注意力去噪与复数LSTM的时变信道预测算法

随着无线通信技术的发展,高速场景下通信技术的研究也越来越广泛,其中获取到准确的信道状态信息对提升无线通信系统的性能具有重要的意义。针对正交频分复用系统在高速场景下,现有信道预测算法未考虑噪声影响及预测精度低的问题,提出了一种注意力去噪与复数卷积LSTM的时变信道预测算法。首先,设计了一种通道注意力信道去噪网络对信道状态信息进行去噪处理,降低了噪声对信道状态信息的影响。然后,提出了基于复数卷积层和长短期记忆网络的信道预测模型,对去噪后历史时刻的信道状态信息进行特征提取,并且对未来时刻的信道状态信息进行预测;改进后的LSTM预测模型增强了对信道时序特征的提取能力,提高了信道预测的精度。最后,结合Adam优化器对未来时刻信道状态信息进行预测输出。仿真结果表明:与对比算法相比,所提基于注意力去噪与复数卷积LSTM的时变信道预测算法对信道状态信息的预测精度更高,能够适用于高速移动场景下的时变信道预测。

区域高速铁路网络性能的多维度评估指标对比研究

针对高速铁路网络性能评估问题,目前研究中存在多种维度和特征的评估指标,缺乏不同指标间的比较分析。选择站点拓扑维度指标(度中心性DC、接近中心性CC、介数B),站点功能维度指标(关键性SI、重要性SC、强度SS),以及网络整体维度指标(集聚系数、网络密度、平均路径长度),应用于京津冀、东北、西南3个区域的高速铁路网络性能评估,比较并分析了不同维度指标的特征、相关性和适用性。结果表明:SC指标可以量化不同区域高速铁路网络的差异,B指标对于拓扑简单的网络适用性差;DC,SI,SC,B 4个指标之间的相关性较强,而CC,SS2个指标与其他指标相关性较弱;京津冀地区高速铁路网络的连通性、密集程度均大于其他两地区,网络聚集系数评估区域高速铁路网络性能时会导致不合理的结果。

考虑时空动态特征的高速铁路网络鲁棒性评估

为有效评估高速铁路网络(HSRN)的运输服务性能,保障HSRN面对突发事件的可靠性,基于复杂网络理论,考虑高速铁路服务网络(HSRSN)的动态变化,将时间信息纳入HSRSN的建模,提出一种考虑时空动态特征的HSRN鲁棒性评估方法。基于中国高速铁路实证运行数据,验证考虑时空动态特征评估网络性能的必要性,并从时空维度上探究我国HSRN鲁棒性的分布特点。研究结果表明:不同站点所通过的列车流不同,网络鲁棒性表现出明显的空间分布差异性,且扰动场景不同,站点的列车频次和空间位置对站点重要性的贡献程度亦不同。扰动的发生时间和持续时间是影响网络鲁棒性的2个关键时间要素,其不同组合使网络鲁棒性具有显著的时间分布差异性,此外,扰动对不同时段的网络性能的影响程度不同,导致站点重要度排序在不同时段也存在较大波动性。

高速铁路复杂网络特性与脆弱性研究

为研究我国高速铁路的网络特性和脆弱性,利用复杂网络理论构建高铁网络模型并分析其特性,在此基础上,通过Pajek软件计算并分析节点度、平均路径长度、聚集系数、中介中心性等网络特性指标,利用改进后的节点重要度公式对重要节点城市进行挖掘,再对高铁网络进行随机攻击和蓄意攻击,通过网络效率与最大连通子图相对大小分析网络的脆弱性,结果表明:高铁网络具有小世界网络特性,随机攻击下网络表现出较好的连通性,蓄意攻击下呈现脆弱性。优先加强重要节点城市的连通性,提升高铁网络的抗毁性,可以更好地保障高速铁路运营的稳定性和可靠性,进一步促进区域经济和社会的发展。

