基于复杂网络理论的中国高速铁路网络特征分析
基于复杂网络理论的道路网自组织结构和协同生长机理研究
基于复杂网络理论的道路网 自组织结构和协同生长机理研究
张 红 （ 学学院 ） 地
道路 如根 ，蜿蜒 于城市 ，深入刻 画城 市肌理 。如 同人体 血脉 ，道路昼夜不停为城市系统输 送各种 能量 （ 息流 、人流及物流等 ） 信 ，城市 由此焕发无 限生机 。发掘道路网组织结 构的一般原
统误差而具有很好 的平滑性 ，因而常用双差及三差 观测 序列来检测周跳 。电离层残 差也是较好 的周跳探测量 。在 电离层正常 时 ，短基 线 电离层残差 的短时变化是很小 的 ，可 以作 为周跳 探测 的检验量 。常用 的周跳检测方法有 多项 式拟合法 、卡尔曼 滤波法 、基于三差 的选权选代法 、小 波 分析法等 ，这些方法大多只适用于静态接收机 。 有关 Ｇ Ｓ相位整周模糊度分解 的理论 与算法 一直是 国内外学者竞相研究 的热点 。Ｇ Ｓ Ｐ Ｐ 基线
尺度 、多层次 和不 同时点上表现 出的 自组 织结 构规律的研究 鲜见。
１２复杂 网络理论研究综述 ．
复杂 网络理论 以图论 和统计 物理学方法为 指导 ，提供网络结构 与功能研究 的新视角 。复杂
网络研究 的兴 起 ，得益 于国际上 两篇学术论 文的发表 。这两篇文章分别指 出大部分现实世界 网 络共 有 的两大特征 ，包括 ：①“ 小世界”（ｍａ ． ｒ ） ｓ ｌｗｏｌ 特征 ，即网络兼具随机 网络 的短 的特征路 １ ｄ
２１ ０ ２年第 １期
间分布信息（ 汽层析）的基础 。 水
１ 移 动 Ｇ Ｓ周跳探测 与模糊 度分解 的国 内外现状与发展趋势 ． ５ ＮＳ
对于移动接 收机来说 ，获取 实时对 流层延迟 的关键 问题是实时周跳 的探测 、修 复与模 糊度
分解 ， 目前虽有 许多方法 ，但都存 在这样或那样 的问题 。在周跳探测方 面 ，目前有 多种检测的 方法 。其共 同之 处都是利用载 波相位观测值在无周跳 时应是一个连续 的平滑序列 的性质。由于 钟差 的影 响 ，非 差和单差观测量 的平滑性均较差 ，而双差及三差观测量 由于消除了许多公共系
基于复杂网络的高速铁路网络结构特征分析
运营管理基于复杂网络的高速铁路网络结构特征分析刘明玮1，2，宋锴3，李博1，2，李靖1，2（1.中国铁路列车运行图技术中心，北京100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司运输及经济研究所，北京100081；3.中国国家铁路集团有限公司运输部，北京100084）摘要：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。
关键词：复杂网络理论；高速铁路网；网络拓扑；L Space；无标度网络；小世界网络中图分类号：U238；U29 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2024）03-0087-09 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.08.03.0010 引言铁路作为国民经济大动脉，具有投资规模大、建设周期长、影响范围广的性质，车站和线路变化影响其他交通设施的区域性质，甚至影响整个网络的运输功能。
铁路运输网络节点数量多、枢纽结构复杂，具有复杂巨大系统的特性，从复杂网络系统的角度分析网络结构特性，深入挖掘静态物理网络信息，对未来规划及建设具有重要参考意义。
近年来，国内外多位学者已从铁路网络结构拓扑特性角度展开分析，验证铁路网络具有小世界或无标度特性。
Li等［1］应用网络科学分析我国铁路基础设施网络结构；Monmand等［2］利用P Space模型分析巴基斯坦铁路网络的结构特性；Cao等［3］分析以城市为节点、基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目（P2021X008）；中国铁道科学研究院集团有限公司科研开发基金项目（2021YJ312、2022YJ012）第一作者：刘明玮（1996—），女，助理研究员。
我国高铁网络的形成及发展演化
一、引言
铁路是国家重要的基础设施，对国民经济发展影响 重大［１］。从 １９９７ 年到 ２００７ 年，中国铁路先后进行了 ６ 次 大提速［２］，由普通铁路时代进入快速铁路时代，极大地促 进了地区间人员物资的运输效率。２００７ 年起，国家铁路 开始由快速铁路向高速铁路（以下简称高铁）进行转变。 中国大陆最早开通的高铁为秦沈客运专线，于 ２００３ 年 ７ 月 １ 日正式运营。２００８ 年，铁道部提出了“四纵四横”的 铁路网规划，中国高铁建设运营进入快速发展期，截止到 ２０１５ 年底，全国高铁营业里程超过 １．９ 万公里，占到了全 球高速铁路运营里程的 ５０％以上 ［３］，高铁站点超过 ２００ 个，基本建成了四纵四横的铁路网，成为世界上高铁通车 里程数及开通站点数最多的国家。高铁具有快速、准时、 容量大的特点，其开通运营极大地压缩了城市间时空距 离，提高了城市间的可达性，逐渐成为城市间交通的重要 方式，极大地促进沿线地区的经济发展。２０１６ 年 ７ 月，在 “四纵四横”的基础上，国家进一步提出“八纵八横”的《中 长期铁路网规划》，高铁建设进入新一轮高潮。
２、网络参数的界定 （１）无向网络：一般情况下，如果能从城市 Ａ 乘坐高 铁到达城市 Ｂ，那么也能够从城市 Ｂ 沿相同线路到达城 市 Ａ。因此，在进行数据提取时，不考虑线路的方向，将网 络抽象成无向网络。 （２）非加权网络：不考虑高铁网络中的高铁发车频次 和数量，即不考虑网络中的连接权重的问题，将网络抽象 成非加权网络。构建的高铁网络基于站点的空间位置，即
二、文献综述
现有的我国高铁网络研究集中在区域经济、旅游发 展和交通网络分析等领域。
陆军（２０１６）通过依据二维扭曲时空地图体系，制作 “时空压缩地图”，建立新的空间高铁网络，研究认为高铁
高铁网络的拓扑特征研究及抗毁性分析
高铁网络的拓扑特征研究及抗毁性分析高铁网络的拓扑特征研究及抗毁性分析随着高铁的广泛发展，高铁网络在现代交通系统中起着越来越重要的作用。
而高铁网络的拓扑特征和抗毁性则成为了研究的热点之一。
本文将对高铁网络的拓扑特征及抗毁性进行研究，并探讨其对高铁网络的运营和应急管理的影响。
一、高铁网络的拓扑特征高铁网络的拓扑特征是指网络中各节点之间的连接方式和网络结构。
研究高铁网络的拓扑特征有助于提高高铁网络的运营效率和安全性。
1. 网络中心性：高铁网络中的节点可以根据其在网络中的中心性进行分类，常见的中心性指标有度中心性、接近中心性和介数中心性。
度中心性衡量了节点有多少直接连接，接近中心性衡量了节点在网络中的位置离其他节点的距离，介数中心性衡量了节点在网络中的应急信息传递的能力。
研究表明，高铁网络的中心节点对整个网络的运营和应急管理具有重要影响。
2. 网络连通性：高铁网络的连通性决定了网络中信息和人员的流动性。
网络中节点之间的连接方式可以分为核心-边缘结构和全互联结构两种。
核心-边缘结构是指网络中存在中心节点和边缘节点，核心节点与其他节点有更多的连接，而边缘节点只与核心节点相连。
全互联结构则是指网络中的节点之间全部相连。
高铁网络通常采用核心-边缘结构，以保证高效的信息传递和运营流程。
3. 网络复杂性：高铁网络的复杂性表现为网络中的节点之间存在交互关系，节点之间可能存在多重连接和强耦合关系。
高铁网络的复杂性使得网络的运营管理变得困难，同时也增加了网络的抗毁性。
二、高铁网络的抗毁性分析高铁网络的抗毁性是指网络在受到外界破坏时仍能保持运营和恢复能力的能力。
研究高铁网络的抗毁性有助于提高高铁网络的安全性和可持续发展能力。
1. 抗毁性指标：高铁网络的抗毁性可以通过一些指标进行度量，如网络的鲁棒性、强连通性和恢复能力等。
鲁棒性指网络对于随机或有目标性的攻击的抵抗能力；强连通性指网络中无论是由于外界袭击还是组件故障，网络仍然能保持全局的连通性；恢复能力指网络在遭受破坏后的恢复速度和恢复程度。
高速铁路移动通信网络研究
高速铁路移动通信网络研究随着我国高速铁路的发展，高铁无论从线路总长、运行速度和建设规模均处于世界领先地位．我国的高速铁路已经覆盖了全国90%以上的居住人口，相比于普通铁路，高铁车速较快、车身屏蔽性较强、无线信号穿透车体的衰耗较大．由于高铁的这些特殊性，手机信号覆盖的难度比较大，如何有效良好地覆盖高铁手机用户，有许多课题需要我们进行深入的研究．1影响高铁移动网络覆盖的因素1．1多普勒频移高铁载着手机用户高速移动时，会产生信号发射频率和接收频率之间的偏差，容易发生多普勒频移．当高铁高速运动时，高铁中的移动台与基站的位置也在不断的快速变化中，会发生非常严重的频率偏移．高铁速度越快频率偏移越严重，当移动台移动速度超过210km、h时，多普勒频移就非常明显了．移动台在相同的电磁环境下，通话质量明显恶化．1．2天线的高度与列车的距离铁路信号传播模型:Ld=m+nlogd基站距离铁路的最佳距离模型见图1:由公式可以推导出，基站到列车的距离如果小于90m，由于天线穿透角度过小，无线信号衰减较大;如果大于490m，则无线信号的传播距离过大，造成的空间衰耗也较大．所以，建议基站高度建设应该在25m到30m之间，距离高铁线路约300m左右．1．3隧道的影响高铁沿线往往有许多隧道，隧道内无线信号传播条件差．电磁波在隧道中传播时，会被屏蔽和吸收．除此之外，当高铁以高速穿行于隧道中时，隧道口将形成一股很大的压强，在隧道中会产生填充效应，此时的电磁环境和物理环境都和没有列车经过时有很大的区别．这些情况都会对无线信号在隧道中的覆盖产生很多不利的影响．1．4信号屏蔽高铁列车从空气动力学和安全性上考虑，车体一般釆用密闭式设计且使用特种金属材料，这样无形之中增大了无线信号穿透车体的衰耗．据实地测量，信号穿透车体的衰耗最大可以达到25～30dBm，为了保证车厢内信号电平强度达到－95dBm以上，车体外信号至少需要达到－65～－70dBm左右．我们知道随着高铁的快速移动，信号会快速衰落，而车体的屏蔽又会对无线信号产生屏蔽．在这样的条件下手机主导频点会频繁切换，通话中也会产生断续、掉话的现象，这些情况下，不但系统开销大大增加，服务质量也大为降低．1．5施工、运行和维护铁路沿线施工情况具有不确定性，部分施工为室外作业，工程实施安全条件差．需要考虑站点设备站址选择、防盗、引电、监控、避雷接地、传输等各类问题，工程实施难度大．在一些无法提供电源的地区还要考虑采用太阳能、风能等自然资源来进行供电．在隧道环境中施工，还受限于隧道中狭小的设备安装空间．隧道施工对走线和施工时间都有更严格的要求．一般高铁隧道覆盖系统均要在铁路开通前建设完成，如开通后建设时间将难于控制，而建设前完成又难于对覆盖效果进行测试，这都是现实的环境问题．高铁隧道内的通信设备一般应优先使用铁路内部的供电系统，特殊情况下才考虑使用民用供电系统．2高铁移动信号覆盖组网方式2．