1 成都地铁网络基本信息

5.1.1 成都地铁网络现状介绍

5.1.2 成都地铁客流特性

5.1.3 成都地铁数据获取

5.2 计算结果分析

5.2.1 模型计算结果

5.2.2 模型参数对级联失效的影响分析

5.3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果