城市群多模式交通网络结构韧性分析——以关中平原城市群为例

为分析城市群多模式交通网络应对攻击时的韧性变化特征，该文基于复杂网络理论和韧性城市理论，构建了考虑吸收能力、缓冲能力和可恢复能力3个维度的网络结构韧性评估模型，并通过空间向量模计算网络结构韧性值。基于关中平原城市群城际公路、铁路客运数据构建了城市群客运网络，并借助空间网络分析工具ArcGis和Ucinet探讨城市群多模式交通网络的拓扑特征；考虑节点位置及其与周边地区交通的联系，提出了基于节点重要度的典型节点选取方法。结果表明：典型节点受到攻击后，网络的缓冲能力都处于较低状态，尤其是蔡家坡站点失效后，网络缓冲能力下降到0.388 9;节点度大的站点失效后，网络恢复到正常状态的能力差；普铁站和高铁站失效后对网络结构韧性的影响远大于公路客运站；结合典型节点特征和模拟结果，可针对性地提出网络结构韧性提升建议。     

基于复杂网络理论的有向多关系网络级联失效研究

针对复杂网络中关键节点识别仅限于单个关系网络的问题，根据复杂网络理论构建有向多关系网络级联失效模型，研究多关系网络中节点重要性的识别与网络鲁棒性问题；依据所建模型提出多关系网络节点及连边指标与节点重要性识别公式。通过对网络模型采取不同攻击方式，验证所提指标与关键节点识别的有效性。研究结果表明，所提指标可以很好的反映网络模型的结构与特点，优先攻击高重要性的节点后网络失效节点比例快速增加，网络连通性大大降低，破碎程度迅速增大，对网络鲁棒性的影响大于随机攻击与高度数攻击；证明了所提关键节点识别方法的有效性，优先保护本文所提重要节点可以大大降低网络构建成本，提高网络抗风险能力。     

网络失效条件下的北京市城市道路交通网络统计特征分析

为获知城市道路交通网络的结构和网络特性,根据实际的拓扑和交通流数据,采用原始法进行建模,将路口抽象为节点,将路段抽象为网络的连边,构建城市道路交通网络模型。通过MATLAB和pajek计算,分析了道路抽象、基础设施和动态交通3种网络的统计特征。对基础设施和动态交通网络的强度分布的分析,证实了北京市城市道路网络中的这两种网络均为无标度网络;通过计算基础设施网络的节点强度和介数等特征指标,获知了北京市城市道路的重要路口和路段。最后,仿真分析了3种网络在不同网络失效条件下的重要统计特征,结果表明北京市城市道路基础设施和动态交通网络既具有鲁棒性又具有脆弱性。     

城市群生态综合交通网络组团特性分析与关键节点识别

为实现城市群生态综合交通发展目标，形成交通、经济、生态环境质量一体化发展格局，以关中平原城市群为研究对象，通过熵值法对节点功能吸引、功能辐射和碳排放强度进行赋权，通过修正引力模型计算其相互联系强度；将空间结构理论与复杂网络理论相结合，构建多维空间联系网络模型；采取改进INFORMAP算法，从交通、功能和碳排放3方面分别进行区域组团划分；基于组团划分结果，构建超图网络模型，引入邻域超度、邻域影响熵指标识别城市群生态综合交通网络关键节点。结果表明：关中平原城市群功能和碳排放空间联系呈现“一极多核”的空间分布格局，西安处于核心地位，宝鸡、渭南等地级市核心区也拥有较高影响力；城市群区域组团与行政区划具有差异性，部分区县如侯马、彬州、澄城等脱离上级行政区划约束，形成了独立区域组团；西安、咸阳是城市群生态综合交通网络建设的关键节点，且城市群东部节点重要度普遍大于西部节点，因而需重点提升西安—咸阳一体化水平，优化东部节点综合交通结构，完善西部节点交通网络布局。     

高速铁路成网条件下跨城市群客流输送模式

中国高速铁路网络日益完善，城市群数量明显增多且辐射范围逐渐扩大，现有客流输送模式难以满足旅客出行需求，需研究在高速铁路成网条件下满足旅客跨城市群出行的客流输送模式。该文基于改进MNL(multinational logit)模型计算不同输送模式客流损失率，构建基于跨城市群出行选择的高速铁路网络化客流输送模式优化模型。针对模型中精准识别网络核心节点、客流中转换乘的问题，分别提出基于熵权TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)的网络节点测度算法、基于网络中心性的中转换乘模式选取算法。选取节点测度值在0.15以上的22座城市构成的网络代表全局路网，实例结果表明：基于跨城市群出行选择的高速铁路网络化客流输送模式客流直达率提高11.54%,列车开行数量减少90列。     

