[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

说明书

本发明公开了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，包括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；能够寻找出故障节点中关键的节点，修复该节点后会有效地提升故障网络的容量，提升效果明显优于四种典型的关键节点评估指标，对实际交通运输网络起到指导作用。

技术领域

本发明涉及交通运输网络节点重要性评估的领域，尤其涉及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。

背景技术

近年来我国大力发展航空和铁路交通运输网络，其发展对我国的经济起到促进作用，也为我们的出行带来了极大的便利。随着这两种网络的高速发展，两种网络相互耦合形成了双层耦合交通运输网络。交通运输网络内部存在一定的运输流，一旦网络中的节点受到外界因素干扰无法承担运输工作，会导致网络性能的下降。而且，不同节点的故障对网络性能的影响是不同的。

目前，双层耦合交通运输网络的研究仅仅停留在网络拓扑结构上。研究双层耦合交通运输网络的拓扑特性和鲁棒性，在网络拓扑结构的层面上研究关键节点。在实际的交通运输网络内部存在运输流，仅在网络拓扑结构下研究关键节点具有一定的局限性。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种综合交通运输网络节点重要度评估方法”，其公告号：CN109034578A，通过拓扑图以及领边权重确定重要度，具有一定的局限性。

发明内容

为此，本发明提供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，针对双层耦合交通运输网络中一批节点因外界因素出现故障而无法承担运输任务的场景，在修复资源有限的情况下，以修复其中一个节点，尽可能多的恢复网络容量为目标，使用复杂网络理论进行关键修复节点评估，找到合适的首要修复节点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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，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。

作为优选的，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。

作为优选的，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从大到小进行排序，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。在实际的铁路网络建设中，地理位置相邻的城市之间可由铁路直接相连，而不相邻的城市之间则通过中间城市的铁路相连。根据铁路网络这一特点，采用空间网络模拟下层的铁路网络。事实上，设立机场的城市通常也具有火车站，反之则不然。

作为优选的，S2包括：