基于复杂网络的高速铁路网络结构特征分析

便捷稳定的高速铁路运输网络是铁路客货运高效运输的保证,以复杂网络理论为基础,从铁路实际基础设施角度构建高速铁路网络,从网络拓扑性质方面分析高速铁路网络特性,了解高速铁路网现状。运用L Space方法构建高速铁路网络模型,从度与度的分布、平均路径长度、聚集系数等复杂网络指标分析拓扑网络结构特征。研究得出,我国高速铁路网络整体上具有无标度网络特征,中东部和沿海沿江地区车站数量较多,聚集性较高;局部枢纽地区的节点连接聚集,具有小世界网络特征,主要集中在杭州南、南京南、郑州东等大型车站。此外,通过对比分析2023年高速铁路网络特性的变化情况,可以看出路网车站具有连通性不断增强、路网区域布局均衡化发展的特征。

中国高速铁路网络脆弱性分析

为提高我国高速铁路网络(HSRN)面对突发事件的抗毁性和可靠性,保障HSRN平稳而高效率地运营,基于复杂网络理论,构建3个发展时期的HSRN拓扑结构,探究网络的拓扑特性和发展趋势。利用站点重要性综合评价指标挖掘HSRN的重要站点。通过计算网络效率和最大连通子图,分析HSRN在随机攻击和蓄意攻击下的表现。结果表明:我国HSRN在中期发展阶段是以增加网络连通度为主,在长期发展阶段是以丰富集聚效应为主;站点重要性排序显示,武汉、天津、长沙和襄阳将成为不同发展阶段的重要站点;HSRN对随机攻击有鲁棒性,对蓄意攻击有脆弱性。

基于复杂网络的高速铁路运输服务网络重构模型

运用复杂网络理论,基于L空间构建了以列车数量、运行时间为权重的高速铁路运输服务网络(该网络中包括525个车站、2 666列列车).在此基础上,利用度、强度、介数等复杂网络评价指标对两种网络进行对比分析,明确两种网络的不同运输意义,节点在两种网络中的不同作用.然后,充分考虑高速铁路路网乘客出行特征,以城市枢纽为研究重点、以运行时间为权重重构我国高速铁路运输服务网络,对比重构前后复杂网络指标值的变化,重点分析网络重构前后的网络特征、典型枢纽的变化.最后,基于分析结果为城市枢纽的客运换乘组织和车站分工提出参考方案.

基于复杂网络理论的高速列车牵引系统部件可靠性研究

在已实证高速列车部件维修关系网络为复杂关系网络的基础上,根据复杂网路可靠性理论,将复杂网络的抗毁性测度指标中的节点介数和节点凝聚度作为分析高速列车系统部件重要性及其在系统局部网络中连通性的指标,据此筛选出系统中的重要部件和冗余不足的部件,为深入研究高速列车部件可靠性提供新思路。以CRH3型高速动车组牵引系统为例的实证表明,基于复杂网络可靠性的计算方法能够正确筛选出系统中的重要部件和冗余不足的部件,从而为后续的系统可靠性设计和冗余设计提供科学依据。

高铁-民航复合网络的构建及网络拓扑特性分析

运用复杂网络理论,在P空间构建无向非加权网络,实证研究了中国高铁-民航复合网络的基本拓扑性质,并对复合网络及其子网络的网络特性进行了比较。结果表明,以城市为节点构建的高铁-民航复合网络,其度分布服从双段幂律分布,是一个具有无标度特性的小世界网络,且存在局部的群落结构特征;两个子网络也都具有无标度特性和小世界特性,其中,高铁子网络表现出很强的集聚性,具有明显的群落结构特征;航空网络集群系数近年有所下降,但其拓扑特征值的变化表明航空子网络整体结构趋势走好。

高速铁路加权复杂网络特性分析

根据2015年中国高速铁路列车运行时刻表,提取全路479个高速车站和2 487次列车作为研究对象,运用复杂网络理论构建高速铁路地理网、车流网以及服务网3个网络模型。对各网络的节点度、聚集系数和平均网络距离等静态指标以及本文提出的节点强度、平均时间网络距离等指标特性进行分析。研究结果表明:高速铁路地理网仍具有树状网络的特点;高速铁路车流网的度分布符合指数分布规律;高速铁路服务网节点强度与度之间存在显著的幂律关系,具有无标度和小世界网的网络特点。在此基础上,研究在不同攻击情况下的高速铁路地理网络的可靠性,为提高高速铁路网络稳定性提出建议。研究结果可为未来设计和优化高速铁路网络结构方面提供借鉴和参考。

