关于城市轨道交通运输网络级联失效抗毁性研究

武可心

西安交通工程学院交通运输学院 陕西 西安 710000

正文：

城市轨道交通内部结构比较复杂，各个车站在轨道交通系统中紧密相连，一旦轨道交通系统某个节点出现故障，其影响将会通过网络迅速传播，导致轨道交通出现大范围拥堵，严重影响人们的出行。轨道交通某个节点的失效并引发其他节点失效的情况称为级联失效，为确切城市轨道交通的安全稳定运行，相关人员需要加强对级联失效问题的研究，分析网络级联失效的抗毁性，以此来促进城市轨道交通系统的稳定运行，在方便人们出现的同时，促进城市地区的经济发展。

一、城市轨道交通运输网络级联失效基本模型

（一）分配交通流

部分地区城市轨道交通系统中网络节点数量不足，网络中边数量不足，一旦网络系统中某一个节点出现失效的问题，其他能够起到替代作用的路径严重不足，无法对失效的节点及时修复。同时，网络级联失效的模型需要充分考虑边权时间因素，最短路的通行时间远低于可替代路线的通行时间，为此需要在选择路线的过程中优先选取最短路径。针对规模比较小，网络结构简单的轨道交通网络，需要优先采用全有全无的配流计算方法，实现对客流的合理分配。在具体操作过程中，首先需要将网络系统初始化处理，明确各边的具体时间阻抗，计算出出发地和目的地的最短距离，使用Floyd算法进行计算，保证计算结果的准确性，在完成计算后，需要将全部的交通量在最短路径上进行合理的分配。在交通流分配过程中，换乘站与普通车站需要采取差异化的分配方法，重点分析换乘所需的时间和次数，对于特定的换乘节点需要进行加权处理。在实际操作中，可以将换乘站转变为不同的虚拟化站点，利用换乘边将站点连接。

（二）流量重分配

城市轨道交通网络如出现失效节点，网络拓扑结构会出现显著改变，乘客需要重新选择最短路径，这也会导致节点的交通压力增加，如交通流量达到节点的极限，则会在该节点位置产生严重的失效问题，进而引发交通拥堵的发生，节点位置的阻抗增加，边权值同步增长，但该节点的运输能力不会全部丧失。节点的拥挤程度与阻抗变化情况密切相关，综合阻抗数值越大，节点拥堵情况越严重，节点失效导致的其他节点失效会引发边权值增加，轨道交通网络最短路径同步变化，交通流量会进行二次分配，直至未产生新的失效节点为止。在实际处理过程中，节点失效引发的其他节点容量低于流量的问题，需要增加节点阻抗，不可直接删除处理，由于设备故障以及外界因素引发的节点失效，需要将与之相邻的节点全部删除。

（三）主要变量

城市轨道交通各个区间以及各个节点的客流量共同构成了城市轨道交通网络的整体负荷，在实际分析中可以假定乘客在出行过程中重点会选择终点位置与起点的最短路径，通过初始流量以及路径分配处理后能够获取某个节点的具体交通量情况。城市轨道交通各个车站在全部设备正常运行的情况下最大的通过客流量为车站客流的集散能力。城市轨道交通车站的客流集散能力会受到前期规划设计、建设成本等因素的限制，在进行客流量预测过程中需要留置适当的空间，依据实际需求确定车站的具体规模。

（四）级联失效的算法

级联失效在计算过程中需要首先确定各个边的权重，建立无向加权的网络模型。寻找任意节点之间的最短路径主要通过Floyd算法，依据全无和全有的方式将交通需求分配到网络的各个节点之中，确定初始流量和初始容量。及时删除网络中失效节点和与之相邻的节点，组成全新的城市轨道交通网络，并在此计算流量以及最短路径，分析各个节点流量与容量之间的关系。

二、级联失效抗毁性评估

城市轨道交通网络节点出现级联失效后，正常节点数量与初始节点数量之比为有效节点比，该指标能够对网络失效的整体规模做出科学的分析，评估级联失效对城市轨道交通网络产生的影响，有效节点比数值越高，表明城市轨道交通网络级联失效抗毁性能越强。衡量城市轨道交通网络失效后产生的破坏情况可以利用网络效率这一指标，轨道交通网络中两个节点距离的倒数即为网络效率，在城市轨道交通网络中包含诸多节点，所有节点效率的平均值代表了网络的整体效率，一旦出现级联失效的情况，可利用网络级联失效状态下的效率与初始状态下网络效率之比分析抗毁性，数值越高，抗毁性越强。

结束语：

城市轨道交通关系到城市的经济发展，与人们的切身利益密切相关，为此需要加强设计和研究，确保其发挥出应有的作用。城市轨道交通网络系统内部结构复杂，包含多个节点，对不同节点进行有效的级联失效分析能够准确判断城市轨道交通网络的运行情况，便于管理人员制定合理的应对措施，提高轨道交通运行的稳定性和安全性，值得全面推广。