城市轨道交通网络复杂特性及鲁棒性研究

研究城市轨道交通网络结构特性对轨道运营过程中的维护管理工作具有重要意义。基于复杂网络理论,采用Space-L建模方法构建重庆市轨道交通网络拓扑结构,实证分析该网络的复杂特性;选取网络效率和最大连通子图比例两项指标,仿真分析网络面临攻击的剩余功能,进而评估其鲁棒性。结果表明:重庆市轨道交通网络属于无标度网络和小世界网络模型,面临突发运营事件具有一定的鲁棒性,但在蓄意攻击状态下的鲁棒性较差;要重视网络中度值较大、介数较大站点风险防范措施的建设。研究结果可为重庆市轨道交通日常运营维护工作提供数据参考。

基于复杂网络的路网交通拥堵评估仿真模型

为了能够深入分析路网交通拥堵动态演进过程,为交通拥堵治理提供决策分析工具,提出了一个基于复杂网络的路网拥堵评估仿真模型。通过将路段阻抗概念引入复杂网络理论,实现了路网拓扑模型和流量模型的结合;此外,还提出了虚拟测试车辆遍历的路网通行能力评估方法,对不同路网条件下的道路通行能力进行评估。最后在PC系统上实现了完整的路网拥堵评估仿真系统,并利用该系统对拥堵路段数量、交通流量和路网拓扑结构等因素对路网通行能力的影响进行了仿真分析。仿真实验结果与经典交通理论分析结果一致,并能反映更多的动态过程信息,表明该模型能够准确有效地进行交通路网拥堵评估,可以为相应的交通拥堵管理决策提供依据。

干扰条件下城市交通网络系统仿真

建立城市交通复杂网络模型,遴选表征网络拓扑结构和功能的参数,系统设计多种表达真实网络抗干扰的仿真策略,以上海市轨道交通网络为例模拟分析其抗干扰特性,提供了分析和优化交通基础设施结构和功能的模型和思路。

城市轨道交通运行风险演化网络动态仿真研究

为探究轨道交通事故中的重要风险类别,从风险演化角度出发,根据172起轨道交通运行事故,梳理出354条风险演化链,总结出35个风险因子,在此基础上基于复杂网络分析方法构建城市轨道交通运行静态风险演化网络。根据网络拓扑特征识别网络中高影响力的风险节点,并利用蓄意攻击失效的原理从单个节点失效与节点连续失效角度进行动态仿真,以探究风险对整个网络的影响程度。结果表明:静态风险演化网络属于复杂网络;列车脱轨、列车停运/延误、列车其他设施故障、暴力恐怖袭击事件、滞留、火灾和人员伤亡在网络中具备较高地位,属于轨道交通运行静态风险网络的中心节点;列车停运/延误、制动故障、列车其他设施故障和火灾节点的失效对轨道交通运行具有突出影响,当制动故障、列车其他设施故障均失效后,即连续失效节点数为2时,风险网络的网络连通度出现拐点。研究确定了影响轨道交通运行的关键风险,分析结果可为城市轨道交通运行安全管理及事故演化控制提供参考依据。

COVID-19在公交网络传播模型及防疫策略有效性分析

城市公交系统是空气传播型病毒进行人际传播的重要潜在空间,研究病毒在公交系统中的传播,能精确的指导公交防疫策略的制定。基于双层公交网络模型,耦合出行规则和SEIR模型建立了公交网络传播模型,以某虚拟的区域空间和公交线网为背景,根据双层网络模型的特点,分析了公交车上及公交站点病毒传播的过程,制定宏观和微观2种防疫策略并分析效果。研究发现,公交出行会导致病毒大范围传播,公交车上和公交站点是最重要的传播环节。对公交防疫策略效果的分析中,宏观控制策略的切断公交线路比例φ_(1)>0.5或者停运公交站点比例φ_(2)>0.4时,最终免疫人群比例会下降至0.3以下。微观调节策略则需要同时调整发车间隔t_(d)<4且满载率α<50%,则最终免疫人群比例小于0.4,防控效果最显著。