城市群绿色交通水平测度与时空演化特征实证研究

发展绿色交通是落实生态文明建设的重要途径，构建绿色交通水平测度模型、分析绿色交通水平时空演化特征是制定绿色交通发展政策的前提和基础。该文采用驱动力-压力-状态-影响-响应(driver-pressure-state-impact-response, DPSIR)模型分析城市群绿色交通各子系统与社会、经济、资源和环境之间的相互作用机理，构建城市群绿色交通水平测度指标体系，采用直觉模糊层次分析法(intuitionistic fuzzy analytic hierarchy process, IFAHP)和熵权法对指标进行赋权，并利用改进的集对分析-可变模糊集模型构建城市群绿色交通水平综合测度模型，引入贡献度和障碍度模型分别探究影响和限制城市群绿色交通水平的显著因素，最后以关中城市群为研究对象进行实例分析。结果表明：关中城市群绿色交通属于一般水平，其时间演化趋势大致呈“N”形阶段特征，空间演化分布呈“西高东低—南高北低”的分布特征，且各城市差距逐渐缩小；改进模型的测度结果较传统模型更为准确，更能反映城市群交通系统的可变模糊性；准则层中状态层面贡献度最高，对促进关中城市群绿色交通发展具有明显...     

西部陆海新通道城市网络结构特性及其韧性研究

基于西部陆海新通道城市关联网络，运用城市中心性、城市关联强度和平均路径等指标，对不同等级城市网络结构及其特征进行分析，并运用中断模型对网络韧性进行深度分析．研究结果表明:西部陆海新通道主要形成“一主多副”的城市网络空间格局；随着城市关联网络等级的降低，其结构从以成都为中心的单极吸引型向以成渝城市群为中心、相应省会城市为多个副中心的空间格局转变，同时呈现出择优连接，其副中心城市呈现出较强的辐射能力；就网络韧性方面，基于节点度值的破坏策略对网络性能破坏程度最大；居民生活水平、城市发展潜力以及劳动力成本与资源优势3个主成分对西部陆海新通道城市网络格局均存在一定影响．据此提出“增长极”“轴线”以及“片区”发展模式，并重点保护相应城市节点，提高西部陆海新通道整体网络韧性．      

基于复杂网络的危险品运输网络抗毁性测度分析

在构建危险品运输网络模型的基础上,采用复杂网络理论对该网络模型抗毁性测度及特性进行研究。首先,根据网络模型的配送特性,提出"网络风险效率"和"最大连通度"抗毁性测度;接着,通过建立危险品运输网络介数模型和对道路网络节点和边的随机和蓄意攻击,描述网络模型的流量和拓扑特性,继而构建基于复杂网络理论的危险品运输网络抗毁性研究框架。实验结果表明:本文构建的抗毁性测度可以很好表征危险品运输网络的抗毁性能水平,且网络抗毁性是由少数节点和边维系的;无论节点攻击还是边攻击,网络均表现出对随机攻击的鲁棒性和蓄意攻击的脆弱性,故抗毁特性更接近于无标度网络,且边的抗毁性高于节点的抗毁性;此外,在攻击较多节点和边时,度攻击的抗毁性较弱,且网络配送的可达性优于风险值增长水平。     

基于节点状态的中南地区民航网络级联失效

随着中国各类突发事件的频繁发生,为保障民航交通网络的安全运营,使民航网络在不断动态演化过程中保持较强的网络抗毁能力,通过复杂网络理论构建民航网络级联失效模型,该模型根据级联失效现象下民航网络节点的变化情况,构建了一种基于节点状态的民航网络容量-负载级联失效模型,模型中的网络节点包含"正常-失效-暂停"三种状态.以中南地区民航网络为例进行了实证分析.结果 表明:改进后的民航网络级联失效模型能更为准确地仿真网络级联失效过程;网络在选择性攻击下所呈现的鲁棒性较差.针对仿真结果分析,对于民航网络优化时,应该重视提升网络关键节点的鲁棒性,可有效提升网络的安全运行.     

