城市地铁网络系统运行脆弱性评价方法及动态监控研究

中国城市地铁正处于由单线向网络发展的转型期。随着城市地铁网络化进程的推进、线路间关联度和站点间复杂性的加剧，单线运行对网络的波及和联动效应将逐步凸现。单线问题处理不当将导致整个城市地铁网络系统（UMNS）受到严重影响。脆弱性作为UMNS的自身属性，存在于网络拓扑结构、单元和传输路径等载体中。课题以UMNS为研究对象，以运行脆弱性为研究主线，研究UMNS运行脆弱性的内涵及形成机理，探求UMNS的网络特征与运行脆弱性之间的定性及定量关系；集成传感器网络等技术，从前兆信息视角构建针对UMNS运行脆弱性的动态监控及可视化系统；基于改进事故序列前兆信息模型定量化评价UMNS运行物理脆弱性的评价方法；基于复杂网络理论研究UMNS运行结构脆弱性的评价方法；基于流体力学理论研究UMNS运行社会功能脆弱性的评价方法；基于GIS进行UMNS运行脆弱性的仿真与动态监控，并结合典型UMNS进行案例及实证分析。

本课题围绕城市地铁网络系统运行脆弱性评价方法及动态监控，分别针对物理脆弱性、结构脆弱性、社会功能脆弱性等关键科学问题进行了深入的研究，完成了预期目标，并且在研究内容上进行了延伸与拓展。.在城市地铁网络系统运行物理脆弱性方面，结合UMNS物理系统的自身特性，界定了UMNS物理脆弱性的概念内涵，分析了UMNS物理脆弱性的形成机理，构建了UMNS物理脆弱性研究的框架；基于复杂网络理论评估了UMNS的物理脆弱域；构建了面向UMNS物理脆弱性控制的故障及其影响因素分析模型，从脆弱性控制的角度对故障模式及其影响因素进行了研究。.在城市地铁网络系统运行结构脆弱性方面，研究了具有运行线路属性的城市地铁网络拓扑结构复杂性，通过对52个城市地铁网络实证分析，得到地铁网络具有小世界特性；构建了地铁网络时空演化模型。在实证分析的基础上，结合地铁网络规划原则，得到了地铁网络时空演化机制；研究了基于连通性的不同拓扑结构类型的地铁网络结构脆弱性。构建相同规模六种典型的地铁网络拓扑结构，通过对其进行随机和蓄意的边-点-边相继故障，从连通性角度评价不同拓扑结构类型的地铁网络的脆弱性表现；研究了基于动态随机非平衡配流的不同拓扑结构类型的地铁网络结构脆弱性；对香港、南京、北京、上海地铁网络拓扑特性及脆弱性问题进行了实证研究。.在城市地铁网络系统运行社会功能脆弱性方面，研究了乘客异常行为引发地铁系统运行脆弱性原理；运用petri网理论，识别了乘客异常行为引发地铁运行延误事件关键路径；通过对地铁乘客不安全行为概念的界定，对乘客的不安全行为进行了分类；分析了影响乘客不安全行为的因素；基于结构方程模型综合评价乘客不安全行为；分析了采用系统动力学对乘客不安全行为干预系统进行研究的可行性，提出了乘客不安全行为的干预对策，并基于系统动力学建立了乘客不安全行为的干预模型，最后对其中的4种干预措施进行了模拟，对仿真结果进行对照分析。