基于元胞传输的高速公路节点耦合仿真模型

研究基于元胞传输关系的高速公路节点耦合仿真模型的建立问题。从高速公路复杂网络系统综合仿真模型建立需要出发,基于各路段传输关系,定义不同类型节点并建立其流量动力学模型;按照节点传输关系建立高速公路节点耦合仿真模型。结合具体例子对所建立的节点动力学模型、节点耦合模型通过流量比较、宏观基本图比较予以验证,在此基础上进行拥堵下基于复杂网络牵制同步的高速公路多匝道协调控制实验研究。结果表明:所建立的交通流节点耦合仿真模型能够从不同尺度映射高速公路节点及其关系,可用于基于复杂网络理论方法的高速公路管理控制中。

基于Web的复杂网络可视化仿真平台VPCN的设计与实现

在公共交通的研究背景下,针对传统复杂网络仿真平台有时还无法准确反映真实世界中网络系统的问题,提出了一个使用百度地图服务作为可视化展示的主要工具,结合Java网站系统和Spark技术,实现集文件上传、数据读取、参数计算、网络调整、图形显示等功能于一体的基于Web的复杂网络可视化仿真平台(VPCN)的设计方案。在可视化效果和运行速度上具有良好的表现,能够有效展示丰富的网络信息,充分利用复杂网络科学为分析交通网络提供支持。

基于流量可调重分配的级联失效模型

为提高城市道路交通网络可靠性,减少级联失效对网络造成的危害,本文对城市路网级联失效进行研究。首先,构建具有双层网络结构特性的城市道路交通网络模型。其次,根据容量-流量模型以及城市路网特点,建立城市道路交通网络级联失效模型。再次,利用网络效率、网络阻塞程度、网络通行质量、正常节点比4个指标对网络可靠性进行评估,分析了不同攻击策略、拥堵失效阈值对道路交通网络可靠性的影响。最后,以上海市某区域道路交通网络为例进行案例仿真分析。仿真结果表明:选择性攻击下网络的可靠性更低;失效阈值越小,网络的可靠性越高,级联失效抗毁性越强。研究结果对提高城市道路交通网络可靠性和增强网络级联失效抗毁性具有重要的现实意义。

时空视角下城市群铁路客运网络抵抗韧性

交通运输网络抵抗韧性是交通安全领域的研究热点,为有效评估城市群铁路客运网络的抵抗韧性,并识别关键路段,该文首先基于复杂网络Space L建模方法,建立了以实际铁路客运站为网络节点的时空加权城市群铁路客运网络模型;其次,采用单路段删除和多路段连续删除的攻击模式模拟路段中断情景,提出将基于性能响应函数和旅客时空可达性的网络性能保留率作为客运网络动态抵抗韧性评估指标,利用抵抗韧性评估模型和仿真评估流程评估路段可替代能力和网络抵抗韧性;最后,进行了成渝城市群铁路客运网络实例研究。结果表明:靠近铁路枢纽城市的部分关键路段中断,最高可使铁路客运网络性能损失12.23%,从灾前仿真角度识别关键路段具有重要意义;无权、空间加权和时间加权铁路网络抵抗韧性仿真识别出的关键路段存在明显差异,Spearman相关系数验证了无权与加权铁路网络路段可替代能力的排序相关性较差;3种铁路网络的抵抗韧性指数表明单路段中断对旅客出行时间的影响较大;关键路段连续中断对网络性能的影响较大,对时间加权铁路网络性能的影响大于无权和空间加权铁路网络,仅从网络拓扑结构和空间距离角度进行灾前仿真,容易低估风险因素的干扰后果。该文所提方法可为交通网络规划和韧性研究提供参考。

城市多模式交通供需平衡机理与仿真系统研究

城市多模式交通系统规模大、复杂程度高,有效的协同规划与管控是国内外高度关注、影响城市发展的重大问题,也是科学研究的前沿挑战。本文从5个关键问题的研究现状和意义出发,针对城市多模式交通系统供需平衡分析与仿真的关键科学技术问题,综合论述了基础理论研究成果、创新关键技术,以及系统平台开发和实际场景测试验证,揭示城市多模式交通供需平衡机理,构建支撑城市多模式交通网络供需平衡分析—协同规划设计—系统主动调控的理论、方法体系,集成开发宏微观一体化、多功能融合的城市多模式交通网络仿真分析软件与系统平台,为全面提升城市综合交通系统整体效能,实现交通服务强国、新型城镇化、公交都市等国家战略提供有力支撑。