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基于复杂网络理论的铁路编组站脆弱性分析

作　者: 杭家荣
导　师: 林柏梁
学　校: 北京交通大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 编组站复杂网络重要性脆弱性网络结构熵
分类号: U291.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

编组站作为我国铁路网的基层生产单位,是铁路网上重要的车流集散地和交通枢纽。编组站布局对改善整个路网的车流组织态势、保证铁路货物运输畅通起着决定性的影响,对铁路运输业的可持续发展具有十分重要的作用。由此可见,编组站的脆弱性关系到整个铁路网的稳定,影响着车流组织与效益,因此编组站脆弱性分析研究对于发现铁路运输系统中的薄弱环节、优化我国的路网布局规划具有非常重要的意义。本文在借鉴国内外研究成果的基础上,结合我国铁路的运输组织特点及未来的发展方向,运用复杂网络理论对铁路货运网上40个部控编组站进行脆弱性分析。本文的主要研究工作及创新点包括：1.运用复杂网络的相关原理对我国铁路网编组站的布局特性进行了测算分析。构建了铁路货运地理网与铁路货运车流网两个网络模型,测算分析了编组站的度、介数、度与介数的相关性；聚类系数和富人集团系数,并得出了相关结论。2.定义了编组站在地理网上的重要性,从编组站重要性这个侧面来分析编组站的脆弱性,将编组站在货运地理网上的度、介数和接近度选作编组站重要性的评价指标,然后运用层次分析法求得编组站的重要性及其排序结果,并结合实际路网来解释相关结论。3.以铁路网功效性为基础严格定义编组站的脆弱性,从方法与结论两个方向将基于拓扑网络的脆弱性与基于权重网络的脆弱性进行对比分析,确定后者为编组站的脆弱性表述方式,最后将编组站脆弱性与编组站重要性在测算方法与结果上进行对比分析,得到编组站脆弱性与编组站重要性是正相关的,说明了编组站脆弱性与重要性保持一致性,从而也论证了用编组站的重要性来分析编组站脆弱性的合理性。4.提出一种间接反映编组站脆弱性的定性方法。基于网络结构熵的编组站脆弱性分析方法更加细致地表现出网络中具有不同统计属性的编组站脆弱性的区别,同时也证明了基于介数的网络结构熵比基于度的网络结构熵在分析评价网络节点的脆弱性时更加优越。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-18
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
    1.2.1 脆弱性分析方法研究  13-14
    1.2.2 复杂网络理论在交通网络的研究现状  14-16
  1.3 论文结构与方法  16-18
    1.3.1 论文的组织结构  16-17
    1.3.2 论文的技术路线  17-18
2 复杂网络理论基础  18-26
  2.1 复杂网络的基本概念  18
  2.2 复杂网络的统计特征  18-21
    2.2.1 度与度分布  19-20
    2.2.2 聚类系数  20
    2.2.3 平均路径长度  20
    2.2.4 介数  20-21
    2.2.5 有效性  21
  2.3 复杂网络的拓扑结构及性质分析  21-25
    2.3.1 规则网络  21-22
    2.3.2 随机网路  22-23
    2.3.3 小世界网络  23-24
    2.3.4 无标度网络  24-25
  2.4 本章小结  25-26
3 铁路货运网络及编组站布局特性  26-39
  3.1 编组站与编组站布局概述  26-28
  3.2 铁路货运网网络模型的构建  28-30
    3.2.1 铁路货运地理网  28-29
    3.2.2 铁路货运车流网  29-30
  3.3 基于铁路货运地理网的编组站统计特性分析  30-34
    3.3.1 货运地理网中编组站的度  30-31
    3.3.2 货运地理网中编组站的介数  31-33
    3.3.3 编组站度与介数相关性  33-34
  3.4 基于铁路货运车流网的编组站统计特性分析  34-38
    3.4.1 货运车流网中编组站的度和强度  34-35
    3.4.2 货运车流网的聚类系数  35-36
    3.4.3 货运车流网的富人集团系数  36-38
  3.5 本章小结  38-39
4 基于AHP算法的铁路网编组站重要性分析  39-50
  4.1 节点重要性与脆弱性  39
  4.2 AHP层析分析法  39-41
    4.2.1 层析分析法的研究背景  39-40
    4.2.2 层析分析法的基本理论  40-41
  4.3 基于AHP算法的节点重要性算法  41-47
    4.3.1 节点重要性评估方法  41-42
    4.3.2 基于AHP算法的节点重要性参数设计  42-43
    4.3.3 基于AHP算法的铁路编组站重要性测算  43-47
  4.4 结合实际地理网对编组站重要性的解释  47-49
    4.4.1 重要性较高的编组站分析  47-48
    4.4.2 重要性较低的编组站分析  48
    4.4.3 理论与实际存在偏差的编组站分析  48-49
  4.5 本章小结  49-50
5 基于铁路货运地理网功效性的编组站脆弱性分析  50-60
  5.1 功效性与脆弱性  50-52
    5.1.1 功效性和脆弱性的定义  50-51
    5.1.2 脆弱性与其他指标的区别  51-52
  5.2 基于铁路货运地理网的编组站脆弱性分析  52-55
    5.2.1 脆弱性分析方法  52
    5.2.2 两种编组站脆弱性的比较分析  52-55
  5.3 结合货运地理网对编组站的脆弱性结果解释分析  55-56
  5.4 编组站脆弱性与编组站重要性对比分析  56-59
    5.4.1 测算方法的对比分析  56-57
    5.4.2 测算结果的对比分析  57-59
  5.5 本章小结  59-60
6 基于网络结构熵的编组站脆弱性分析  60-69
  6.1 网络结构熵  60-62
    6.1.1 网络结构熵及其研究现状  60-61
    6.1.2 网络结构熵在脆弱性分析中的应用  61-62
  6.2 基于不同要素的铁路货运车流网的网络结构熵  62-64
    6.2.1 基于度的网络结构熵  62
    6.2.2 基于介数的网络结构熵  62-64
  6.3 算例仿真分析  64-68
    6.3.1 一般节点脆弱性分析  64-67
    6.3.2 枢纽节点脆弱性分析  67-68
  6.4 本章小结  68-69
7 结论与展望  69-71
  7.1 论文的主要结论  69
  7.2 需要进一步研究的问题  69-71
参考文献  71-74
作者简历  74-76
学位论文数据集  76

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