城市关键基础设施系统关联异动脆弱性评估

针对城市关键基础设施系统(Critical Infrastructure System,CIS)内部复杂的关联关系,提出一种以关联异动为驱动的脆弱性评估方法.选取地理关联和物理关联作为主要研究内容,分析关联异动产生机理.在复杂网络的视角下,以欧几里德距离衡量地理关联程度,以功能完整性函数和损失程度测量物理关联程度,将两者无纲量化后的值作为城市CIS最终脆弱值,反映系统当前状态.将该方法应用于S城市的CIS,给出算法具体评估过程和分析结果.

基于多属性分析的城市关键基础设施系统抗灾能力评估研究

传统的城市关键基础设施系统抗灾能力评估方法,常出现评估错误的情况,为解决这一问题,设计一种基于多属性分析的城市关键基础设施系统抗灾能力评估方法。综合分析城市关键基础设施系统,将评估指标分为一级指标、二级指标和三级指标,并采用多属性分析法,对微观指标洞察与改进,为使上述获得的指标便于量化,采用多属性分析法分配评估指标权重,在此基础上,建立城市关键基础设施本体模型,将评估指标和指标权重代入该评估模型中,构建基于多属性分析的城市关键基础设施系统抗灾能力评估模型,以此完成城市关键基础设施系统抗灾能力综合评估。实验对比结果表明,此次设计的基于多属性分析的城市关键基础设施系统抗灾能力评估方法比传统评估方法错误评估数量少,能够满足城市关键基础设施系统抗灾能力评估需求。

基于UTA方法的关键基础设施系统的保护研究

关键基础设施系统是城市的生命线,但常因突发事件频发而具有不稳定性和脆弱性。一个好的保护方案应该综合考虑关键基础设施系统的韧性和成本等多个目标,但这些目标常常相互冲突而使决策陷入困境。本研究从多目标优化角度入手,探索用UTA方法确定保护关键基础设施系统最佳方案的可行性,UTA法通过与决策者互动获取决策者的偏好信息,并基于线性规划和价值函数原理构建了决策者偏好模型。通过C县电网系统的案例分析发现UTA方法可帮助决策者在决策过程中考虑多目标之间的冲突与权衡,从而确定最满意的决策方案。

基于模糊DEMATEL关键基础设施灾害环境下的关联影响分析

构建关键基础设施一阶和高阶IIM模型,从宏观角度定量分析不同关键基础设施系统间的相互依赖影响。利用三角模糊数修正专家评价估计值,减小主观因素影响,运用完善的DEMATEL方法,确定关联矩阵,二者结合可更有效的量化关键基础设施间的关联关系。模型应用于自然灾害案例,根据关联矩阵对比分析五大关键基础设施系统间的相互影响程度;根据一阶和高阶IIM模型定量对比说明高阶循环依赖加剧了各系统受影响程度,对初始受扰动系统的影响尤为明显,灾害环境下为有侧重的对关键基础设施系统进行保护和有效的开展城市应急准备提供依据。

城市关键基础设施网络级联失效研究进展

在城市基础设施网络中,常有因灾害的扩散而导致重大损失的事件发生。真实世界的城市关键基础设施系统间的相互耦合作用越发明显,这种关联耦合作用又极大地增加了整个系统的脆弱性。利用复杂网络理论研究城市关键基础设施网络级联失效亟待形成新突破。本文从单层网络和多层关联网络两个维度详细综述了目前关于级联失效的研究现状。对于单层网络,重点阐述了无向网络和有向网络上的经典失效模型;对于多层关联网络,从关联网络级联失效模型、层间耦合行为对网络级联失效的影响以及网络恢复策略进行了研究。在此基础上,提出目前学界若干开放性挑战。

案例驱动的CI系统应急能力不足评估方法

关键基础设施(Critical Infrastructure,CI)系统作为城市应急管理的重点,相应的应急能力需要得到有效保障。目前,相关研究主要关注于应急能力的整体评估,但其操作工作量较大且不易于快速有效地识别应急能力不足(Emergency Capability Shortage,ECS)。据此,阐述了案例驱动的CI系统应急能力不足评估方法,基于可用案例集和案例推理生成与约简应急能力不足清单后,分别计算模糊ECS值与区间ECS值,并以应急能力不足图谱表示应急能力不足的评估结果。该方法参照与利用历史案例,有利于解决评估缺乏关联性、针对性与预见性的问题。最后,通过在H市的案例分析来验证该方法的可行性与有效性。

关键基础设施工程网络模体与超家族

基于模体和超家族理念自下而上揭示网络结构特征是复杂网络微观研究中的前沿领域.辨析若干关键基础设施工程网络的子图(模体)特性和超家族特征,表明工程网络模体表现为经济、技术和地理等因素约束下,网络设计和建设预先明确的、非随机的特定结构形式,依据给定分类规则将工程网络子图分为必要、非必要和特征子图三种形式;基于已有子图比剖面,以及研究提出的子图浓度和子图组合机制超家族分类方法,辨析关键基础设施工程网络的家族特征和分类方法异同.提供了复杂工程网络结构规划设计的系统方法.