1公网覆盖方案公网覆盖是指利用现网资源，针对高速铁路的特点，对高铁沿线附近的基站进行改造，其特点主要是利用现网来覆盖高铁．这种覆盖方式只需要对铁路沿线的通信网络做部分调整，对现网的影响较小．因为既要保证高铁的覆盖又不能过多影响原有网络，所以需要进行网络整体规划，设计的难度较大．列车在高速行进的过程中，切换较多，系统开销较大，保证通信质量的难度也较大．公网覆盖一般使用如下覆盖的方法:2．1．1增补基站和使用高增益基站天线首先要对高铁沿线进行路测，根据测试结果，在距离宏站较远，接收信号较差的地方，增加宏站．根据高铁覆盖区域较为笔直且狭长的特点，尽量在靠近高铁沿线300m的范围内设立新的宏站，通过安装大功率宏站设备，适当增加宏站输出功率，使用高增益，方向性强的天线，提高信号覆盖半径，以达到最大限度的降低建设成本，较少切换次数，提高信号质量的目的．2．1．2新增扇区和进行网络优化新增扇区是指在原有的基站三个扇区的基础上再增加一个扇区．在新增的扇区上使用功分器来覆盖铁路沿线两方向．由于高铁和高铁附近区域都要覆盖，加上高铁覆盖的特殊性，重选切换序列复杂，容易出现切换掉话的情况，所以要对原有高铁沿线和周边区域做统一的网络优化，尽量简化邻区关系，做好小区的切换关系和优先级、优化邻区列表、调整各种切换算法、切换门限和出发时延，这样就可以减少小区切换和重选，减少系统开销，提高覆盖效果．由于需要同时满足高铁用户和高铁周边用户的需求，公网覆盖对话务量的需求较高，基站需要进行适当的扩容．公网覆盖后期的网络优化难度较大，复杂程度较高，很难满足高铁进一步提速的要求，只能作为过渡性的组网方式．2．2专网覆盖方案专网结构要求专网信号只覆盖高铁沿线和各个换乘站，具体来讲就是该网络只服务于高铁移动用户，它要求在专网的覆盖区域，移动信号仅仅只覆盖铁路沿线和各个换乘站，应控制天馈发射功率、调整天馈方向角和俯仰角，采取各种措施尽量避免信号泄露到高铁外围区域．在高铁沿线专网为一个独立的通信网络，不与原有通信网络发生切换关系．专网有唯一的重选切换序列，切换关系只在专网内部进行，重选和切换更为顺畅．专网与现网相比较，专网使用有别于现网的频率规划，专网形成虚拟的独立网络，只在各个换乘站专网和现网重叠区域设立切换区，保留切换关系．专网不与公网设立相邻小区，与公网没有小区重选和切换关系，这样就保证了专网内信号纯净，减少了频繁切换，降低了干扰．高铁专网的所有切换和重选只在专网内部进行，仅仅保留了与公网的主要相邻关系，大大简化了与公网的邻区关系．相比于公网，专网只覆盖高铁沿线区域，以满足列车上用户的需求为主，对话务量需求较小，只需要配置较少的载频，频率规划比较简单．使用专用频率，可以单独预留载频进行规划，后期的网络优化也较为简单．日后通过进一步的网络优化，专网能够比较容易的满足高铁进一步提速的要求．所以专网应作为未来高铁覆盖的主要方式．2．3车载方案车载方式是将直放站设备放置在动车车厢(1、3、6、8、9、11、14、16)的机架上，每个车厢放置泄漏电缆．每节动车车厢和其拖车间设置两条射频跳线和连接器，每节车厢顶部中间安装室外定向天线，详见图2．车载方案的优点是能与地面网络相配合，满足全车的各种公共通信业务需求，并支持高速移动的无线通信、4G的高速数据业务．在各个车站，可新建专网进行覆盖，也可继续使用现网进行覆盖，只需在车厢的换乘区域做好切换关系．3对现网的优化由于高铁的通信网络的特殊性、结合覆盖方式和投资特点，现有高铁优化方案选择上，多采用公网优化方案．对公网优化一般应从以下几点考虑:3．1天线的调整天线的调整一般是覆盖优化最先考虑的方法，同时也是最为有效的方法之一．由于高铁信号覆盖区域呈现狭长带状，这就需要基站的天馈系统能覆盖较远的距离．在对高铁沿线基站进行天馈调整时，主要应该尽量提高天线挂高，一般挂高应在42m至60m之间．对天线的选择上，应该使用方向角较小，而增益高的天线，以提高信号的强度，一般应选用天线增益为21dBi至23dBi的天线．要选择水平波瓣为30度的定向天线，当基站距离高铁较远时，则需要采用水平波瓣为65°，垂直波瓣为6°以上的基站天线，并适当的对天线的方向角和下倾角进行调整，调整方向角的目的是为了使基站天线的主瓣方向顺着高铁沿线进行覆盖，进而提高移动信号的覆盖效果．在高铁沿线的移动信号覆盖中，应尽量减小下倾角的设置度数，目的是提高单站的覆盖的距离．3．2调整基站天线波瓣角度我们结合基站的位置和天线覆盖角度，针对部分路段信号较弱，但又无法通过调整天线来解决的，可以通过调整天线波束角度来加强信号覆盖．一般来说，波束角度取值越小，能量可以更集中在高铁沿线，可以有效提高铁路沿线的信号的覆盖效果．3．3调整功率我们可以通过调整小区的发射功率，提高覆盖效果．但是功率设置过高，虽然可以提高小区的覆盖范围，但会加大小区重叠区域．未来高铁运营速度会在360km、h以上，理论上重叠覆盖区域在234m到254m之间，在调整中需要考虑一定余量，保证切换时间在3左右，否则用户将很难完成起呼．而且还会造成邻近小区的干扰;而如果基站输出功率过小，虽然可以降低干扰，但是可能造成部分区域信号较弱，出现盲区或弱信号区．所以，在进行功率调整之前，需进行详细的现场路测，根据路测结果进行相关参数的调整．3．4梳理网络结构造成网络质量下降的重要原因之一是频繁切换，所以在满足信号覆盖的前提下，可以对服务小区进行覆盖分析和网络优化，通过ＲF优化，调整天馈的方向角、降低输出功率、删除邻区关系、调整切换参数、改变优先级等方法，尽量将高铁沿线一些非必要的扇区剔除出高铁覆盖区，从而使高铁沿线有明确的主服务小区，同时要避免主服务小区频繁更换，要重点治理导频污染，并进行小区碎片整理，进而减少邻频干扰、断续、掉话和乒乓效应的发生．3．5切换、重选参数优化．为了消除切换、重选慢导致小区边界信号强度偏弱的问题，我们可以通过小区合并、调整切换时延、切换迟滞，调整小区偏置、重选、延迟等参数来解决．在车速很快的情况下，信号强度变化非常快，极易产生乒乓效应．乒乓切换一般是由主导小区变化过快，致使两个以上的小区交替成为主导小区，而每个小区成为主导小区的时间都很短，或者是覆盖区内根本就没有主导小区，每个小区的信号质量都很差．这两种情况往往导致切换不及时而导致掉话．我们可以通过优化调整系统工程参数，比如改变切换带的位置、大小;重新配置小区参数，比如调整信道功率配比、邻频关系;在对路测结果进行充分研究、对信令仔细分析后，进行性能参数优化调整．4结语目前国内大部分已建成的高铁通信系统都是针对2G、3G系统建设的，随着4G网络的正式商用，将4GLTE系统引入高铁是迫切所需的．通过对高铁特点的分析，LTE系统可以与原有系统共用一套天馈系统，这样既节约投资又减少了施工的难度．在场强设计时，应结合高铁信号的覆盖方式和特点采取一些抗干扰措施，以保证系统的性能指标．。
基于复杂网络理论的我国高速铁路网络抗毁性研究
基于复杂网络理论的我国高速铁路网络抗毁性研究随着我国高速铁路飞速发展,高铁网络不断完善,高速铁路在保障国民出行、促进社会经济平稳发展中发挥着越来越重要的作用。
稳定可靠的高速铁路网络对我国居民日常出行、物资运输具有重要的意义。
由于铁路内部故障或不可抗力因素,导致我国高速铁路网络部分线路中断、部分站点暂停运营的事故时有发生,对我国高速铁路网络的服务能力造成不同程度的影响。
为保障我国高速铁路网络平稳运行,积极应对高铁网络故障,本文运用复杂网络方面的基础理论与方法,从多个角度对我国高速铁路网络抗毁性进行了深入的研究。
首先,分析了我国高速铁路网络结构,构建了包含208个节点、336条边的高速铁路网络拓扑模型,并对网络的各项静态特征进行计算分析,发现我国高速铁路网络既不具有无标度特性,也不具有明显的小世界特性。
其次,提出了我国高速铁路网络抗毁性定义,设计了可达节点对比例、集聚系数、网络效率、平均路径长度、最大连通子图相对大小5种抗毁性测度,选择随机攻击、初始度攻击、初始介数攻击、重新计算的初始度攻击和重新计算的初始介数攻击5种攻击策略,在此基础上构建了我国高速铁路网络抗毁性评估模型。
然后,运用MATLAB软件对我国高速铁路网络抗毁性进行了仿真研究,研究内容及结论包括以下三个方面。
一是研究不同攻击策略下随着失效节点或边不断增多,我国高速铁路网络各项抗毁性测度的变化,研究发现:随机攻击策略下,网络的抗毁性能较好,当移除30%的节点或边时,网络的抗毁性能仍保持较高的水平;在选择攻击策略下,网络的抗毁性能较差,当移除10%的节点或边时,网络的抗毁性能急剧下降。
二是研究了我国高速铁路网中单个节点和边失效对网络抗毁性能的影响,研究发现:影响我国高速铁路网络连通抗毁性和效能抗毁性的关键节点和关键边。
三是研究不同加边策略下我国高速铁路网络的抗毁性仿真评估,研究发现:通过对网络进行加边,能够有效提升我国高速铁路网络抗毁性,最小度之和加边策略对我国高速铁路网络抗毁性效果最显著。
中国铁路网的可达性分析
中国铁路网的可达性分析作者：江娟肖宁来源：《物流科技》2013年第06期摘要：基于铁路网的特征，利用双层网络模型对中国铁路网进行建模。
在模型的两个层面上分别研究中国铁路网的可达性：物理层可达性、逻辑层可达性。
由于两个层面上的指标侧重点不同，导致结果存在明显的差异。
物理网络层面上，可达性较好的节点主要分布在中部和东部地区；逻辑网络层面上，可达性较好的节点主要分布在经济发达、客流量大的城市。
结果的差异说明了在利用复杂网络理论研究实际的复杂系统时，结合实际系统的基本特征能够使分析更加合理、准确。
关键词：中国铁路网；双层网络模型；最短路径；列车路径；可达性中图分类号：F530 文献标识码：A中国是一个典型的大陆型国家，由于经济联系和交往跨度大，铁路运输系统是一项重要的基础设施系统。
它将整个国家联系起来的同时还能引导和促进其它运输方式以及国民经济的发展。
铁路运输具有载运量大、运行成本低、安全准时、能源消耗少的特点。
在中国交通运输中发挥着其他交通方式不可替代的作用。
党的十六大以来，我国的铁路事业进入了全面建设时期，在许多方面取得了显著的成就。
可达性是评估交通网络的一项重要指标。
这个概念由Hansen在1959年首次提出，他将网络的可达性定义为网络中的各节点间相互作用的几率大小[1]。
多年来，通过不断的引申和发展，可达性的内涵日益丰富。
评价它的方法和指标也日益多样，各种方法和指标有着不同的侧重点[2-4]。
可达性分析广泛应用于交通领域的相关研究中。
Javier Gutikrez在1996年对欧洲铁路网的可达性进行了预测性的分析。
他们根据欧洲铁路2010年的规划图，分析了高速铁路的发展对整个铁路网络在时间距离上的可达性的影响，并且分析了铁路的发展对城市格局的影响[5]。
同样，2004年金凤君和王娇娥也将运输距离以及通达性系数等作为指标，分析了中国铁路网络的可达性。
他们根据中国铁路网可达性的演变，分析了中国铁路的发展历程，将中国铁路网的发展总结为起步、筑网、延伸和优化四个阶段[6]。
基于复杂网络理论的交通网络鲁棒性分析
基于复杂网络理论的交通网络鲁棒性分析交通网络作为现代社会的重要基础设施，对于经济发展和人们的日常生活起着至关重要的作用。