城市轨道交通网络鲁棒性分析

为保障城市轨道交通运输网络的安全运营,使城市轨道交通网络改、扩、建优化策略更具有针对性,提升网络抗毁能力。通过复杂网络理论构建城市轨道交通网络路网模型,该模型引入虚拟换乘边概念,便于准确地描述网络中边的权重,并通过提出改进的边权函数以及交通流动态分配原则,建立了网络级联失效模型。以郑州市城市轨道交通网络进行了实证分析,结果表明:改进后的城市轨道交通网络级联失效模型能更为准确地仿真网络级联失效过程;网络在选择性攻击和随机性攻击下选择性攻击网络所呈现的鲁棒性较差。可见对于城市轨道交通网络优化时,应该重视提升关键节点的鲁棒性,实现网络高效运转。     

城市群客运网络动态分配策略应急疏散仿真

研究负载分配策略有助于引导客流在面对突发事件时的有序疏散，降低突发事件对交通网络的破坏程度和影响范围。本文构建了城市群综合客运网络模型，对网络级联失效现象进行研究，提出了基于局部负载率的流量分配策略。使用MATSim仿真软件，研究呼包鄂榆城市群不同疏散策略下客流疏散和网络稳定情况。结果表明：城市群综合客运网络中突发事件对某一节点的破坏会对其他节点客流造成影响；基于局部负载率的动态分配策略能降低级联失效的发生强度与传播范围。     

交通网络演化规律

基于城市空间结构与交通系统的动态互馈原理和交通系统的内在运行机制,以微观机理融合宏观机制为指导思想构建交通网络演化模型与算法,研究交通网络演化规律.在短期内,纳入道路用户外部性构造目标函数,进而建立交通系统最优模型;在较长时期,利用交通系统和城市空间结构之间的动态互馈作用、区域间经济联系的概念以及无标度网络演化规则的设计理念设计交通网络演化规则,刻画演化机制.实例研究表明,随着网络的演化,出现了层次现象并越来越清晰,更为重要的是,交通网络总费用随之下降;利用介数中心性定义了一种新的交通网络熵,该网络熵也呈现减小趋势,揭示了随着交通网络渐进地向有序演化,交通系统性能得以不断优化.     

山东半岛城市群城市交通网络水平评价

为优化山东半岛城市群交通网络结构,从交通建设度、交通运输度、交通可达性、交通服务度4个方面构建交通网络建设水平评价指标体系,利用改进的引力模型作为交通网络联系度模型对各城市间的关联度进行定量分析,搭建出山东半岛城市群交通网络联系的基本结构.研究表明:1节点层面,各城市的交通网络建设水平可以分为3个等级,整体差异性较大,济南、青岛首位性突出.2联系度层面,两两城市间的联系度呈现出明显的不均衡性和距离衰减性,联系度数值偏小的结果较多,说明大部分城市与外界交通联系不强.3网络层面,山东半岛城市群交通联系网络不健全,以济南、青岛、烟台-威海为网络中心的三足鼎立局面初步形成,胶济铁路沿线为发展主轴,处于由走廊式向多中心网络转变的发展阶段.     

网络结构鲁棒性指标及应用研究

为了更好地测度网络抵御破坏的能力,基于网络连通和恢复能力提出了连接鲁棒性和恢复鲁棒性两种指标.运用这两种指标,以网络规模为500,取20次独立实验的均值,对ER随机网络、规则网络、BA无标度网络以及WS小世界网络4种典型网络结构进行仿真.实验结果表明:ER随机网络对于恶意攻击的鲁棒性要优于其他3种网络;BA无标度网络仅节点恢复鲁棒性较好,边恢复鲁棒性和连接鲁棒性最差;规则网络拥有很好的连接鲁棒性但恢复鲁棒性最差;WS小世界网络受其参数影响,鲁棒性介于ER随机网络和规则网络之间.同时还发现,网络结构鲁棒性的下降随着去除节点个数的增加和网络结构参数的改变而呈现出一定的"涌现"现象.     

考虑网络韧性的三级轴辐式物流网络模型及算法研究

为了实现城市物流运作的集约化，并尽可能降低因突发事件导致的物流供需中断，以物流节点定位和通道布局为落脚点，研究了三级轴辐式物流网络的多目标规划。考虑轴辐式网络的结构约束、多级节点间的连通关系限制，以多级轴辐点选址、轴辐点间的连通关系及强度为决策变量，以网络建设成本最小和网络韧性度最大为目标函数，构建三级轴辐式物流网络模型。结合模型的特点设计了具有双层结构的遗传算法，其中外层为三段编码结构的小生境Pareto遗传算法，用于求解多目标规划，内层为0-1编码的遗传算法，用于求解网络韧性度。以某区域14个节点城市作为案例，验证模型及算法的有效性，并将优化结果与两类传统的单目标物流网络进行了比较。研究结果表明：双层遗传算法能够有效求解三级轴辐式物流网络规划模型；选取案例计算得到的Pareto最优解参与比较分析，优化结果与传统三级轴辐式物流网络相比，网络韧性度提高了6倍，但网络建设成本也随之增加；与单纯以韧性度最大化为优化目标的物流网络相比，网络建设成本降低了7倍，网络韧性度也随之降低。可见提出的双目标三级轴辐式物流网络模型实现了网络建设成本和网络韧性度间的均衡，对于追求具备一定抗毁性能的轴辐式物流网络规划人员，具有参考和应用价值。     

