城市轨道交通网络脆弱性分析(源码)
随着轨道交通网络的迅速发展，越来越多的城市正在建设或扩大轨道交通网络的规模。城市轨道交通网络在城市交通系统中的重要性日益提升，因此城轨网络的安全性和可靠性不可忽视，需要有良好的保障。本文基于复杂网络理论和图论，通过对城轨网络的脆弱性进行分析，包括拓扑脆弱性分析、站点脆弱性分析、应对各种站点攻击的脆弱性分析以及客流量对城轨网络性能影响的分析，从而得出城轨网络的脆弱性分析结果，对城轨网络的安全性和可靠性保护具有参考意义。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 2
1.3 研究内容与技术路线 2
1.3.1 研究内容 2
1.3.2 技术路线 3
2 基础理论 3
2.1 复杂网络理论与图论基础 3
2.1.1 图论基础 3
2.1.2 网络拓扑结构 4
2.1.3 复杂网络基本特征指标 4
2.2 脆弱性理论 4
2.2.1 脆弱性定义 4
2.2.2 拓扑脆弱性 4
2.2.3 功能脆弱性 4
2.2.4 站点脆弱性 5
2.2.5 脆弱性影响因素 5
2.2.5.1 随机攻击 5
2.2.5.2 最大度节点攻击 6
2.2.5.3 最高介数节点攻击 6
2.2.5.4 复合攻击 7
2.2.5.5 最大客流量站点攻击 8
2.2.6 站点客流量阈值界定 9
3 脆弱性分析系统的设计 10
3.1 基本数据结构 10
3.2 关键函数说明 11
3.2.1 指标计算函数 11
3.2.2 攻击模拟函数 11
3.2.3 站点客流量阈值函数 12
3.3 程序界面操作 12
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络为例的分析 14
4.1 上海市地铁网络的基本信息 14
4.2 上海市地铁网络基本拓扑特征 15
4.3 各种蓄意攻击方案 17
4.3.1 随机攻击、最大度节点攻击和最高介数节点攻击 17
4.3.2 复合攻击 17
4.3.3 最大OD客流量攻击 18
4.4 拓扑脆弱性分析 19
4.5 功能脆弱性分析 19
4.6 站点脆弱性分析 20
4.7 站点客流量阈值界定 22
5 总结与展望 23
5.1 总结 23
5.2 展望 24
致谢 24
参考文献： 24
城市轨道交通网络脆弱性分析
引言
1 绪论
1.1 研究背景及意义
随着经济的发展，城市人口的增加，交通堵塞和环境污染等已经上升为一个世界性难题。众多交通学专家，在研究了国内外各大城市暴露的交通问题后，提出了解决方案，即建立一种公共客运交通体系，其主体仍为常规公交，核心骨干为轨道交通，结合多种交通方式协调发展 [1]。
由于城市轨道交通的蓬勃发展，截至2017年1月，我国已有31个城市建成轨道交通（包括台北、高雄）。城规网络规模的不断扩大，使得其在公共客运交通体系中承载的客流量比重也逐渐加大。由于城轨网络中站点和线路一旦建成其承载客流量的能力也已确定，如果客流量超过其承载阈值，可能会导致站点或线路瘫痪并影响到相邻站点或线路。另外当站点或线路受到不法分子蓄意破坏时，整个城轨网络将受到更严重的影响。因此，分析城轨网络的脆弱性，并加以针对性地保护，对维护城轨网络的安全、平稳运行具有重要意义[2]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
复杂性研究方面，Amaral等学者研究了Aviation Network的拓扑结构；Sen等学者研究了印度Rail network的smallworld effect；Marchiori和Latora对波士顿Metro Network特性进行了早期研究；Jiang和Claramunt对城市street network进行了研究，论证了此网络具有smallworld effect；Sienkiewicz分析了波兰多个城市的Public transport network；Angeloudis对世界Metro Network的复杂性也进行了研究。
脆弱性研究方面，美国学者Gilbert Fowler White于1974年在《Natural Hazards》中提出了“脆弱性”的概念。脆弱性是指系统对破坏网络性能、结构连通性事件所表现出的敏感程度。Jenelius等学者在分析网络的脆弱性后，得出结论：在网络中，一些影响网络性能的事件往往会通过网络扩散出去，导致连锁反应使网络瘫痪。
可靠性研究方面：《Transportation Network Analysis》[3]及《Journal of Advanced Transportation》呈现了当时对网络可靠性的研究成果；Bell和Cassir在《Reliability of Transport Networks》中深入研究了Newcastle University网络可靠性，提出了评价网络可靠性的方法。
1.2.2 国内研究现状
复杂性研究方面，吴建军、高自友等学者分析了城市公交网络的复杂网络基本特性；周涛和刘宏鲍以城市为节点、以城市间线路为边，构建航空网络并进行分析。