然而，交通网络在运行过程中面临着各种各样的干扰和破坏，如自然灾害、交通事故、道路施工等。
这些干扰可能会导致交通网络的性能下降，甚至瘫痪。
因此，研究交通网络的鲁棒性，即网络在遭受干扰或破坏时仍能保持其基本功能的能力，具有重要的理论和实际意义。
复杂网络理论为研究交通网络的鲁棒性提供了有力的工具。
一、复杂网络理论概述复杂网络是由大量节点和节点之间的连接边组成的系统。
在交通网络中，节点可以是道路交叉口、车站等，连接边可以是道路、铁路等。
复杂网络具有一些重要的特征，如小世界特性、无标度特性和社团结构等。
小世界特性指的是网络中任意两个节点之间的平均距离较短，大多数节点之间可以通过较少的步骤相互连接。
这意味着在交通网络中，信息和交通流可以在较短的时间内传播到较远的地方。
无标度特性则表明网络中存在少数具有大量连接的节点（称为枢纽节点），而大多数节点的连接数较少。
在交通网络中，一些重要的交通枢纽，如大城市的机场、火车站等，就类似于枢纽节点。
社团结构是指网络可以划分为若干个内部连接紧密、外部连接稀疏的子网络。
在交通网络中，不同的区域或城市之间可能形成不同的社团。
二、交通网络的建模为了研究交通网络的鲁棒性，首先需要对交通网络进行建模。
常见的交通网络模型有拓扑模型和流量模型。
拓扑模型主要关注网络的结构，将交通网络抽象为节点和边的集合，不考虑交通流量等因素。
这种模型简单直观，可以用于分析网络的基本拓扑特征，如节点度分布、平均路径长度等。
流量模型则考虑了交通流量在网络中的分配和传播。
通过建立交通流的数学方程，可以模拟交通网络在不同情况下的运行状态。
流量模型更加接近实际交通情况，但计算复杂度较高。
在实际研究中，通常会结合使用拓扑模型和流量模型，以更全面地了解交通网络的特性。
三、交通网络鲁棒性的评估指标评估交通网络的鲁棒性需要使用合适的指标。
《交通运输系统工程与信息》2020年总目次
第20卷第6期2020年12月交通运输系统工程与信息Journal of Transportation Systems Engineering and Information TechnologyV ol.20No.6December2020 2020年总目次决策论坛(Decisionmaking Forum)未来城市交通及其对未来城市发展影响……………………………………………………………彭宏勤,张国伍(1–2)基于Epsilon约束法的高速铁路客票多目标定价研究………………………………………………李雪梅,曹慧卓(1–6)弹性工作制和动态停车收费组合策略研究………………………………………李浩,宁煦棋,俞璐,陈浩(2–1)缓解城市交通拥堵的CO2减排效益评估方法研究………………………………李振宇,廖凯,崔占伟,刘洋(2–8)城市轨道交通峰前折扣定价方案编制模型………………………………………………邹庆茹,姚向明,赵鹏(2–13)运输需求与成本不确定下的枢纽港选择…………………………………………………赵旭,许航,刘娇(3–1)共享自动驾驶汽车经营策略优化分析………………………………………………………田丽君,刘会楠,许岩(3–6)轨道交通与城市协同发展的空间差异性分析：以北京市为例……………………白同舟,蔡乐,朱家正,林旭(3–14)弹性停车激励机制下驾车者竞价行为演化机理研究……………………………高良鹏,季彦婕,汤斗南,张水潮(4–1)市场竞争下考虑发车间隔的中欧班列定价与补贴决策研究……………………谢雨蓉,高咏玲,陈永东,王庆云(4–7)基于韧性评估的地铁网络修复时序决策方法……………………………张洁斐,任刚,马景峰,高瑾瑶,朱形(4–14)考虑收益管理的高铁平行车次动态差别定价………………………………………………………蔡鉴明,欧阳姗(5–1)停车许可证的动态最优供给策略…………………………………………王鹏飞,王安格,关宏志,赵磊,赵鹏飞(5–9)变革中的交通运输(Transportation in Evolution)科技进步对交通运输系统发展的影响………………………………………………………………王庆云,毛保华(6–1)交通运输网络系统工程……………………………………………………………………关伟,吴建军,高自友(6–9)城市区域物流无人机路径规划…………………………………………张洪海,李翰,刘皞,许卫卫,邹依原(6–22)错峰通勤对疾病传播的影响——以上海为例…………………………朱玮,王嘉欣,陈薪,张岩,张楠(6–30)运输速度技术对未来客运业发展的影响研究…………………黄俊生,周琪,肖中圣,杜鹏,冯佳,陈海波(6–37)制造业离岸和回流对我国港口发展的影响………………………………邵丽花,李宁海,唐清,宋丽英,王新昌(6–47)突发公共卫生事件持续期居民中长距离出行方式选择行为研究……骆晨,董青,姚擎,张海荣,王倩茹(6–57)基于出行行为模型的出行感染风险评估……曹奇,任刚,李大韦,朱茂莹,马景峰,宋建华,朱玉霖,何煜洪(6–63)新冠疫情对老年人公交出行行为的影响…………………………………………………刘建荣,郝小妮,石文瀚(6-71)时间社会学视角下老年人对家庭出行行为的影响研究…………………………………何保红,李静,王雨佳(6-77)新冠疫情对城市核心区交通安全的干预效应分析……………………赵丹,王景升,周妍,刘东,邢立利(6-84)综合交通运输体系论坛(Forum about Comprehensive Transportation System)轨道交通网络级联失效影响范围研究………………………………………………………………熊志华,姚智胜(1-12)纯郊区轨交线对房价的影响分析…………………………………………………………李俊芳,刘志钢,胡华(1-19)托运人在不同时空下的选择行为差异揭示…………………………………………………………诸立超,刘昭然(1-27)基于改进Copula的海上运输关键节点应急保障能力评估………………………………李宝德,吕靖,李晶(2-20)基于复杂网络的中国出口集装箱运价指数波动规律……………………………汤霞,匡海波,郭媛媛,蓝贤钢(2-26)中国民航飞机大气污染物排放测算及预测分析…………………………费文鹏,熊羚利,欧阳斌,卞雪航,宋国华(2-33)交通运输系统工程与信息2020年12月考虑换船作业的长江干线集装箱船舶调度………………………………………王清斌,肖勤飞,李秀英,计明军(2-41)基于数据包络分析和扩展置信规则库的交通运输业环境治理成本预测………叶菲菲,杨隆浩,王应明,蓝以信(3-20)基于BWM 的中欧班列客户需求偏好异质性研究………………………李青林,彭其渊,郭经纬,汤银英,张卓(3-28)基于一般均衡的城市交通公平模拟研究……………………………………………………张晨楠,郑吉阳,杨赞(3-33)准班轮模式下干散货船枢纽港转运及联营优化……………………………………………………邵斐,真虹(4-21)区域路网货物运输量统计方法改进…………………………………………………………段莉珍,栾庆熊,赵鑫(4-28)走廊层面交通小区划分方法的优化………………………………………宋俪婧,朱家正,刘雪杰,陈静,缐凯(4-34)产业转移背景下西部运输需求的完全分解模型…………………………………………左大杰,肖国胜,王孟云(5-15)站城融合模式下既有铁路车站城市功能开发体量预测研究……………………冯涛,彭其渊,陶思宇,陈昕梅(5-21)基于出行特征的用地类型推断方法研究……………………………………………………张政,陈艳艳,梁天闻(5-29)考虑超级街区的城市路网边界控制策略研究……………………………张凌煊,帅斌,丁冬,张士行,王睿(6-91)基于票务数据的团体旅客出行目的推断…………………………………钱剑培,邵春福,李军,蔡楠,黄士琛(6-99)不同信息下的逐日路径选择行为实验与模型…………………………刘诗序,王智煜,关宏志,阎昊,贺朝阳(6-106)智能交通系统与信息技术(Intelligent Transportation System and Information Technology)基于视频的交叉口排队过程感知及预测…………………………………余志,黄柳红,李熙莹,栗波,邹兵(1-33)高速场景相邻前车驾驶行为识别及意图预测………………………………………………………张海伦,付锐(1-40)基于贝叶斯建模的轨道占用识别方法……………………………………郭子明,蔡伯根,姜维,王剑,上官伟(1-47)基于分层COX 模型的跟驰反应延迟时间生存分析………………………………张彦宁,郭忠印,高坤,孙智(1-54)基于GMM-CHMM 的城市道路换道行为识别…………………徐婷,温常磊,张香,李宝文,王健,张亚坤(1-61)基于多标记像素匹配的高分辨率遥感图像道路提取……………………………………杨蕴,李玉,赵泉华(1-68)基于半监督哈希算法的交叉口交通状态识别……………………………………张立立,王力,赵琦,张玲玉(1-75)基于多源轨迹数据的城市交通状态精细划分与识别………………………………………邬群勇,胡振华,张红(1-83)基于比功率的自动驾驶交通流油耗分析…………………………………………秦严严,王昊,何兆益,冉斌(1-91)基于加权密集连接卷积网络的快速交通标志检测………………………………邵毅明,屈治华,邓天民,宋晓华(2-48)基于智能路钮的超高速公路虚拟轨道系统研究……………………………………………何永明,裴玉龙,冉斌(2-55)基于视频深度学习的铁路周界入侵检测算法研究………………………………王瑞,李霄峰,史天运,邹琪(2-61)基于自适应迭代学习控制的列车自动驾驶算法……………………………………………………何之煜,徐宁(2-69)考虑博弈的多智能体强化学习分布式信号控制………………………曲昭伟,潘昭天,陈永恒,李海涛,王鑫(2-76)自适应铁路场景前景目标检测………………………………………………………………李兴鑫,朱力强,余祖俊(2-83)改进MOG-LRMF 的铁轨动态异物检测……………………………………………………侯涛,伍海萍,牛宏侠(2-91)基于3DCNN-DNN 的高空视频交通状态预测…………………彭博,唐聚,蔡晓禹,谢济铭,张媛媛,王玉婷(3-39)智能网联环境下基于混合深度学习的交通流预测模型…………………………陆文琦,芮一康,冉斌,谷远利(3-47)基于时延特性建模的多断面短时交通流预测……………………………刘小明,田玉林,唐少虎,尚春琳,魏路(3-54)基于行为识别的智能车纵向决策研究……………………………………………曹波,李永乐,赵凯,朱愿(3-61)考虑车流异质性的信号交叉口疏解车辆跟驰模型………………………王益,荣建,周晨静,高亚聪,刘思杨(3-67)平行流交叉口信号控制策略及效益分析…………………………………………安实,宋浪,王健,杨璐(3-75)基于交叉口双站台的BRT 