1、城市軌道交通是解決交通擁擠、輔助出行者完成出行目的的重要基礎(chǔ)設(shè)施，隨著城市規(guī)模的日益擴大，城市軌道交通發(fā)展迅速，發(fā)揮的作用越來越突出。成網(wǎng)運行的地區(qū)，軌道交通輸送出行者的人數(shù)已經(jīng)超過普通地面交通，其他地區(qū)也呈現(xiàn)出這樣的趨勢。為了盡可能減小城市軌道交通中運營事故或者惡意破壞對出行者造成的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和應(yīng)變能力，有必要從理論高度進行城市軌道交通拓撲結(jié)構(gòu)和魯棒性分析。
　　以圖論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，將城市軌道交通系統(tǒng)構(gòu)建為加

2、權(quán)網(wǎng)絡(luò)，重點考慮了網(wǎng)絡(luò)受到攻擊時對流量的影響。研究了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中較為重要的四個問題，包括路段權(quán)重的度量、交通瓶頸的識別、級聯(lián)失效問題和網(wǎng)絡(luò)崩潰，建立了描述上述問題的數(shù)學(xué)模型和求解算法，給出了評價的量化指標。網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)研究主要是通過計算網(wǎng)絡(luò)的基本測度，包括度及度分布、最短距離和平均最短距離、聚類系數(shù)、網(wǎng)絡(luò)效率和介數(shù)。為了量化網(wǎng)絡(luò)的魯棒性能，建立了四個評價指標，包括連通度、最大連通子圖的相對大小、網(wǎng)絡(luò)效率和出行可達率，其中出行可達

3、率更注重于考慮網(wǎng)絡(luò)的功能，是以流量為權(quán)重時刻畫網(wǎng)絡(luò)功能的重要指標。為了更加細致的研究網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和魯棒性，本文設(shè)計了六個攻擊實驗，其中隨機攻擊方案四個，選擇攻擊方案兩個。首先以一個站點數(shù)目為9的小網(wǎng)絡(luò)對所建立的模型和算法進行了驗證，在證明算法正確的基礎(chǔ)上又對一個站點數(shù)目為288的中大型現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)進行了模擬和仿真，計算了不同實驗方案下的拓撲參數(shù)和魯棒性指標。
　　采用Matlab數(shù)學(xué)軟件為計算工具，對拓撲參數(shù)和魯棒性指標進行了編程計

4、算，初始狀態(tài)下的度分布圖說明了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的度服從冪率分布，體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的無標度特性，攻擊實驗也表明網(wǎng)絡(luò)受到隨機攻擊的確具有健壯的魯棒性;拓撲參數(shù)的計算表明網(wǎng)絡(luò)具有小世界特性，不具備高的聚類性;網(wǎng)絡(luò)效率的計算結(jié)果表明了該網(wǎng)絡(luò)的連通性較低。隨機攻擊單一節(jié)點和單一路段對路網(wǎng)的影響非常小，路網(wǎng)提供替代線路的能力很強;設(shè)定失效值，隨機連續(xù)攻擊節(jié)點和路段，網(wǎng)絡(luò)仍然表現(xiàn)出健壯的魯棒性;選擇攻擊一個節(jié)點，包括節(jié)點度最大、節(jié)點權(quán)重最大、點介數(shù)最大、聚

5、類系數(shù)最大的節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)效率和出行可達率均受到較小的影響，相對而言，攻擊點介數(shù)最大的節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)效率下降較快;選擇攻擊一個路段，包括權(quán)重最大和邊介數(shù)最大的路段，網(wǎng)絡(luò)魯棒性較為突出;將節(jié)點和邊按不同測度降序排列，依次進行連續(xù)性攻擊發(fā)現(xiàn)，選擇攻擊節(jié)點，系統(tǒng)表現(xiàn)出顯著的脆弱性，而選擇攻擊邊系統(tǒng)仍然具有較強的魯棒性，其中選擇攻擊介數(shù)最大的點對網(wǎng)絡(luò)的破壞力度最大。
　　通過對比分析可知，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)在不同攻擊策略下顯現(xiàn)出不同的性質(zhì)，選擇攻擊