铁路快速货运复杂网络拓扑特征与鲁棒性分析

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.06.1492

中国安全科学学报 ›› 2022, Vol. 32 ›› Issue (6): 178-185.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.06.1492

铁路快速货运复杂网络拓扑特征与鲁棒性分析

马亮¹^,²^,³(), 胡宸瀚⁴, 陈光伟⁵

1 西南交通大学信息科学与技术学院,四川成都 611756
2 国家铁路智能运输系统工程技术研究中心, 北京 100081
3 四川省列车运行控制技术工程研究中心,四川成都 611756
4 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所,北京 100081
5 中国铁路信息科技集团有限公司,北京 100844

收稿日期:2021-12-12 修回日期:2022-03-15 出版日期:2022-06-28 发布日期:2022-12-28
作者简介:
马亮 (1987—),男,江苏阜宁人,博士,讲师,主要从事交通运输信息化与优化、交通运输系统建模与分析等方面的研究。E-mail: maliang@swjtu.edu.cn。
胡宸瀚,高级工程师
陈光伟,研究员
基金资助:
中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(L2021X001); 四川省科技计划项目(2021YJ0070); 中央高校基本科研业务费专项资金资助(2682018CX29); 中央高校基本科研业务费项目(2682020ZT43)

Analysis on topological characteristics and robustness of complex network of railway express freight transportation

MA Liang¹^,²^,³(), HU Chenhan⁴, CHEN Guangwei⁵

1 School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu Sichuan 611756, China
2 The Center of National Railway Intelligent Transportation System Engineering and Technology, Beijing 100081, China
3 Sichuan Engineering Research Center of Train Operation Control Technology, Chengdu Sichuan 611756, China
4 Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China
5 China Railway Information Technology Group Corporation Limited, Beijing 100844, China

Received:2021-12-12 Revised:2022-03-15 Online:2022-06-28 Published:2022-12-28

摘要/Abstract

摘要：

为了建模并分析铁路快速货物运输网络(REFTN)性能,提出L空间下铁路快速货运无向无权复杂网络(UUCN)建模方法、节点重要度综合评价指标和基于综合重要度节点失效的网络鲁棒性分析方法;依据中国铁路快速货运列车时刻表和车站间日均交互车流等数据,建立UUCN-REFTN模型,并分析其拓扑特性和静态鲁棒性。结果表明:现阶段我国REFTN具有典型的小世界、无标度和同类匹配特性;节点的随机失效对网络的鲁棒性影响较小,节点遭受最大综合重要度破坏比遭受最大度数破坏和遭受最大介数破坏使得网络变得更脆弱,当遭受最大综合重要度破坏的车站占比达到38%时,网络完全崩溃。

关键词: 铁路快速货运网络(REFTN), 复杂网络(UUCN), 鲁棒性, 小世界, 无标度

Abstract:

In order to model and analyze performance of REFTN, method of modeling undirected and unweighted complex network of REFTN (UUCN-REFTN) in L-space, comprehensive importance evaluation index of nodes and network robustness analysis method considering node failure based on comprehensive importance indexes were proposed. Based on timetable and wagon-flow data, UUCN-REFTN was established and its topological characteristics and static robustness were analyzed. The results show that REFTN has typical small-world, scale-free and congeneric matching characteristics at present in China. Random failure of nodes has less impact on network robustness generally, and largest-comprehensive-importance attack makes it more vulnerable than largest-degree attack and largest-betweenness attack. When proportion of stations under largest-degree attack reaches 38%, the network will completely collapse.

Key words: railway express freight transportation network(REFTN), complex network(UUCN), robustness, small-world, scale-free

马亮, 胡宸瀚, 陈光伟. 铁路快速货运复杂网络拓扑特征与鲁棒性分析[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(6): 178-185.

MA Liang, HU Chenhan, CHEN Guangwei. Analysis on topological characteristics and robustness of complex network of railway express freight transportation[J]. China Safety Science Journal, 2022, 32(6): 178-185.

图/表 15

图1

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表1

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表3

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表5

参考文献 15

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车站名	度数	车站名	度数
墟沟北	23	黄陵	10
介休	19	南仓	9
日照	18	阳泉	9
株洲北	15	太原北	9
黄岛	15	长治北	9
神木西	13	南翔	8
郑州北	12	成都北	8
兴隆场	12	霍尔果斯境	8
车站名	度数	车站名	度数
阿拉山口境	11	武钢	8
嘉峰	11	沈阳东	7

车站	节点介数	车站	节点介数
介休	0.230 29	阳泉	0.083 08
墟沟北	0.217 85	满洲里境	0.079 15
神木西	0.153 92	章丘	0.077 34
阿拉山口境	0.143 14	娄底	0.076 57
黄岛	0.134 55	吴家山	0.074 73
邯郸	0.130 83	口泉	0.074 26
株洲北	0.128 79	晋城北	0.071 71
郑州北	0.095 68	兴隆场	0.065 80
太原北	0.087 94	灵山	0.064 77
石工	0.084 60	古冶	0.064 00

区段	边介数	区段	边介数
阿拉山口境— 墟沟北	0.095 56	墟沟北—晋城北	0.057 39
墟沟北—邯郸	0.091 73	黄岛—邯郸	0.055 70
介休—娄底	0.082 86	神木西—王树岗	0.055 28
株洲北—神木西	0.075 64	章丘—嘉峰	0.052 63
神木西—章丘	0.072 66	吴家山— 阿拉山口境	0.049 95
邯郸—介休	0.062 63	东大沽—口泉	0.042 05
满洲里境— 鲅鱼圈北	0.062 57	灵山—介休	0.041 54
王树岗—介休	0.059 01	吴家山—满洲里境	0.041 23
石工—黄岛	0.058 63	古冶—灵山	0.039 62
娄底—防城港	0.057 90	黄岛—阳泉	0.038 55

排序	车站	排序	车站
1	吴家山	11	神木西
2	阿拉山口境	12	成都北
3	兴隆场	13	丰台西
4	江村	14	徐州北
5	株洲北	15	棠溪
6	武汉北	16	黄陵
7	石工	17	南仓
8	郑州北	18	苏家屯
9	乔司	19	乌西
10	南翔	20	贵阳南

车站名	效率下降率	车站名	效率下降率
吴家山	0.049 2	圃田	0.326 9
江村	0.089 7	乌西	0.344 0
兴隆场	0.126 1	古交	0.361 1
乔司	0.158 1	介休	0.378 2
武汉北	0.190 2	棠溪	0.393 2
苏家屯	0.215 8	阳泉	0.408 1
徐州北	0.239 3	口泉	0.423 1
阿拉山口境	0.262 8	新筑	0.438 0
南翔	0.286 3	贵阳南	0.450 9
郑州北	0.307 7	黄岛	0.463 7

铁路快速货运复杂网络拓扑特征与鲁棒性分析

Analysis on topological characteristics and robustness of complex network of railway express freight transportation

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