优先控制研究…………………………………………张鹏,汪鹏飞,孙超,李文权(3-83)II第20卷第6期2020年总目次基于网约车数据的城市区域出行时空特征识别与预测研究………………………………张政,陈艳艳,梁天闻(3-89)城市干线短交织区元胞自动机多级换道决策模型………………………彭博,王玉婷,谢济铭,张媛媛,唐聚(4-41)基于图卷积网络的路网短时交通流预测研究………………………………………………陈喜群,周凌霄,曹震(4-49)基于主线拥堵场景的快速路级联信号控制方法…………………………代磊磊,刘东波,华璟怡,徐棱,王波(4-56)逆向可变车道交叉口信号配时优化方法……………………………………………………………任其亮,谭礼平(4-63)基于行人影响的信号交叉口右转车辆跟驰模型…………………………魏福禄,张斐然,郭永青,刘攀,郭栋(4-71)基于车辆运行数据的疲劳驾驶状态检测…………………………………………蔡素贤,杜超坎,周思毅,王雅斐(4-77)基于GPS 轨迹数据的不同交通状态下交通方式识别流程优化方法……………………………………………………………………………………………………………………………杨飞,姜海航,刘好德,姚振兴,霍娅敏,周子一(4-83)基于GNSS 移动基线的列车完整性监测…………………………………………姜维,刘永强,王剑,张文彪(4-90)智能网联车辆混行交通流中灯语意图识别模型研究……………………梁军,钱晨阳,陈龙,王文飒,赵彤阳(5-36)山区公路驾驶视觉信息量计算方法研究…………………………………孟云伟,陈磊,刘博航,陈炳阳,潘晓东(5-45)基于信令数据的出行强度影响因素分析模型…………………………………………………………………雷方舒(5-51)多源数据融合驱动的居民出行特征分析方法……………………………………苏跃江,温惠英,韦清波,吴德馨(5-56)平行流交叉口行人过街控制策略研究……………………………………………安实,宋浪,王健,杨璐(5-64)基于强化学习的城轨信息发布策略研究…………………………………………贾飞凡,蒋熙,李海鹰,于雪峤(5-72)基于可变车道的交叉口左转公交优先方法…………………………………………………陈永恒,李婉宁,吴场建(5-79)基于网联数据的电动车快速充电影响因素分析……………………………………………杨烨,谭忠富,焦港欣(5-86)基于对称残差U 型网络的路网交通流量数据修复………………………代亮,梅洋,李曙光,钱超,汪贵平(5-93)智能网联环境下复杂异质交通流稳定性解析…………………………李霞,汪一戈,崔洪军,朱敏清,王欣桐(6-114)交叉口动态车道与交通信号协同优化方法………………………………………………宋现敏,张亚南,马林(6-121)基于行程时间影响的关键路段识别与查找………………………………………………李君羡,吴志周,沈宙彪(6-129)基于扰动传播特征的随机Newell 跟驰模型………………………………………………张建波,朱远祺,孙建平(6-136)冰雪条件下中国驾驶员跟驰行为及模型研究…………………杨龙海,张春,仇晓赟,吴应涛,李帅,王晖(6-145)考虑续航能力的新能源汽车充电站递阶延时布局研究…………………………………谌微微,许茂增,邢青松(6-156)系统工程理论与方法(System Engineering Theory and Methods)考虑不对称性的地铁旅客支付及受偿意愿研究…………………………………陈欣,罗霞,刘春禹,刘永红(1-97)基于Q-learning 的定制公交跨区域路径规划研究………………………………彭理群,罗明波,卢赫,柏跃龙(1-104)考虑定制出行的儿童通学方式选择行为研究…………………………郝京京,张玲,吴小龙,杨晓泉,刘澜(1-111)基于短时交通流预测的广域动态交通路径诱导方法……………………………………韩直,徐冲聪,韩嵩乔(1-117)到达车站的步行时间对老年人公交选择的影响…………………………………………………刘建荣,郝小妮(1-124)考虑出行环境的居住满意度结构方程模型………………………………………………钟异莹,邵毅明,陈坚(1-130)基于LSTM 神经网络的降雨天旅行时间预测研究………………………………………王志建,李达标,崔夏(1-137)考虑人口效益的城市路网OD 矩阵推算模型………………………………………………………裴玉龙,高维(1-145)高速公路收费站车道类型设置问题建模与求解……………………………………………………林培群,梁韫琦(1-152)高速列车周期性开行方案优化模型与交叉熵算法………………………………………付慧伶,胡怀宾,武鑫(1-160)件杂货码头连续泊位调度与货场分配……………………………………………………李俊,刘志雄,张煜(1-175)III交通运输系统工程与信息2020年12月基于数据挖掘的危险货物运输风险驾驶行为聚类分析…………………………王海星,王翔宇,王招贤,李学东(1-183)基于Ant-agent 的自动化码头AGV 控制算法……………………………………………兰培真,陈锦文,曹士连(1-190)基于复杂网络的航班运行风险传播分析……………………………………………………………王岩韬,刘毓(1-198)基于时间阈值的旅客登机模型及动态登机策略…………………………………………任新惠,焦阳,徐小冰(1-206)基于多Agent 的通航运力资源协同调度…………………………………………………张红颖,周子林,李彪(1-214)城市快速路分层分布式优化控制方法研究……………………………………江竹,林豪,李树彬,雷震宇(2-101)基于点线能力约束的多层级节点协同布局优化模型及算法研究………………………刘杰,黎浩东,张萌(2-107)道路交通系统韧性及路段重要度评估……………………………………………………吕彪,高自强,刘一骝(2-114)地铁拥挤度和出行者异质性对时间价值的影响……………………………………………………刘建荣,黄玲(2-122)考虑前序路段状态的公交到站时间双层BPNN 预测模型……………苗旭,王忠宇,吴兵,杨航,王艳丽(2-127)考虑公交自行车的多层次公交协同调度研究………………………………………………………高华,沈国江(2-134)引入驾驶风格的熵权法多属性换道决策模型……………………………………………冯焕焕,邓建华,葛婷(2-139)公交线路配车问题的不确定双层规划模型……………………………薛运强,郭俊,安静,薛逻维,桑梓(2-145)基于持续跟踪调查的防御性驾驶行为分析模型…………………………………高红丽,高丽英,杨炜程,范双双(2-151)基于层次蝙蝠算法的应急车辆调度与交通疏散协同决策………………………………段晓红,吴家新,周芷晴(2-157)基于集成学习算法的航路网络航段交通拥挤识别方法研究……………………………李桂毅,郭铭宇,罗一帆(2-166)面向提升旅客出行效率的高速铁路列车停站方案优化…………………………………许若曦,聂磊,付慧伶(2-174)考虑回路因素的电动汽车最短路问题研究………………………………………何方,罗志雄,杨艳妮,李萌(2-181)考虑轨迹相似度的综合客运枢纽出租车合乘方法研究………吴玥琳,袁振洲,陈秋芳,肖清榆,王文成,魏来(2-188)基于改进灰狼算法优化BP 神经网络的短时交通流预测模型…………张文胜,郝孜奇,朱冀军,杜甜添,郝会民(2-196)改进小波包与长短时记忆组合模型的短时交通流预测…………………………………张阳,杨书敏,辛东嵘(2-204)具有时空约束的无人车集群构型变换方法………………………………………苏致远,李永乐,徐友春,章永进(2-211)城市交通控制中的数据采集研究综述…………………………………王殿海,蔡正义,曾佳棋,张国政,郭佳林(3-95)考虑客流空间分布的地铁列车节能时刻表优化方法……………………………冉昕晨,陈绍宽,陈磊,贾文峥(3-103)基于地铁—货车联运的物流配送路径优化……………………………周晓晔,崔瑶,何亮,马小云,王思聪(3-111)基于分区优化的高铁车站通过能力提高方法……………………………………李晓娟,杨阳,韩宝明,菅美英(3-118)ATIS 作用下弹性需求混合交通均衡的效率损失…………………………………………余孝军,刘作志,舒亚东(3-125)基于共享停车的车位租用与分配模型…………………………………孙会君,傅丹华,吕莹,衡玉明,管田超(3-130)基于预约需求的共享停车平台泊位分配方法……………………………………张水潮,蔡逸飞,黄锐,周竹萍(3-137)港口对腹地城市经济增长的空间溢出效应研究……………………………………………………刘琳,尹凤(3-144)考虑多类型通勤者的高占有率车道均衡分析………………………………………………………臧广智,徐猛(3-150)单线纯电动公交车辆柔性调度优化………………………………………………………唐春艳,杨凯强,邬娜(3-156)基于GPS 轨迹挖掘的城市空间动态交互特征研究………………………………………………冯慧芳,周丹凤(3-163)基于交织的立体综合车场公交调度优化模型研究……………陈建凯,肖亮,覃鹏,何佳利,刘谦,杨雨千(3-169)基于多源数据的公交车能耗碳排放测算模型…………………徐龙,王力,刘莹,宋国华,李晨旭,翟志强(3-174)考虑移步需求的无桩型共享单车动态调度研究………………………李兴华,张昕源,成诚,杨超,王洧(3-182)步行设施内疏散行人拥挤踩踏仿真研究…………………………………………………岳昊,刘秋梅,武鑫森(3-190)基于EEMD-ELM 的航班运行风险混沌预测……………………………………………王岩韬,李景良,谷润平(3-198)航路扇区容量需求的交通流动力学推演与预测…………………………………………………陈丹,尹嘉男(3-206)IV第20卷第6期2020年总目次多类型信息下的网络交通流演化模型………………………………………………………李嫚嫚,陆建,孙加辉(4-97)基于出行数据的城市公交网络可达性研究……………………………于文涛,张可,李静,孙会君,屈云超(4-106)基于时间地理学的居民活动空间测度方法研究…………………………………何保红,梁丽婷,何明卫,何彦(4-113)考虑驾驶员预测特性的带有上匝道的宏观交通流模型……………………………………………翟聪,巫威眺(4-119)考虑环保意识和出行习惯的公交出行选择行为模型……………………………陈坚,张弛,庹永恒,傅志妍(4-128)基于关联分析的乘客公共交通依赖度识别方法………………………胡松,翁剑成,周伟,林鹏飞,孔宁(4-136)基于活动识别的公交出行行为重构与分析………………………………………………魏广奇,苏跃江,余畅(4-143)基于运行特性的港湾式公交站延误时间研究……………………………………柳伍生,潘自翔,周骞,郑天玉(4-150)考虑乘客情感价值影响的公交忠诚度评价方法……………………………………………………………孙世超(4-158)多区域通勤定制公交线路规划模型及求解算法…………………………………陈汐,王印海,刘剑锋,马晓磊(4-166)基于机器学习模型的建成环境对小汽车拥有行为的影响………………………王晓全,邵春福,管岭,尹超英(4-173)城市主干道路段机动车与机动车之间事故Bow-tie 