关键基础设施信息物理攻击建模和影响评价

震网病毒等事件实证了信息安全攻击能对关键基础设施带来严重物理影响。针对这类特殊信息安全攻击——信息物理攻击,该文提出了信息物理攻击分析模型、攻击建模和攻击影响度量指标。在化工厂物理仿真系统中对这些特殊的信息物理攻击模式和影响进行了测试和评价。实验结果表明:相对鲁棒于物理扰动的传统工业控制算法脆弱于今天的蓄意信息物理攻击,以及相关信息物理攻击策略和参数的特点和影响。

基于线性分段恢复函数的基础设施韧性分析模型——以C县电力系统网络为例

针对近年来一系列突发事件冲击和破坏着城市关键基础设施系统的正常运行,并造成了较为严重的社会后果的现实问题,提出了如何保护关键基础设施系统的研究问题,以使基础设施系统能够对灾害情景做出迅速的响应,并迅速地处理以恢复到常态。本研究基于三种典型的恢复函数提出了线性分段恢复函数,构建了关键基础设施系统韧性分析模型,并用蒙特卡洛模拟的方法应用到C县的电力系统网络加以验证,得到了该韧性分析模型不仅可以帮助决策者在灾害情境下权衡预算成本和韧性的关系,也可以识别关键基础设施系统网络中需要保护的关键节点,从而实现对关键基础设施系统的针对性保护的结论。本研究构建的韧性分析模型有为灾害情境下对电力系统采取针对性保护的现实价值,和开拓了对基础设施系统进行保护研究的分析模型的理论价值。

增韧性 稳发展

交通运输系统是人类社会正常运行过程中高度依赖的关键基础设施系统之一,在经济发展、改善民生等方面发挥着不可替代的作用。几十年来,随着科技的进步,交通运输系统正不断呈现高效化、快速化、便捷化等发展特征。与此同时,也逐渐体现出复杂化、受损后恢复代价高等特性。正因如此,“韧性”一词被越来越频繁地提及,并正式写入《国家综合立体交通网规划纲要》《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》等规划文件,受到交通领域的日益关注。

城市CIS物理关联脆弱性的动态分析方法

本文以城市关键基础设施系统(Critical Infrastructure System,CIS)为研究对象,将关键基础设施之间组成的复杂物理网络划分为个体层面、中观层面和系统层面三种类型,从物理关联势差的角度分析了城市CIS内部物理关联机理。根据城市CIS物理关联特性,引入元胞自动机(Cellular Automata,CA),以一种物理资源为主导建立模型,采用"自底向上"的方法,从微观关键基础设施活动推出宏观城市CIS表现。选取元胞连通性、元胞正常状态变化率和传输效率作为脆弱性评估指标,估算不同时间点城市CIS脆弱性的动态变化,实现物理关联脆弱性的动态分析,并运用加权平均值作为一段时间内城市CIS脆弱值。最后,以S城市为例,对物理关联脆弱性动态分析方法的合理性和有效性进行验证,评估结果为城市CIS保护提供支持。

面向脆弱性的城市CIS节点重要性评估方法

节点重要性评估是城市关键基础设施系统(CIS)脆弱性研究的主要内容之一。节点重要性影响因素非常复杂,仅从结构角度出发衡量节点的重要性略显片面,还需要考虑位置和经济等因素,因此,提出一种新的城市CIS节点重要性评估方法。在分析城市CIS关联关系特点的基础上,运用树形网络模式结构化表达系统内部的层级关联关系,提出二阶段IIM模型通过布尔逻辑捕捉城市CIS内的复杂关联关系;根据城市CIS特点,将单一关键基础设施抽象为节点,利用改进的PageRank算法,从结构重要性、位置重要性和经济重要性三方面衡量节点重要性,促使评估结果更加全面、客观、有效;最后,构造一个含有5个关键基础设施子系统,80个节点的虚拟城市CIS,给出算法具体评估过程和分析结果。

陶氏化学为2020年东京奥运会新场馆提供创新材料解决方案

2020年东京奥运会对东京奥林匹克体育场进行了重新设计,采用了多种陶氏化学的技术建造。这些技术将帮助实现、保护、增强和维护72400 m^2的奥林匹克体育场关键基础设施系统的完整性和性能。V0RAN0L^TM聚醚多元醇(用于生产低密度至高密度泡沫作为密封剂)将填补建筑材料之间的空隙,预计将有六万名与会者在夏季高温时使用新的奥林匹克体育场。