基于复杂系统与复杂网络理论的交通网络脆弱性研究

交通网络是社会经济活动的重要基础设施，其安全稳定地运行是交通系统乃至社会经济可持续发展的需要。交通网络拓扑结构上的潜在缺陷使交通网络存在脆弱性，而网络运行中的不确定因素则进一步放大并加剧了脆弱性，交通网络的脆弱性可能导致网络局部失效，甚至整体瘫痪。本项目从复杂系统与复杂网络的角度，研究交通网络脆弱性内涵及生成机理；研究基于加权复杂网络拓扑结构的交通网络结构脆弱性评估模型、基于网络运行状态的状态脆弱性评估模型和基于复杂网络理论的交通网络（综合）脆弱性动态评估模型，制定脆弱性分级标准，开发可视化脆弱性验证工具，为评估交通网络脆弱性、识别网络脆弱单元提供理论依据与科学工具；并从脆弱单元扫描监控、脆弱源控制和级联失效控制三个层面研究交通网络脆弱性控制理论与方法，以达到预防交通网络运行状态进一步恶化并控制网络脆弱性进一步被放大的目的。

交通网络脆弱性可导致交通网络局部失效甚至整体瘫痪，国内外对如何控制交通脆弱性的研究异常重视。我们从脆弱性机理、评估模型和控制三个方面对交通网络的脆弱性进行了研究。首先，研究了交通网络脆弱性内涵和机理，建立了模块化增长的网络演化模型，提出了通过增加模块结构来降低网络脆弱性的有效方法；其次从网络拓扑结构和运行状态层面研究了交通脆弱性评估指标体系、评估模型和交通网络脆弱性分级标准，构建了直观的可视化脆弱性识别、验证系统和方法；最后，研究了交通网络失效传播模型和级联失效控制方法，发现有效地控制模块嵌入原始网络的方式可以降低城市道路网络的脆弱性提高抵抗级联失效的能力。研究形成了涵盖交通网络脆弱性形成机理、综合评估模型以及脆弱性控制方法的较为系统化的成果，在国际期刊发表了多篇论文。