模型…………………………………孟祥海,马亿鑫,孙佳豪(4-178)考虑快慢车模式的地铁地下线纵断面优化研究………………………孙元广,汪茜,彭磊,齐嫣然,柏赟(4-187)技术站间货物列车协同配流方案研究………………………………………………………………武旭,杨义静(4-194)基于客户分类的即时配送路径优化研究…………………………………………………于江霞,杜红亚,罗太波(4-202)新型客机座舱环境下的旅客登机效率研究…………………………………………………………强生杰,黄青霞(4-209)自动化集装箱码头双循环AGV 与场桥的集成调度研究…………………………………田宇,周强,朱本飞(4-216)基于时间不确定的集装箱码头靠泊计划优化………………………………………………………宋云婷,王诺(4-224)基于多模型融合的电动汽车行驶里程预测……………………………胡杰,翁灵隆,覃雄臻,杜玉峰,高长斌(5-100)动态管理模式下路侧停车泊位占有率预测方法…………………………………赵聪,朱逸凡,李兴华,杜豫川(5-107)强制性换道的空间特征对分流区交通流的影响…………………………………钟异莹,陈坚,邵毅明,李睿(5-114)基于元胞自动机的轨道交通突发客流拥堵消散演化机理研究…………………………蒋阳升,刘纹滔,姚志洪(5-121)基于混合深度学习的地铁站进出客流量短时预测……………………赵建立,石敬诗,孙秋霞,任玲,刘彩红(5-128)面向自组织平衡的共享电动汽车调度优化方法………………………姚恩建,何媛媛,金方磊,卢天伟,潘龙(5-135)考虑区间重叠的多运营商公交调度优化…………………………………………………宋现敏,张明业,姜景玲(5-142)城市公交线网差异化计程票价多目标优化………………………………………………李雪岩,祝歆,李静(5-148)适用复杂劣化趋势的轨道不平顺鲁棒建模方法…………………………………杨雅琴,徐鹏,李晔,孙全欣(5-156)基于Panel Data 的山地城市立交基本段通行能力影响因素研究………周约珥,龚华凤,赵聪霄,徐小童,黄博亚(5-163)基于改进密度聚类算法的交通事故地点聚类研究………………………………………黄钢,瞿伟斌,许卉莹(5-169)日常动态货物列车开行方案优化研究…………………………………李晟东,吕红霞,吕苗苗,徐长安,倪少权(5-177)面向航班延误的停机位实时指派优化模型……………………姜雨,胡志韬,童楚,刘振宇,陈丽丽,张洪海(5-185)需求响应的集装箱班列时刻表优化及Benders 分解算法…………………………………………江雨星,牛惠民(5-191)考虑游览船运营特征的航道通过能力评价方法…………………………………翁金贤,廖诗管,付珊珊,王亚力(5-199)基于多旅行商问题的应急设施服务区划分模型…………………………………………赵星,吉康,申珂(5-205)基于订单拆分的线上到线下连锁门店配送优化模型……………………………………辛禹辰,施胜男,杨华龙(5-212)时变交通下生鲜配送电动车辆路径优化方法………………………………………………………赵志学,李夏苗(5-218)高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法析……龙思慧,孟令云,王义惠,栾晓洁,张鹏(6-163)城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化……………………………………………高豪,郭进,张亚东(6-170)公共交通乘客个体活动链的日相似性研究……………………………林鹏飞,翁剑成,胡松,荆云琪,尹宝才(6-178)V交通运输系统工程与信息2020年12月指引路径规划模型的建模与仿真验证……………………………………………赵琦,曾烨,张立立,王力(6-184)考虑异质性的经典随机后悔最小化模型改进研究………………………………………杨飞,侯宗廷,周涛(6-191)平纵组合路段事故严重程度致因辨识模型……………………………戢晓峰,吴亚欣,郝京京,房锐,胡澄宇(6-197)基于多车协作优化的冲突消解模型………………………………………………………成英,赵建有,汪磊(6-205)不确定条件下机场群系统均衡配流模型研究……………………………………………盛寅,陈欣,毛亿(6-212)考虑居住区位的公共交通出行行为分析模型……………………………………钟异莹,陈坚,邵毅明,李睿(6-219)改进的协同航路分配优化模型及算法研究……………………………………郭野晨风,胡明华,张颖,谢华(6-226)不定期船连续航次燃油补给与航速优化集成调度模型……………………………………………王春娟,陈超(6-233)案例分析(Cases Analysis)基于路侧事故判别的公路平曲线车速限制研究…………………………………………程国柱,程瑞,徐亮(1-222)考虑合乘的共享自动驾驶汽车选择行为实证分析……………………姚荣涵,梁亚林,刘锴,赵胜川,杨澜(1-228)基于IC 卡数据的公交通勤熵变模型的构建与应用………………………………………………李军,郑培庆(1-234)基于人口迁徙大数据的城市对外交通客运方式优势出行距离研究…项昀,徐铖铖,于维杰,华雪东,王炜(1-241)四车道高速公路部分占用超车道交通控制区交通特性及通行能力研究………………孟祥海,张龙钊,李生龙(2-218)基于耐受性的城市轨道交通车厢立席密度研究………………………陈伟,李宗平,余大本,鞠艳妮,尹嘉诚(2-225)基于热点探测的城市区域公交可达性研究………………………………………………………李全威,孙超(2-231)基于车辆轨迹重构的信号交叉口延误提取研究…………………………………………张惠玲,刘晓晓,许裕东(2-237)基于自然驾驶数据的螺旋匝道(桥)驾驶人心理负荷分析………………………………徐进,刘小明,胡静(3-212)时间维度下上海市共享单车骑行模式研究…………………………………………………………付学梅,隽志才(3-219)基于家庭属性差异的大学生出行方式选择行为研究……………………………骆晨,李想,钟林峰,胡姗姗(3-227)中国乘用车工况构建………………………………刘昱,吴志新,李孟良,于晗正男,汪洋,贺可勋,安晓盼(3-233)基于案例的城市轨道交通车站能耗定额标准研究………………………………刘爽,王慧文,兴妍,陈绍宽(4-231)手机社交娱乐操作对驾驶人视觉参数影响研究………………………游峰,涂海清,宫云渤,王海玮,徐建闽(4-236)研究降雨事件对交通流时空特性的影响…………………………………………陈华伟,邵毅明,敖谷昌,张惠玲(4-244)交通可达性与城市经济活动的空间特征分析：以北京市为例…………朱宇婷,刘莹,许奇,郭继孚,程颖(5-226)中国城市网约车服务对公交使用量的影响………………………………………………钟军,林岩,杭宇(5-234)车辆荷载特性影响下的碰撞时间分布规律……………………………王颖,方志纯,简注清,涂辉招,施能艺(5-240)基于驾驶负荷的山区二级公路纵坡路段驾驶舒适度评价研究………胡立伟,殷秀芬,张苏航,范仔健,郭治(6-240)基于狄利克雷过程混合模型的城市活动聚类方法研究……………………………………………………陈仲(6-247)大型货运车辆生态驾驶及节油潜力评估………………………………程颖,张佳乐,张少君,郭继孚,张达(6-253)VI。
复杂网络下的济南局数通网络鲁棒性分析
复杂网络下的济南局数通网络鲁棒性分析摘要：随着现代社会信息化的快速发展，作为高铁中枢神经的铁路通信系统，为适应新的通信网络形势，其自身的安全性——网络的鲁棒性以应对各种外部干扰和攻击显得尤为重要。
但是由于铁路数通网络发展时间较短，与国内外前沿网络分析存在较大差距，故本文以济南铁路局数据通信网为对象，采用复杂网络分析的方法，从网络结构和节点重要性出发，对该网络的鲁棒性进行了研究。
本文针对实际网络中节点更倾向于与较近距离的节点有更多链接的现象，将业务场景抽象到理论模型，通过设计了仿真实验，计算分析了包括度分布、中心性和平均聚类系数等复杂网络指标对网络鲁棒性的影响，使用K-core方法寻找高度值之外的关键节点，分析得出在控制成本的前提下能够显著提升网络鲁棒性的数通网络改造思路。
关键词：复杂网络；计算机网络；鲁棒性1.1研究背景及意义铁路数据通信网是现代铁路运输不可或缺的组成部分。
它连接着铁路各部门和站段，为信息传输和交换提供了重要支持。
然而，随着高速铁路对通信和列控要求的提升与网络攻击和干扰的增多，数据通信网络的鲁棒性成为亟待解决的问题。
因此，研究铁路数据通信网络的鲁棒性对保证组织的正常运转和列车的安全行驶具有重要意义。
复杂网络分析是研究网络结构、节点重要性等问题的一种方法。
它可以帮助我们深入了解网络的特点和运行规律，为网络优化和改进提供有效参考。
本文以济南局集团有限公司数据通信网络为对象，采用复杂网络分析的方法探讨其鲁棒性，旨在为保障铁路数通网络的正常运行提供参考意见。
1.2研究目标及内容本文所用数据来自济南铁路局数据通信网，包括各个节点之间的连接关系和节点的属性信息。
其中，节点包括反射、核心路由器，以及部署于各个车站的汇聚、接入路由器等，连接关系均为有线连接方式。
本文采用了复杂网络分析的方法，主要包括以下几个方面：①网络结构分析：对网络的度分布、聚类系数、直径等指标进行计算和分析，以了解网络的整体结构和特点。
基于复杂网络理论的国内地铁网络特性分析_张铁岩
收 稿 日 期 ：２０１２－０３－１２ 修 回 日 期 ：２０１２－０７－２６ ＊ 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目（批 准 号 ：２０１１ＢＡＧ０１Ｂ０１）、中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 助 项 目 （批 准 号 ：２００９ＪＢＭ０４２，２００９ＹＪＳ０４４）资 助
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交通信息与安全 ２０１２年 ５期 第３０卷 总１７１期
基于复杂网络理论的国内地铁网络特性分析＊
张 铁 岩１ 宋 瑞２ 郑 锂１ 徐 瑜 婷１
（１．北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室 北京 １０００４４；
２．北京交通大学交通运输学院 北京 １０００４４）
