基于复杂网络的北京地铁网络结构特征与抗攻击能力研究

【摘要】伴随着城市化的发展，北京的交通压力日益增大。地铁网络作为缓解北京交通压力的一种有效方式是值得研究的。本文应用复杂网络理论，结合地铁客流数据研究北京地铁的结构特征与抗攻击能力。根据截止到2013年4月北京地铁官方网站公布的已经建成运行的地铁站点、线路信息，构建了以224个不同站点（换成车站只计算一次）为节点、站点之间连接关系为边的北京地铁网络。研究了该网络的度、介数、聚类系数等参数。研究结果表明北京地铁网络连通性还不高，连接紧密性仍然有很大的提升空间。这一特性给地铁运营带来的问题是乘客需要乘坐比较多的站点和经过多次换乘才能达到目的地。研究还发现网络的空间分布是比较有特点的，可以分为相对连接紧密的几个小社团。管理部门可以根据现有的空间社团划分加强局部地铁的管理能力，当遇到紧急情况可以向空间上联系紧密的站点疏散客流，以提高疏散效率。在北京地铁站点的基础上，以乘客的上下车站方向为连接两个地铁站点的边构建北京地铁客流网络，以每条边上一定时间内通过乘客数量为边的权重。从早晚高峰时间段地铁客流网络的节点分类特征、关键路线分布和早晚高峰地铁线路的客流特征入手分析地铁客流网络的结构特征。并且进行了一周早晚高峰北京地铁客流网络的演化研究。研究发现起重要连接作用的节点不只是地铁站点空间结构中的换乘车站，乘客流量大的站点是更有现实意义的重要节点；地铁客流网络没有明显的小社团现象，几乎所有的站点都互相紧密连接，所以在分区块管理的基础上，要在早晚高峰将人流量大的节点和换乘车站重点进行关注；地铁一周的客流是有明显的时间演化特征的，地铁管理部门可以根据每天不同的客流压力分配地铁的管理人员，提高人员工作效率。最后模拟删除站点和线路分析地铁网络的抗攻击能力。通过对比随机攻击地铁站点与恶意攻击地铁中的换乘车站，发现对地铁网络换乘车站的恶意攻击可以造成比较重大的安全隐患，所以在修建地铁网络时要充分考虑换乘车站的平均分布，注意人流量大的节点的安保措施。
【作者】张丽佳；
【导师】安海忠；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），管理科学与工程，2014，硕士
【关键词】复杂网络；地铁网络；客流；抗攻击能力；

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