陈艳艳、刘小明等学者于2006年在其著作中对可靠度在交通系统规划管理中的实践展开了叙述；王云琴，叶青傳等学者基于可靠性评估模型，分析了在面对不同攻击方式时，网络可靠性的变化情况，从而反映城轨网络的脆弱性；2010年，陈菁菁从网络的稳定性、适应性与有效性三方面出发，提出了新的可靠性评估模型 [4]。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 2
1.3 研究内容与技术路线 2
1.3.1 研究内容 2
1.3.2 技术路线 3
2 基础理论 3
2.1 复杂网络理论与图论基础 3
2.1.1 图论基础 3
2.1.2 网络拓扑结构 4
2.1.3 复杂网络基本特征指标 4
2.2 脆弱性理论 4
2.2.1 脆弱性定义 4
2.2.2 拓扑脆弱性 4
2.2.3 功能脆弱性 4
2.2.4 站点脆弱性 5
2.2.5 脆弱性影响因素 5
2.2.5.1 随机攻击 5
2.2.5.2 最大度节点攻击 6
2.2.5.3 最高介数节点攻击 6
2.2.5.4 复合攻击 7
2.2.5.5 最大客流量站点攻击 8
2.2.6 站点客流量阈值界定 9
3 脆弱性分析系统的设计 10
3.1 基本数据结构 10
3.2 关键函数说明 11
3.2.1 指标计算函数 11
3.2.2 攻击模拟函数 11
3.2.3 站点客流量阈值函数 12
3.3 程序界面操作 12
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络为例的分析 14
4.1 上海市地铁网络的基本信息 14
4.2 上海市地铁网络基本拓扑特征 15
4.3 各种蓄意攻击方案 17
4.3.1 随机攻击、最大度节点攻击和最高介数节点攻击 17
4.3.2 复合攻击 17
4.3.3 最大OD客流量攻击 18
4.4 拓扑脆弱性分析 19
4.5 功能脆弱性分析 19
4.6 站点脆弱性分析 20
4.7 站点客流量阈值界定 22
5 总结与展望 23
5.1 总结 23
5.2 展望 24
致谢 24
参考文献： 24
城市轨道交通网络脆弱性分析
引言
1 绪论
1.1 研究背景及意义
随着经济的发展，城市人口的增加，交通堵塞和环境污染等已经上升为一个世界性难题。众多交通学专家，在研究了国内外各大城市暴露的交通问题后，提出了解决方案，即建立一种公共客运交通体系，其主体仍为常规公交，核心骨干为轨道交通，结合多种交通方式协调发展 [1]。
由于城市轨道交通的蓬勃发展，截至2017年1月，我国已有31个城市建成轨道交通（包括台北、高雄）。城规网络规模的不断扩大，使得其在公共客运交通体系中承载的客流量比重也逐渐加大。由于城轨网络中站点和线路一旦建成其承载客流量的能力也已确定，如果客流量超过其承载阈值，可能会导致站点或线路瘫痪并影响到相邻站点或线路。另外当站点或线路受到不法分子蓄意破坏时，整个城轨网络将受到更严重的影响。因此，分析城轨网络的脆弱性，并加以针对性地保护，对维护城轨网络的安全、平稳运行具有重要意义[2]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
复杂性研究方面，Amaral等学者研究了Aviation Network的拓扑结构；Sen等学者研究了印度Rail network的smallworld effect；Marchiori和Latora对波士顿Metro Network特性进行了早期研究；Jiang和Claramunt对城市street network进行了研究，论证了此网络具有smallworld effect；Sienkiewicz分析了波兰多个城市的Public transport network；Angeloudis对世界Metro Network的复杂性也进行了研究。
脆弱性研究方面，美国学者Gilbert Fowler White于1974年在《Natural Hazards》中提出了“脆弱性”的概念。脆弱性是指系统对破坏网络性能、结构连通性事件所表现出的敏感程度。Jenelius等学者在分析网络的脆弱性后，得出结论：在网络中，一些影响网络性能的事件往往会通过网络扩散出去，导致连锁反应使网络瘫痪。
可靠性研究方面：《Transportation Network Analysis》[3]及《Journal of Advanced Transportation》呈现了当时对网络可靠性的研究成果；Bell和Cassir在《Reliability of Transport Networks》中深入研究了Newcastle University网络可靠性，提出了评价网络可靠性的方法。
1.2.2 国内研究现状
复杂性研究方面，吴建军、高自友等学者分析了城市公交网络的复杂网络基本特性；周涛和刘宏鲍以城市为节点、以城市间线路为边，构建航空网络并进行分析。
陈艳艳、刘小明等学者于2006年在其著作中对可靠度在交通系统规划管理中的实践展开了叙述；王云琴，叶青傳等学者基于可靠性评估模型，分析了在面对不同攻击方式时，网络可靠性的变化情况，从而反映城轨网络的脆弱性；2010年，陈菁菁从网络的稳定性、适应性与有效性三方面出发，提出了新的可靠性评估模型 [4]。
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