摘 要 基于复杂网络理论，在分析国内地铁网 络 拓 扑 结 构 的 基 础 上 对 其 相 继 故 障 进 行 了 研 究 。 结 果表明：国内地铁网络具有较大平均最短路径，聚类系数近似为零，节点度和介数具有 线 性 正 相 关 性， 度分布近似为 Ｐｏｉｓｓｏｎ分布，网络结构近似为随机网络；在 相 继 故 障 扩 散 过 程 中 蓄 意 攻 击 比 随 机 攻 击 具有较快的传播速度，但在扰动幅度和故障规模关系中呈现出相似的变化趋势，蓄意攻击 效 果 并 不 明 显。 关 键 词 复 杂 网 络 ；地 铁 网 络 ；拓 扑 结 构 ；相 继 故 障 中 图 分 类 号 ：Ｕ２３９．５ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ １６７４－４８６１．２０１２．０５．０１１
基于复杂网络的高速铁路列车服务网络特征
基于复杂网络的高速铁路列车服务网络特征张琦;马艳【摘要】China high-speed train service networks are built based on complex network theory. Indices of complex network were defined and explained for the presented networks, thus characteristics of the train service networks presented with Space L and Space P structures were studied and compared. Travel time and service frequency were considered for weights measurement and between calculation, which provides an access to quantitative evaluation of network influence of railway stations. Then, a local network considering transfer concept was built with Space P structure, and a modification method for network generation considering train connection relationship was proposed. Case study of Wuhan station proves the effectiveness of the modification method. Results show that according to current train service plan, each high speed station is connected with average 52.3 other stations by direct train services, and each pair of stations can be connected by average 1.1 transfers. Indices of accessibility, hub influence and service frequency do not match for some of the stations. The presented train service network generation method and conclusions of network characteristics have significance as reference for high-speed train service network performance evaluation and optimization.%基于复杂网络理论,构建我国高速铁路列车服务网络,阐述复杂网络的指标在列车服务网中的实际意义,对比分析Space L和Space P 2种网络构建方式下高铁列车服务网络的基本特征,并引入旅行时间和服务频率2种权重计算介数,实现对铁路车站枢纽影响力的量化评估.利用Space P方式构建考虑换乘服务理念的局部网络,针对列车接续关系及其特征,提出对接续关系的修正表达与网络构建方法.以武汉站为核心的局部网络为例,通过对比修正前后网络特征的变化,验证修正表达方法的有效性.研究结果显示表明:现行列车开行方案下,每个高速铁路车站平均与52.3个车站有列车直接通达,任意2个车站间平均通过1.1次换乘可以到达.部分车站的可达性、枢纽影响力、服务频率特征不匹配.论文提出的网络构建方法与特征分析结论对高铁列车服务网络性能的综合评价与优化调整具有参考意义.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2018(015)003【总页数】8页(P559-566)【关键词】复杂网络;高速铁路;列车服务网;网络特征;列车接续【作者】张琦;马艳【作者单位】北京交通大学交通运输学院,北京 100044;北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京 100044;北京交通大学交通运输学院,北京 100044;北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京 100044【正文语种】中文【中图分类】U293.1;F224.33应用复杂网络理论对交通运输网络的拓扑结构及复杂性的研究已较为广泛[1]。
基于复杂网络的高速铁路运输服务网络重构模型
基于复杂网络的高速铁路运输服务网络重构模型王莹;韩宝明;张琦;卢恺【摘要】Based on the complex network theory and L-space model,a high speed railway transport service network is constructed with the weight of the train number and the running time (the network consists of 525 stations and 2 666 trains).On this basis,the paper comparatively analyzes the two kinds of network and the role of junctions using complex network evaluation index factor of degree,strength and betweenness,and defines the different implications of two kinds of transport network.Then,fully considering the high-speed railway travel characteristics of Chinese passengers,the paper reconstructes China's high-speed railway transportation service network with the weight of the running time and hub city.And we focuses on analyzing the difference characteristics of the network and typical hub before and after the reconstruction using indexes of complex network.Finally,the reference scheme is proposed for the construction of the station division and the passenger transfer organization based on the analysis results.%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.【期刊名称】《交通运输系统工程与信息》【年(卷),期】2017(017)001【总页数】7页(P136-142)【关键词】铁路运输;运输服务网络;复杂网络;高速铁路;重构【作者】王莹;韩宝明;张琦;卢恺【作者单位】北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京100044;北京交通大学交通运输学院,北京100044;北京交通大学交通运输学院,北京100044;北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京100044;北京交通大学交通运输学院,北京100044;北京交通大学交通运输学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U113基于复杂网络对我国铁路运输服务网络建模并分析是对铁路运输服务网络认知的重要手段，2007年后众多中国学者采用复杂网络理论对中国铁路网络[1-2]进行建模分析.王伟等[3]分析了中国的铁路网情况，分别构建了中国铁路的物理网络、运输网络和全联通换乘网络，并得出铁路换乘网是具有无标度性质的小世界网络，且铁路换乘网对随机攻击有较好的容错性.包云等[4]基于复杂网络思想构建了我国铁路服务网络，以及增加多条高速铁路线路的铁路服务网络，发现客运专线的开通对铁路旅客列车服务网络性质产生了明显影响.高速铁路网络的快速形成引起我国高速铁路运输服务网络的研究聚焦，同时人们日益增长的出行需求对高速铁路运输服务网络提出了新要求，引导乘客在主要城市枢纽换乘日渐成为主要的客运组织模式.基于复杂网络思想构建传统的运输网络具有一定的研究意义，但是缺乏对高速铁路运输服务网络中转换乘作用的刻画，利用复杂网络指标对运输服务网络的评价存在偏差.截至2015年7月，全国共有525个高速铁路车站、65条高速铁路线路，运行的高速铁路列车约为2 666列.本文运用复杂网络思想，基于L空间分别构建了以列车数量、运行时间为权重的高速铁路运输服务网络，在此基础上建立起同一城市内不同车站间的衔接关系，重构了高速铁路运输服务网络，对比分析3种网络的特征，重点分析典型枢纽在网络中的特征.1.1 以列车数量为权重的高速铁路运输服务网络铁路运输网络建模中主要考虑铁路线路上列车与车站之间的关系，至少有一列列车均在两个节点停车则对应的节点之间产生连接线，这种方式称为P空间网络，同样至少有一列列车在两个节点停车，且两个节点在列车行车路径上存在前后接续关系则产生连接线，这种方式称为L空间网络[5-6].如图1(a)所示，该基础路网由行车路径1-2-3-4-5与6-7-3-8构成，若存在与行车路径相同的列车在该网络运行，图1(b)为P空间网络建模，图1(c)为L空间网络建模.利用复杂网络L空间建模的基本思想构建中国高速铁路运输服务网络，节点为所有高速铁路车站，基于2015年7月实行的列车时间表，构建一个双向多重边的网络，并将节点之间列车的数量作为边的权重.