高速列车轴承可靠性评估关键力学参量研究进展

轴承是高速列车牵引传动和轮轴系统的关键零部件.受列车运行过程中电机转矩、齿轮啮合以及轮轨随机激励的影响,轴承可能发生疲劳破坏,严重影响高速列车的行车安全.我国特有的复杂运用条件对轴承部件的疲劳性能提出了更高的要求,而轴承疲劳可靠性的基础理论和关键技术是我国轴承正向设计研发中的薄弱环节.可靠性评估方面的相关研究在解决轴承可靠性研究的瓶颈问题中起到了承上启下的关键作用.高速列车轴承可靠性评估手段与技术旨在获得使用环境中轴承可靠性评估的关键力学参量,并以此推动复杂激励下轴承疲劳可靠性理论研究.因此,需要哪些关键力学参量并且在复杂的实际使用环境下如何去获取这些力学参量是进行高速列车轴承可靠性评估的关键所在.本文首先概述了高速列车轴承所处的复杂使用环境及运用中的主要失效模式,并据此分析了高速列车轴承可靠性评估所需的关键力学参量,强调了轴承内部滚滑行为和载荷分布在可靠性评估和轴承状态监测中的重要作用,之后从计算模型和测试技术等方面系统阐述了针对这两个关键力学参量的研究进展.最后提出了在高速列车轴承可靠性评估关键力学参量特征及测试技术研究中值得关注的若干问题.

高速铁路网络复杂特性及其传播动力学研究

结合高速铁路网络的拓扑结构分析,建立了基于传播动力学理论的模型,研究突发事件在网络上的传播扩散规律及其传播过程.运用复杂网络理论分别构建了我国高速铁路物理网络和运输网络两个网络模型,并计算复杂网络条件下的相关统计特性指标,从而判断高速铁路网络的类别和性质;同时基于高铁网络性质,建立了突发事件下列车晚点在网络上的传播动力学模型,分析不同参数取值情况下的晚点传播扩散过程,并提出控制突发事件下列车晚点在网络中传播蔓延的措施和策略.

网络视角下高速列车部件维修关系网络复杂性研究

采用复杂网络理论和方法,以CRH3型动车组为例,通过构建我国高速列车部件之间的维修关系网络,计算和分析该网络的节点平均度、平均路径长度、网络密度及网络集聚系数,从而揭示该网络的拓扑特征。研究结果表明:CRH3型动车组部件维修关系网络的平均路径长度较短,网络密度较大,且节点度的分布服从指数分布,是一个小世界网络;为利于高速列车投入运营后的维修资源分配和维修策略制定以及降低维修费用,在高速列车设计阶段应该考虑降低高速列车维修时部件间的依赖关系;对于节点度较高或是节点集聚系数较大且影响到列车安全运行的部件,应加大维修资源的分配力度。

三大城市群的高速铁路网络特征对比分析基于复杂网络视角

高速铁路正逐渐成为城市间联系的重要方式,我国的高速铁路也逐步由线路发展成网络。以长江三角洲、珠江三角洲、京津冀三大城市群为例,运用复杂网络理论构建高速铁路物理网络和出行网络,计算网络的平均度、集聚系数、平均最短路径、中心性、网络密度等指标。对比分析结果表明:三大城市群的高铁物理网络密度均较小,出行网络密度大,高铁出行网络呈现一定的小世界性;京津冀和珠三角城市群的物理网络和出行网络节点中心化程度差异较大,而长三角的高铁网络结构则较为均衡。城市群高速铁路网络的深入研究方法和结果对其他区域的铁路建设和管理具有一定的参考意义,同时也促进了对城市群交通网络的深入研究。

一种新的高维报文分类算法——无相交树算法

报文分类是网络交换设备的基础操作之一 ,它会在很大程度上影响相关硬件设备和软件系统的功能和性能 .目前存在大量的报文分类算法 ,但大多数都是针对低维分类问题 .针对网络管理和网络入侵检测等应用需求的日益增长 ,该文提出了一种新的高维报文分类算法NITrie .该算法具有其它报文分类算法所不具备的强表述支持能力和低时间复杂度并存的特点 ,其期望时间复杂度和期望空间复杂度均达到了同类分类算法的最优或接近最优 .它具备较强的软硬件通用能力 ,可适用于较广的应用领域 ,实际应用性能良好 .

