[发明专利]一种基于双层耦合复杂网络的交通运输网络中识别关键修复节点的方法

权利要求书

1.一种基于双层耦合复杂网络的交通运输网络中识别关键修复节点的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立双层耦合交通运输网络模型；

S2、定义运输成本；

S3、运输路径选择；

S4、判断网络故障模型；

S5、关键修复节点识别，比较各种方法的修复效果。

2.根据权利要求1所述的一种基于双层耦合复杂网络的交通运输网络中识别关键修复节点的方法，其特征在于，所述S1包括：

双层耦合交通运输网络包括下层的铁路网络和上层的航空网络。

3.根据权利要求2所述的一种基于双层耦合复杂网络的交通运输网络中识别关键修复节点的方法，其特征在于，所述S1中铁路网络为采用空间网络模拟下层的铁路网络。空间网络中存在距离为r的连接半径，当i，j两节点的欧式距离d_ij式(1)小于或等于r时，两个节点相连，反之则不会相连。(x_i，y_i)与(x_j，y_j)分别为i，j两节点的坐标。

下层网络中由N个节点构成，表示N个城市。每个节点只能连接周围一定距离的节点，并且连接到其他节点的数量有限。在铁路网络构建完成后，按照下层网络节点的度值进行由大到小排序，选取前n个城市节点作为航空网络的节点。因航空网络具有无标度特性，故这些节点采用BA无标度算法进行连接构建航空网络。

4.根据权利要求1所述的一种基于双层耦合复杂网络的交通运输网络中识别关键修复节点的方法，其特征在于，所述S2包括：

选用航空进行运输产生的时间成本为选用铁路进行运输产生的时间成本为其中d_ij为城市节点i与节点j的欧式距离，V_u和V_d分别为航空网络运输速率和铁路网络运输速率。类似的，定义航空网络运输产生的经济成本为铁路网络运输产生的经济成本为其中P_u和P_d表示航空网络运输单位距离所用经济成本和铁路网络运输单位距离所产生的经济成本。运输成本由时间成本和经济成本共同构成。为了评估两部分成本在运输成本中的占比，引入参数m，得到城市节点i和城市节点j之间通过航空运输的运输成本为

通过铁路运输的运输成本为

5.根据权利要求1所述的一种基于双层耦合复杂网络的交通运输网络中识别关键修复节点的方法，其特征在于，所述S3包括：

计算物资从源城市节点到达目的城市节点的总运输成本ω。在运输过程中采用最小运输成本的路径P_i→j＝(X₀＝i,X₁,…,X_Q-1,X_Q＝j，其中X表示网络中的城市节点),其满足

6.根据权利要求1所述的一种基于双层耦合复杂网络的交通运输网络中识别关键修复节点的方法，其特征在于，所述S4包括：

网络故障类型分为两种，第一种故障是由于电力等因素导致网络中任意一部分城市节点出现故障，第二种故障是由于自然灾害如地震、台风等因素导致网络中指定区域的一部分城市节点出现故障。网络故障以城市为单位，当双层网络中某个城市节点出现故障时，那么它在两层网络中的节点(如果存在的话)都会出现故障。

7.根据权利要求1所述的一种基于双层耦合复杂网络的交通运输网络中识别关键修复节点的方法，其特征在于，所述S5包括：

D_ij是节点i到节点j的网络拓扑距离，定义公式如下：

D＝min(D_im+D_in) 式(9)；

D_im与D_in为故障节点i到出现故障的网络的拥塞边的两个端点m和n的网络拓扑距离，D值越小，重要性越大；根据上述评估方法，计算故障节点的重要性，其中重要性最高的故障节点就是关键修复节点。修复此节点后，分析当前网络，计算修复某个故障节点后网络的最大容量、网络最大容量提升率和找到最佳修复节点的概率用以比较上述评估方法的优劣。