此时构建的高速铁路运输服务网络的平均度kˉ为12.29，平均强度sˉ为89.06，选取此时网络中介数值前20的车站进行分析，如图2所示.运输服务网络中度()反映了该节点在网络中的连通性，度较大的节点表明连通性较好，是关键节点；强度()反映了该节点车流量的大小与分布；节点介数值()是用于描述网络中所有的最短路径中经过该节点的数量比例，分母表示路网中任意两个节点间最短路径的总数量，分子表示经过该最短路径中经过该节点的路径数量.介数值反映了该节点在运输网络中的影响力，同时反映了其在路网中的纽带作用.从图中看出，随着介数值的降低，节点的纽带作用减小，强度值基本呈现下降趋势，但是南京南站、杭州东站、北京南站等车站提供了高频率的列车服务，与其介数值所反映的节点在网络中的作用有较大差距，这些车站的枢纽衔接作用有待进一步加强.1.2 以运行时间为权重的高速铁路运输服务网络高速铁路运输服务网络中乘客选择路径出行时，服务网络提供的服务时间是重要的出行选择因素.以车站作为高速铁路运输服务网络的节点，以开行方案为基本要素，构建以节点之间高速铁路列车的平均运行时间为权重的高速铁路运输服务网络.此时构建的高速铁路运输服务网络的平均度kˉ为12.29，如图3所示，大部分车站的度为4～13，其度分布服从幂律分布.平均强度sˉ为424.02，平均路径长度L为2.322，即路网中任意的一对OD可以通过平均1.322次换乘实现连接.选取此时网络中介数值前20的车站进行分析，如图4所示.以运行时间为权重构建的高速铁路运输服务网络，车站的强度值受到节点衔接的节点数量的影响，节点衔接的节点数量越多其强度值随之增大，同时该节点与下一节点之间衔接的列车的运行时间对强度值也产生较大的影响.对比以列车数量、列车运行时间为权重运输网络中介数值排序前20的车站，尽管选取的权重不同，排名前20的车站及介数值的变化趋势基本相同，如图5所示.但是，采用运行时间为权重的服务网络车站的介数值较低，平均相差0.09.介数值计算中，以运行时间为权重的服务网络通过Dijkstra算法计算的最短路径条数更多，即现有网络中将列车数量作为边的权重时，网络中权重的分布较为离散，而以运行时间作为边权重时，网络中权重的分布较为均匀，可选路径更多，更加切合乘客的出行需求.以列车数量为权重的网络侧重刻画了节点在网络中的连通性，对于明确目前网络结构、网络运营状态有重要的参考作用；而以列车运行时间为权重的网络则侧重刻画了节点在网络中的便捷性，是乘客出行选择的主要限制因素.随着高速铁路网络化运营的推进，公交化的服务成为常态，乘客出行的路径规划受运行时间的影响将越来越大，以运行时间作为权重对路网进行评价将更具意义.充分考虑乘客出行特征，以城市枢纽为研究核心，对高速铁路运输服务网络重构，利用指标对重构前后的网络进行分析，并选取典型枢纽分析枢纽内节点的指标变化.2.1 我国高速铁路运输服务网络的节点主流的运输服务网络构建方式，以车站为节点的服务网络构建方式准确反映列车开行方案中的有效信息，每个节点的指标有直观的指导意义，但是忽略了同一个城市不同的车站之间可通过其他方式换乘，割裂了同一枢纽中节点的密切关系.以城市为节点的服务网络构建方式对服务网络的评价更切合乘客出行的特征，但是将同一个城市中所有节点作为一个节点忽略了枢纽内不同车站的分工，无法对枢纽内每个节点进行评价分析.我国高速铁路运输服务网络重构时仍旧选取高速铁路车站作为节点，共有525个高速铁路车站，即构建的网络中共有525个节点.2.2 我国高速铁路运输服务网络的边基于L空间网络的构建方式，网络的边全部为反映列车运行服务的运输边，而随着高速铁路网络化的形成，枢纽内换乘作为重要的客流组织方式，换乘边的合理构建显得尤为重要.(1)运输边.运输边根据L空间建模思想构建，图6是对运输边的刻画，图6(a)为该网络的物理网络结构，图中共有3条线路，10个中间站及4个始发终到站.图6 (b)反映了该网络的运输关系，根据各线路上运行的列车在节点间的接续关系构建服务网络，基础设施非邻接的节点由于在列车开行方案中邻接产生连接边.图中任意两节点之间权重越大，则截面越大.(2)换乘边.我国高速铁路运输服务网络的构建依据高速铁路基础设施网络与高速铁路开行方案，将高速铁路车站作为节点，两个节点至少有一列车在行车路径上有前后接续产生连接线作为网络的边.考虑到高速铁路运输服务网络中，同一城市中有2个及以上的高速铁路车站，而车站之间可以通过市内交通实现快速的换乘，我国高速铁路运输服务网络的边主要由两部分构成.如图7所示，车站3衔接了多条高速铁路线路，经停该车站的高速铁路列车可以实现站内换乘，因此建立枢纽内本站换乘边；在一个枢纽内，存在多个办理高速铁路列车作业的车站，彼此之间可以通过市内交通运输方式实现快速换乘，车站1、车站2与车站3均可以实现快捷的换乘，亦是高速铁路列车客运组织的重要部分，在枢纽内建立车站间换乘边，更加切合乘客的出行需求.重构后的高速铁路运输网络增加了异站换乘边430边，如表1所示，将我国49个城市具有多个办理高速铁路列车作业的车站衔接在一起，实现同一枢纽内不同车站之间的换乘.通过上述方式对我国高速铁路运输服务网络进行了重构，同样选取此时网络中介数值前20的车站进行分析，如图8所示，与以运行时间为权重的高速铁路运输服务网络对比，由于重构的网络考虑了枢纽内车站之间的换乘服务，此时网络中车站的介数值有明显的下降，换乘边的添加为乘客出行提供了更多的路径可能，反映在服务网络中单独节点在网络中的衔接作用随之降低.此时网络中平均路径长度为2.539，即路网中任意的一对OD可以通过平均1.539次换乘实现连接.2.3 基于重构的我国高速铁路运输服务网络典型枢纽分析选取我国高速铁路网络中的北京枢纽、上海枢纽、武汉枢纽等典型高速铁路枢纽分析，重点对比其在3个网络中介数值的变化，如表2所示，可发现枢纽在构建的路网中的特点有：(1)大型客运枢纽衔接的列车数量较多，同一枢纽内由于车站的分工不同，每个车站衔接的列车数量有较大差异.衔接列车数量较多的车站在以列车数量为权重的服务网络中影响力较大，而以运行时间为权重的服务网络中，衔接列车数量较多的车站在路网中的影响力降低.衔接列车数量较小的车站在以列车数量为权重的服务网络中影响力明显不足，而以运行时间为权重的服务网络中，很多衔接列车数量较少的车站在路网中的影响力有明显的提高.(2)通过建立枢纽内高速铁路车站之间的换乘边实现高速铁路运输服务网络的重构，实现了枢纽内不同高速铁路车站之间的接续，在重构的以运行时间为权重的服务网络中部分车站的介数值增大，使枢纽内车站的介数值与车站办理接发列车的数量对应，更加符合枢纽内车站的分工，同时车站之间的相互衔接进一步提升了枢纽在整个高速铁路路网中的纽带作用，充分体现了城市枢纽换乘组织的重要作用.(3)在高速铁路网络化运营的背景下，换乘运输组织成为重要的客运组织部分，典型枢纽的分析结论为确定枢纽内换乘组织形式提供了理论参考.北京枢纽的北京南站、北京西站介数值增大，表明车站在网络中作用提升，为了充分发挥节点在网络中的衔接作用，可将北京南站、北京西站作为枢纽内主要组织异站换乘的主要车站.而上海枢纽的上海虹桥站介数值降低，上海虹桥站应作为枢纽内组织同站换乘的主要车站，上海站介数值增大，将上海站作为枢纽内组织异站换乘的主要车站.武汉枢纽的武汉站、汉口站的介数值都有所降低但是总体变化幅度较小，武汉站应作为枢纽内组织同站换乘的主要车站.本文基于复杂网络理论对我国高速铁路路网进行重构并进行分析，得到了以下结论：(1)在高速铁路运输服务网络中，部分车站强度值与介数值不匹配，同一节点在两种不同权重的网络中的作用存在较大的差异，可见目前的列车开行方案导致部分车站在网络中的换乘便捷性作用未得到充分发挥.(2)以列车数量、运行时间为权重的网络中，枢纽中车站的介数值发生较大的变化，是因为路网中最短路径数量有较大幅度变化，以运行时间为权重的网络中，枢纽内车站的介数值差距变小.可通过调整枢纽内车站的列车接发作业、客流换乘组织进一步完善车站分工，提高枢纽的运输效率.(3)本文以乘客出行特征为导向，重点刻画了以城市枢纽为重点的我国高速铁路运输服务网络的重构方法.利用重构的我国高速铁路运输服务网络重点选取典型的高速铁路枢纽进行分析，实现了枢纽内车站的介数值与车站办理接发列车数量的对应关系，基于介数值的变化，为城市枢纽内客运换乘组织的形式提供参考方案.3种运输服务网络的研究对全面认识高速铁路运输网络有重要作用.重构的运输服务网络提升了枢纽在整个路网中的纽带作用，为枢纽内车站分工、客流组织优化提供了理论参考.【相关文献】[1] WANG R,TAN J X,WANG X,et al.Geographic coarse graining analysis of the railway network of China[J]. Physic A,2008(387):5639-5646.[2] 蒋洋，孙会君，吴建军.铁路货流分布的复杂性分析[J].交通运输系统工程与信息,2010,10(5):144-148.[JIANG Y,SUN H J,WU J plexity analysis of rail freighttraffic[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2010, 10(5):144-148.][3] 王伟，刘军，蒋熙，等.中国铁路网的拓扑特性[J].北京交通大学学报,2010,34(3):148-152.[WANG W,LIU J,JIANG X,et al.Topology properties on Chinese railway network[J]. Journal of Beijing Jiaotong University,2010,34(3):148-152.][4] 包云，刘军，李婷.中国铁路旅客列车服务网络性质研究[J].铁道学报,2012,34(12):8-15.[BAO Y,LIU J, LI T.Properties of Chinese railway passenger train service network[J].Journal of the China Railway Society,2012,34(12):8-15.][5] KURANT M,THIRAN yered complex networks [J].Physical Review,2006(96):138701.[6] MARCHIORI M,LATORA.Harmony in the small-world [J].Physic A,2000(285):539.。
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
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
李鑫;郭进利;张禹
【期刊名称】《资源开发与市场》
【年(卷),期】2016(032)006
【摘要】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.