基于“高铁+”网络的东北地区城市联系网络结构研究

高铁换乘对城市之间的联系产生了重要影响,研究“高铁+”网络特征、不同时期城市在“高铁+”网络中的功能及换乘城市识别十分重要。该文利用复杂网络研究方法从“高铁+”网络与高铁网络的对比、不同时期“高铁+”网络的变化中进一步解析东北地区城市联系网络特征,并识别中转换乘城市。结果表明:1)“高铁+”网络提升了东北地区城市联系网络的小世界特征,吉林成为区域第四大中转枢纽。2)春运期间“高铁+”网络的小世界特征更明显,铁路网络的联通状况进一步改善;部分邻近中心性低的城市也有所提高,但增幅不大,与邻近中心性高的城市仍存在较大差距。3)春运期间省会城市在城市联系中的“桥梁”作用凸显,省际联系地位更突出;通辽作为内蒙古与东北地区连接的门户,其层级地位在春运期间凸显。针对目前东北地区高铁发展现状,提出未开通高铁的城市要充分发挥普速铁路优势,规划、搭建与高铁网络连接的换乘体系。面对春运期间脉冲式爆发的客流量应及时调整运营线路、发车频次以及科学安排换乘接续列车,最大程度释放高铁优势以缓解运力供需矛盾,此外还需加强换乘枢纽城市的换乘客流引导,确保换乘顺利进行。

高铁调度系统信息传递及拓扑结构分析

根据图论将高速铁路调度系统抽象为一个有权无向网络,利用信息熵理论将系统中传递的信息量化为连接节点的边的权重,并利用复杂网络定义网络中各节点的信息度和延伸度,建立关联矩阵及边的功能矩阵来描述节点和边在网络中相互作用关系,分别建立节点重要度、边的重要度和节点关联度的计算模型,并设计分析问题的求解过程及算法复杂度。以高铁区域调度台为例,得出分析系统以列调为中心,CTC主机、供电调度、维修调度、计划调度、客服调度以及动车调度为次核心圈的三环辐射的混合网络布局,为保障系统的稳定性,预防干扰明确保护对象。

基于中心度的空铁复合网络枢纽集散点的测度

为确定空铁联运中的枢纽城市及其等级,综合运用复杂网络中心度理论、统计分析和系统聚类等方法,选取?404?个样本城市节点,采用度中心度、紧密中心度和介数中心度?3?个指标对空铁复合网络进行枢纽集散点的测度。研究表明中心度指标不仅能够解释城市节点的异质性,而且与城市的实际运量之间具有显著相关性。枢纽层级测度结果显示,北京、上海、广州、深圳和长沙?5?个枢纽城市可以作为全国综合枢纽集散点,成都、昆明、西安等?13?个次级枢纽城市可以作为区域综合枢纽集散点。

空铁复合网络双阶段变式演化模型及仿真

针对空铁复合网络演化的特殊性,提出可调参数的双阶段变式演化模型,通过数值仿真验证了模型的合理性。模型将复合网络的演化分为单点式单一增长和变式交替增长两个阶段,通过改变参数值控制两个子网随机交替增长演化的概率,以调节复合网络演化的节奏和规模。仿真实验结果表明:在不同参数组合下,复合网络的点度分布均呈现截尾幂律分布,节点平均集群系数具有随节点度下降的幂律特性,与实证分析结果相吻合。模型较好地刻画了空铁复合网络的演化机制,对其他复合网络的演化研究也可以提供借鉴与参考。

基于复杂网络视角的高速铁路网络特性分析

以2016年我国150个开通高铁的地级市站点与站点之间的关系为研究对象,结合高铁运营线路图和时刻表,从复杂网络视角构建高速铁路地理网和车流网。从小世界、中心性两个角度,选取平均路径长度、聚类系数、度数中心度、接近中心度、中间中心度等指标分析中国高速铁路地理网和车流网的拓扑性质。结果表明:高铁地理网度分布服从幂率分布,表现出无标度网络特性;车流网表现出明显的小世界特征,且累计度分布服从指数分布;高速铁路的基础设施布置分散,地理上的核心—边缘结构明显,但列车长距离和跨线运输提升了高铁网络的密集度和站点可达性,弱化了网络结构的不均衡性。最后,为优化高铁网络结构,提升网络效率提出了两点建议。