基于拓扑势熵的维基百科词条编辑演化研究

 网络群体智能涌现问题是信息科学和社会科学的多学科交叉研究问题。基于映射思想将其映射为维基百科词条编辑演化问题,提出词条编辑演化研究方法框架;以维基百科高质量词条编辑历史数据为数据集,以编辑者为节点,以编辑者间编辑交互关系为连边,构建词条编辑交互网络,通过建立网络演化测度拓扑势熵实现对词条编辑演化研究。实验分析表明,网络结构和词条总体上朝着有序方向演化,演化呈现出“从注重完整性到注重准确性再到注重可读性”的由低到高3个阶段,直至群体结构趋于稳定,结构具有无标度性,词条质量和群体智能达到很高水平;存在语量与语义之间此消彼长、最终达到动态平衡的过程,语量与语义平衡临界点近似为黄金分割点,词条编辑演化遵循着黄金分割律。方法框架有效,深化了对词条编辑演化、网络群体智能和社会计算的认识。     

基于动态贝叶斯网络的燃气管网燃爆风险分析

针对传统风险分析方法无法实现动态评估的局限性，提出了基于动态贝叶斯网络的燃气管网风险分析模型.基于管道失效原因与事故后果，构建了事故演变全过程网络结构，并运用马尔科夫理论将演变全过程与时间相关联，最终建立了动态贝叶斯风险分析模型.该模型基于贝叶斯理论进行泄漏、致灾模式及后果节点的概率计算，实现了对燃气管网事故的原因诊断及事故发展态势预测.以松原"7.4"燃气爆炸事故为例，应用本模型演示了燃气管网事故推演技术，结果表明:事故是由第三方施工破坏引发燃气泄漏，由于燃气在土壤中的扩散范围不断扩大，扩散范围内受限空间数量不断增加，人员活动情况也更加复杂，进而增大了燃气聚集与点火概率；结合事故现场条件，本模型对这起爆炸概率进行了推演，认为此次燃气爆炸概率将在泄漏60 min后达到42.3%，高于安全泄放概率；该结果与真实情况基本相符，进一步验证了模型的可行性与可靠性.      

基于互信息的动态网络链路预测算法研究

链路预测中关键的问题是如何通过已知的节点属性信息和网络的结构特征来衡量两个节点之间产生连边的可能性.传统的链路预测算法假设网络结构是保持不变的,而实际系统中的时间信息对网络的结构和网络的动态特性有很大的影响,从而导致了传统方法预测精度较低.为此,通过将互信息方法与移动平均模型相结合,提出了移动平均互信息方法.该方法不仅考虑了节点之间的共同邻居信息,还利用历史信息描述了网络的演化模式.在4个动态网络中的实验结果表明,移动平均互信息方法优于传统的对比方法,在预测精度上有了较大的提高.     

城市物流网络空间结构集聚扩散演化模型

以城市物流网络空间结构为研究对象,运用复杂网络方法构建了以经济机制为驱动、网络总成本最小为目标,考虑网络规模动态变化、空间距离限制等条件的拓展加权BA模型(无标度网络模型),对其集聚扩散演化进行了研究;并设计了演化算法,利用MATLAB进行了仿真试验和分析。研究结果表明:集聚经济是城市物流网络空间结构集聚形态(集聚演化)的形成机制,集聚不经济是分散、均衡形态(扩散演化)的形成机制;演化中集聚机制的作用更明显;物流节点比通道更能体现集聚扩散演化特征。所构建的模型能够模拟和分析城市物流网络空间结构集聚扩散演化的过程与特征,并揭示经济性演化机制的作用机理。     

航空网络结构鲁棒性分析

针对航空网络中大量的三元组结构，提出三元组相对量测度用以衡量航空网络结构鲁棒性．基于相对熵理论，提出更一般的网络结构变化测度指标，即度分布相对熵和集聚系数分布相对熵，来评价航空网络特征分布的变化．运用复杂网络理论构建国内航空网络模型，采用多种攻击策略对国内航空网络的结构鲁棒性进行仿真实验．结果表明：国内航空网络在各测度与攻击方式中表现出不同的结构鲁棒性，三元组相对量不仅反映了网络结构，而且呈现了网络功能变化；最小三元组边在维持网络运输功能上也表现出重要意义．