【总页数】5页(P703-707)
【作者】李鑫;郭进利;张禹
【作者单位】上海理工大学管理学院,上海 200093;上海理工大学管理学院,上海200093;上海理工大学超网络研究中心,上海 200093;上海理工大学管理学院,上海200093
【正文语种】中文
【中图分类】F530.7
【相关文献】
1.基于复杂网络的高速铁路列车服务网络特征 [J], 张琦;马艳
2.基于复杂网络理论视角的产业集群网络特征浅析 [J], 李金华
3.基于复杂网络视角的高速铁路网络特性分析 [J], 叶堃晖;袁欣
4.价值链视角下的城市空间演化研究——基于中国三大城市群的证据 [J], 周韬;郭志仪
5.金融集聚对区域经济增长的空间溢出效应研究——基于空间计量模型的三大城市群对比分析 [J], 吴炎芳
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高速铁路的主要技术特征
高速铁路的主要技术特征高速铁路在激烈的客运市场竞争中以其突出的优势，不但在其发祥地日、法、德等国家已占据了城际干线地面交通的主导地位，并在世界诸多经济发达的国家和地区迅速扩展。
时至今日，高速铁路新线总长已逾5000km。
由于高速铁路与既有干线固有的兼容性，高速列车通过既有线服务的里程已扩展至20000km以上。
高速铁路在不长的时期之所以能取得如此的发展势头。
根本原因是基于轮轨系的高速技术充分发挥了既先进又实用的特点，特别是在中长距离的交通中的独特优势。
实践表明，高速铁路已是当代科学技术进步与经济发展的象征。
高速铁路虽然源于传统铁路，但借助于多项高新技术已全面突破了常规铁路的概念，已形成一种能与既有路网兼容的新型交通系统。
高速铁路在运营过程中更新换代，其技术还在不断发展与完善。
为了深刻认识高速铁路特点，本节将从总体角度出发剖析其主要技术特征。
一、高速铁路是当代高新技术的集成在世界上，高速铁路的诞生是继航天行业之后，最庞大复杂的现代化系统工程。
它所涉及的学科之多、专业之广已充分反映了系统的综合性。
20世纪后期科学技术蓬勃发展，迅速转化为生产力的三大技术有：计算机及其应用；微电子技术、电力电子器件的实用化与遥控自控技术的成熟；新材料、复合材料的推广。
高速铁路绝非依靠单一先进技术所能成功，它正是建立在这些相关领域高新技术基础之上，综合协调，集成创新的成果。
因此，高速铁路实现了由高质量及高稳定的铁路基础设施、性能优越的高速列车、先进可靠的列车运行控制系统、高效的运输组织与运营管理体系等综合集成，如图1.2.1所示。
系统协调的科学性，则是根据铁路行业总的要求，各了系统均围绕整体统一的经营管理目标，彼此相容，完整结合。
高速铁路在实施中，从规划设计开始就把各项基础设施、运载装备、通信信号、运输组织及经营管理等子系统纳入整个大系统工程之中统筹动作。
为实现总体目标，采用了多项关键技术。
虽然这些新技术分别隶属于各有关的子系统，但其主要技术指标、性能参数是相互依存、相互制约的，均须经详细研究、反复论证与修订，才能保证实现大系统综合集成特征的要求，达到整个系统的合理与优化。
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基于复杂网络理论的中国高速铁路网络特征分析
根据2016年12月底的中国高速铁路列车运行时刻表，提取全路207个高铁车站作为研究对象，运用复杂网络理论构建高速铁路物理网和业务网2个网络模型，对网络的基础特征指标进行分析。
研究结果表明：中国高速铁路物理网是典型的树状网络结构；高速铁路业务网为具有无标度性质的小世界网络。
标签：高速铁路；物理网；业务网；复杂网络理论
铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，是综合交通运输体系的骨干和主要交通方式之一，虽然我国“四纵四横”高铁网络已经基本形成，但货运呈现出一定程度的虚靡状态。
高速铁路客运作为我国当前铁路客运的中坚力量和具有自主定价权的客运服务品种，其网络布局将直接影响着当下铁路运营效益。
因此，有必要专门对高速铁路网络进行各项性能分析，为后续高速铁路建设和运营奠定基础。
1.中国高速铁路复杂网络构建
1.1 数据分析
我们选取了截至2016年12月31日全国所有符合高速铁路标准的线路作为我们所分析网络的组成部分。
同时，我们获取了2016年12月底全路调整列车运行图后的时刻表，筛选出途经符合高速铁路标准的线路的列车作为高速铁路网络的组成部分。
为我们对研究对象作如下处理：（1）鉴于我国高速铁路上下行列车开行对数大致相同，我们将高速铁路网络视为无向无权网络。
（2）为了客观呈现我国高速铁路网络的发展现状，同时为日后物理网与业务网进行适应性分析做准备，我们保留了西北、西南、海南岛三个脱离高速铁路主网络区域的车站和线路。
（3）为简化起见，我们选取高铁沿线所有的地级市及以上等级城市的车站作为研究对象，同时将不影响网络边结构的同城站视为同一车站，且不考虑枢纽内各站的线路连接。
1.2 网络拓扑
我们将每一个研究对象车站视为网络中的节点，将连接两个车站的线路视为一条边，以此构建高速铁路物理网，构建的物理网中共有207个节点，436条边。
若存在某次列车在某两个车站办理客运业务，则视为这两个车站之间存在一条边，以此构建高速铁路业务网，构建的高速铁路业务网，有9254条边。
用0-1变量根据图论，利用列车时刻表构建两个子网络的拓扑矩阵。
1.3 复杂网络基本指标
①度和度分布：节点i的度定义为节点i相连的边的数目，一般度越大，表示与该节点连接的节点数目越多，该节点在网络中越重要。
其计算公式为：
②平均路径长度：网络中任意两节点i和j之间的距离指连接两点的最短路所包含的边的数目，把网络中所有节点对之间的距离求平均，就得到了网络的平均路径长度L。
则网络的平均路徑长度计算公式为：
③介数：节点的介数指网络中所有最短路径中经过该点的数量比例，边的介数概念类似。
介数反映了节点或边在网络中的影响力，在高速铁路网络中，节点的介数反映了车站在网络中的重要程度，对于发现和保护关键资源具有重要意义。
节点i的介数计算公式为：
2.高速铁路网络基础特征指标分析
2.1 物理网基础特征指标分析
①度分布：在高速铁路物理网中，车站节点度越大，表示与该车站连接的相邻车站越多，其交通优势越明显。
对节点度的定义分析得中国高速铁路物理网的度分布曲线。
中国高速铁路物理网中，节点度平均值为2.19，同时约70%的车站的节点度为2，说明绝大多数的车站只与2个车站直接相连。
节点度为1的车站约占10%，这些车站处于物理网的边缘，是路网的末梢。
节点度最大为6，这些车站连接的车站最多，是网络中重要的换乘节点。
2.2 业务网基础特征指标分析
①度分布：高速铁路业务网度值分析结果，业务网中只有3%的站点的度值超过100。
度值排名前10位为北京、郑州、上海、徐州、武汉、济南、南京、石家庄、长沙、广州，这些车站大部分位于多条线路交汇处，承担的运输任务较重。
②最短路径长度分布：高速铁路业务网的平均路径长度可以间接反应旅客从起点车站到目的车站需要换乘的平均次数。
高速铁路业务网的平均路径长度，其平均路径长度为2.011，最大为4，这说明旅客从任意一个站点出发到其目的站点所需换乘的平均次数为1.011次，最多需要换乘3次。
③介数分析：分析高速铁路业务网车站的介数可得，重要程度排名前十的车站为北京、广州、成都、重庆、兰州、南京、上海、济南、深圳、郑州，说明这些车站在中国高速铁路业务网中是关键车站，介数排名靠前的车站对于旅客换乘来说非常重要。
④高速铁路业务网性质：由以上指标分析可以得出，高速铁路业务网有较大的平均聚类系数和较小的平均路径长度，而且该网络节点的度分布基本上服从无标度幂律分布，故业务网为具有无标度性质的小世界网络。
3.中国高速铁路网络发展建议
3.1 从物理网角度
根据对中国高速铁路物理网的基础特征指标分析可知，70%的车站只有一条线路通过，线网的分布较为稀疏，连通性较弱，仍是树状结构网络，一旦某个枢纽车站发生突发事故，将会影响整个路网的正常运营。
我们要保护好重点车站，在车站选址时就应考虑到自然灾害对车站的随机性影响，同时在路网规划时要提高非关键车站的重要程度，均衡路网中重要车站的分布，也可缓解已有的关键车站的运输压力。
3.2 从业务网角度
高速铁路业务网的平均路径长度是衡量高速铁路网络可达性的一项重要指标，可反映乘客从起点车站到目的车站的换乘次数。
根据中国高速铁路业务网的基础特征指标分析可知，高速铁路业务网的平均路径长度为2.011，最大为4，这说明旅客从任意一个站点出发到其目的站点最多需要换乘3次。
4.总结
（1）利用2016年12月底的中国高速铁路时刻表，基于复杂网络理论对中国高速铁路网进行拓扑，统一分析了物理网、业务网的基础特征指标，得出了中国高速铁路物理网是有小世界特性的树状结构网络，业务网是具有无标度性质的小世界网络。
（2）本文为今后中国高速铁路网络特性分析提供了方法，便于铁路相关部门对高速铁路网络结构的整体掌握，为中国高速铁路的发展和完善提出了建议。
参考文献：
[1]赵伟，何红生，林中材等，中国铁路客运网网络性质的研究，物理学报，2006
[2]王伟，刘军，蒋熙等，中国铁路网的拓扑特性，北京交通大学学报，2010
[3]唐芙蓉，杨先清，唐刚等，中国铁路交通网络的拓扑研究及客流分析，中国矿业大学学报，2010
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