基于复杂网络的地域公路交通网抗毁性分析

论文摘要

军事交通运输历来是军队作战的命脉,在战争中具有“牵一发而动全身”的作用。没有可靠的交通网络作支撑,就难以取得战争的主动权。公路交通是在大幅员地域组织军事运输的重要基础设施,其网络特性特别是抗毁性直接影响与制约军事交通保障效能的发挥。科学客观地对地域公路交通网络抗毁性进行分析评价,对于进一步完善和提高战区军事交通运输网络保障能力和水平极为重要。近年来复杂网络研究的兴起,为研究分析地域公路交通网络提供了新的思路。本文以公路交通网络的抗毁性为研究问题,首先简要回顾国内外基于复杂网络理论的交通问题研究现状,简述复杂网络基本理论和本文使用的MATLAB软件。其次,研究了地域公路网复杂网络模型建模方法、过程,分析地域公路无权网络和加权网络的度、平均最短路径长度、聚类系数等基本静态特征,描述了地域公路交通网络的基本性质。再次,选择了合适的抗毁性评价指标和多种攻击策略,对地域公路交通无权网络和加权网络的毁伤进行了仿真和分析,研究了最优毁伤策略、毁伤特点等问题。最后,结合仿真研究结论,从复杂网络理论角度对地域公路交通网络安全防护建设进行了初步论证,提出了几点建议。相比同类研究,本文突出了以下特点:一是目前复杂网络理论研究交通问题,主要集中在城市交通、航空、铁路等,对一个地域的公路交通系统的研究并不多见。通过分析地域公路交通网复杂网络性质,证明其属于随机网,不具备无标度网和小世界性质,这与以往对城市公共交通网和铁路、民航运输网的研究结果是不同的。二是在仿真实验上,进行了随机攻击和基于度值、介数、权重的去点和去边攻击,从尽可能全面的角度分析了地域公路交通网抗毁性,得出了研究地域的公路交通网毁伤阈值和最优毁伤策略。三是设定了一种简单运输任务背景下的仿真实验模型,从一个侧面考查了地域公路交通网上两条运输线路的抗毁性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 交通网络及军事交通运输网络研究现状
• 1.2.2 复杂网络理论的研究现状
• 1.2.3 基于复杂网络理论的交通网络研究现状
• 1.2.4 复杂网络抗毁性研究现状
• 1.3 研究内容与论文结构
• 1.3.1 论文研究的主要内容
• 1.3.2 论文研究的思路与方法
• 1.3.3 论文结构
• 第二章 基本理论概述
• 2.1 复杂网络基本理论
• 2.1.1 复杂网络的特征参量
• 2.1.1.1 网络的图表示
• 2.1.1.2 平均路径长度
• 2.1.1.3 网络整体效能
• 2.1.1.4 聚类系数
• 2.1.1.5 度与度分布
• 2.1.1.6 介数
• 2.1.2 网络模型
• 2.1.2.1 规则网络
• 2.1.2.2 随机网络
• 2.1.2.3 无标度网络
• 2.2 MATLAB软件简述
• 2.2.1 基本特点
• 2.2.2 复杂网络模型在MATLAB程序中的实现
• 第三章 地域公路交通网实例模型构建
• 3.1 地域公路交通网复杂网络模型
• 3.2 地域公路交通复杂网络模型静态几何特征分析
• 3.2.1 地域公路交通无权网络静态特征分析
• 3.2.2 地域公路交通加权网络静态特征分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 地域公路交通网抗毁性分析
• 4.1 抗毁性指标选择
• 4.2 攻击策略
• 4.3 抗毁性仿真与分析
• 4.3.1 地域公路交通无权网络抗毁性分析
• 攻击策略一：随机去点与去边攻击
• 攻击策略二：基于度优先的去点攻击
• 攻击策略三：基于介数优先的去点与去边攻击
• 4.3.2 地域公路交通加权网络抗毁性分析
• 攻击策略四：考虑权重因素的节点度优先攻击
• 攻击策略五：基于权重优先的去点攻击
• 攻击策略六：基于权重优先的去边攻击
• 4.3.3 考虑简单运输任务背景的地域公路交通网络抗毁性分析
• 4.4 结论
• 4.5 模型的不足
• 第五章 加强地域公路交通网安全防护建设的建议
• 5.1 要确立与未来作战特点相适应的公路交通安全防护理念
• 5.2 要科学确定需重点防护的公路交通网枢纽节点
• 5.3 科学规划地域公路交通网建设，提高抗毁效能
• 5.4 大力加强研究地域综合运输手段建设
• 结束语
• 一、 论文主要工作及意义
• 二、进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 网络静态特征值计算的MATLAB 程序伪代码
• 附录B 网络不同攻击模式的MATLAB 程序伪代码
• 附录C 地域公路交通网络介数最大的100 个节点及度值