基于双层网络模型的城市公共交通系统抗毁性研究

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240027

山东科学 ›› 2024, Vol. 37 ›› Issue (5): 79-88.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.20240027

基于双层网络模型的城市公共交通系统抗毁性研究

马学祥¹(), 韩梦薇², 周光鑫¹^,^*(), 李树彬³, 申佳佳⁴, 孔祥科¹

1.山东轨道交通勘察设计院有限公司,山东济南 250014
2.济南轨道交通集团有限公司,山东济南 250101
3.山东警察学院道路交通安全研究所,山东济南 250014
4.中铁十八局集团第四工程有限公司,天津 300350

收稿日期:2024-02-20 出版日期:2024-10-20 发布日期:2024-09-29
通信作者: 周光鑫 E-mail:xuexiang116@163.com;sparkchou@foxmail.com
作者简介:马学祥(1983—),男,高级工程师,研究方向为交通规划。E-mail: xuexiang116@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(71871130);国家自然科学基金(71971125);山东公安科技创新计划项目(GAKJCX2022-1)

Research on the invulnerability of urban public transport systems based on a double-layer network model

MA Xuexiang¹(), HAN Mengwei², ZHOU Guangxin¹^,^*(), LI Shubin³, SHEN Jiajia⁴, KONG Xiangke¹

1. Shandong Rail Transit Survey and Design Institute Co., Ltd., Jinan 250014, China
2. Jinan Rail Transit Group Co., Ltd.,Jinan 250101, China
3. Institute of Road Traffic Safety, Shandong Police College, Jinan 250014, China
4. China Railway 18th Bureau Group the Fourth Engineering Co., Ltd., Tianjin 300350, China

Received:2024-02-20 Online:2024-10-20 Published:2024-09-29
Contact: ZHOU Guangxin E-mail:xuexiang116@163.com;sparkchou@foxmail.com

摘要/Abstract

摘要：

为研究城市公共交通系统的抗毁性,采用复杂网络理论对地铁、公交系统进行映射和分析。首先,基于Space-L模型改进双层复杂网络构建方法,以实际换乘距离为指标构建连边,并以线路高峰小时载客能力为边权重构建地铁-公交双层网络;其次,通过度、强度、介数等指标分析双层网络与其子网络的特性;最后,分别采用随机攻击和蓄意攻击模型对双层网络及其子网络进行抗毁性分析。研究结果表明:地铁-公交双层网络呈现无标度特性,对蓄意攻击表现出脆弱性,且对不同蓄意攻击指标的敏感性不同。研究结论对于公共交通系统应对突发事件,提升系统韧性具有参考价值。

关键词: 复杂网络, 地铁-公交双层网络, 网络特性分析, 蓄意攻击, 抗毁性

Abstract:

To study the invulnerability of urban public transport systems, the complex network theory is used to map and analyze the metro and bus systems. First, an improved double-layer complex network construction method is proposed based on the Space-L model. This method constructs connecting edges based on actual transfer distances and uses the peak-hour passenger capacity of lines as edge weights to develop a metro-bus double-layer network. Second, the characteristics of this network and its sub-network are analyzed using indicators such as degree, intensity, and betweenness. Finally, the random attack and intentional attack models are utilized to analyze the invulnerability of the metro-bus double-layer network and its sub-networks, respectively. The results show that the developed network exhibits a scale-free property and is vulnerabe to intentioanl attacks, exhibiting different sensitivities to various intentioanl attack indicators. Thus, the results of this study provide valuable guidelines to public transport systems for responding to emergencies and improving their robustness.

Key words: complex network, metro-bus double layer network, network characteristic analysis, intentional attack, invulnerability

中图分类号:

U491

马学祥, 韩梦薇, 周光鑫, 李树彬, 申佳佳, 孔祥科. 基于双层网络模型的城市公共交通系统抗毁性研究[J]. 山东科学, 2024, 37(5): 79-88.

MA Xuexiang, HAN Mengwei, ZHOU Guangxin, LI Shubin, SHEN Jiajia, KONG Xiangke. Research on the invulnerability of urban public transport systems based on a double-layer network model[J]. Shandong Science, 2024, 37(5): 79-88.

图/表 9

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参考文献 12

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网络	节点数	边数	平均度	平均介数	全局聚类系数	平均最短距离长度
公交网络	2 809	4 015	2.86	0.006 8	0.089	20.24
地铁网络	140	153	2.23	0.085 7	0.007	12.83
公交-地铁双层网络	2 949	4 427	3.00	0.006 0	0.096	18.82

排名	度	强度	介数	聚类系数	PCA降维指标
1	天桥南公交站	凤凰路地铁站	千佛山医院公交站	望岳路分水岭路公交站	千佛山医院公交站
2	千佛山医院公交站	济南西站地铁站	经十路奥体中路公交站	王府庄公交站	凤凰路地铁站
3	七里河公交站	礼耕路地铁站	经十路山大路公交站	玉清水厂公交站	经十路奥体中路公交站
4	省体育中心公交站	奥体中心地铁站	经十纬一公交站	西八公交车场公交站	王舍人地铁站
5	制革街公交站	腊山地铁站	经十路北小辛庄西街公交站	后龙公交站	经十路山大路公交站
6	省立医院东院区公交站	老屯地铁站	凤凰路地铁站	罗而庄公交站	省体育中心公交站
7	燕山立交桥西公交站	王舍人地铁站	经十路舜华路公交站	工艺美院西门公交站	济南西站地铁站
8	经十路奥体西路1公交站	绸带公园地铁站	省体育中心公交站	祝甸西公交站	腊山地铁站
9	华洋名苑公交站	历下广场地铁站	田庄东公交站	省体育馆南门公交站	经十纬一公交站
10	王舍人地铁站	八涧堡地铁站	王舍人地铁站	工业北路还乡中路公交站	经十路北小辛庄西街公交站

基于双层网络模型的城市公共交通系统抗毁性研究

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