專利名稱：基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于高速列車開行方案評估技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分 析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著高速鐵路的投入使用，鐵路列車的開行方案越來越受到重視。開行方案的執(zhí) 行往往受到惡劣天氣的影響。如何分析惡劣天氣對旅客列車造成的影響，以往的分析方法 往往是定性的，缺乏定量的分析結(jié)果。列車開行方案的重要的衡量指標是旅客的換乘次數(shù)。換乘次數(shù)增多多，旅客的總 的旅行時間就會增加，旅客的滿意度就會降低，相反，換乘次數(shù)減少，旅客的總旅行時間就 會減少。所以可以從計算旅客換乘次數(shù)的變化來分析惡劣天氣對旅客列車開行方案的影 響。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論是近年來學(xué)術(shù)界研究的熱點。許多分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的方法已經(jīng)越來越 多地應(yīng)用到許多技術(shù)領(lǐng)域。已經(jīng)有學(xué)者證明，由旅客列車開行方案轉(zhuǎn)化成的車流網(wǎng)絡(luò)是一 種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，所以，可以用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)的指標分析來分析車流網(wǎng)絡(luò)，進而分析旅客列車 開行方案。全路旅客列車車流(以下簡稱車流)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點是全路有客運作業(yè)的所有車站； 如果兩站之間有同一列車停站作業(yè)，那么這兩個車站之間的連線就是網(wǎng)絡(luò)中的邊。根據(jù) 2009年7月份鐵道部公布的最新全路旅客列車時刻表，全路具有客運服務(wù)的車站有3361 個。共有2334列車。這個由車站節(jié)點和車流邊組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中具有330273條邊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法 及系統(tǒng)，基于本發(fā)明，能夠計算災(zāi)害天氣對鐵路旅客列車開行方案的影響程度，為開行方案 的調(diào)整提供決策依據(jù)。本發(fā)明公開了一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法，所述 方法包括如下步驟車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取步驟，將列車開行方案轉(zhuǎn)化為車流網(wǎng)絡(luò)，計算 所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取步驟，將所述車流網(wǎng)絡(luò)中由于災(zāi) 害天氣的出現(xiàn)而失效的邊刪除，確定新的車流網(wǎng)絡(luò)，并計算所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)； 分析步驟，將所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)與所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)進行比較，分析災(zāi) 害天氣對所述車流網(wǎng)絡(luò)的影響程度，進而確定災(zāi)害天氣對列車開行方案的影響。上述分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法，優(yōu)選所述車流網(wǎng)絡(luò)、所述新的車流網(wǎng) 絡(luò)的特征參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度和網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)。上述分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法，優(yōu)選所述網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度依據(jù)下式 確定 其中，L表示網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度；N為自然數(shù)，表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的總數(shù)；i、j為自然 數(shù)，Clij表示網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點i和j之間的距離，所述距離依據(jù)連接i節(jié)點和j節(jié)點的最短 路徑上的邊數(shù)確定。上述分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法，優(yōu)選所述網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)依據(jù)下式確 定 其中，C表示網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)而表示網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點的聚類系數(shù)屯網(wǎng)絡(luò)中與節(jié) 點i相連的邊的個數(shù)洱表示與節(jié)點i相鄰的Iii個鄰居節(jié)點之間實際存在的邊數(shù)之和。另一方面，本發(fā)明還公開了一種基于網(wǎng)絡(luò)理論分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系 統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取模塊，用于將列車開行方案轉(zhuǎn)化為車流網(wǎng)絡(luò)， 計算所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取模塊，用于將所述車流網(wǎng)絡(luò) 中由于災(zāi)害天氣的出現(xiàn)而失效的邊刪除，確定新的車流網(wǎng)絡(luò)，并計算所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的 特征參數(shù)；分析模塊，用于將所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)與所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)進 行比較，分析災(zāi)害天氣對所述車流網(wǎng)絡(luò)的影響程度，進而確定災(zāi)害天氣對列車開行方案的 影響。上述分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)，優(yōu)選所述車流網(wǎng)絡(luò)和所述新的車流網(wǎng) 絡(luò)的特征參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度和網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)。上述分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)，優(yōu)選所述網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度依據(jù)下式 確定 其中，L表示網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度；N為自然數(shù)，表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的總數(shù)；i、j為自然 數(shù)，Clij表示網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點i和j之間的距離，所述距離依據(jù)連接i節(jié)點和j節(jié)點的最短 路徑上的邊數(shù)確定。上述分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)，優(yōu)選所述網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)依據(jù)下式確 定C=Y^cJN , 其中，C表示網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)而表示網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點的聚類系數(shù)屯網(wǎng)絡(luò)中與節(jié) 點i相連的邊的個數(shù)洱表示與節(jié)點i相鄰的Iii個鄰居節(jié)點之間實際存在的邊數(shù)之和。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明能夠計算災(zāi)害天氣對鐵路旅客列車開行方案的影響 程度，從而為災(zāi)害天氣等應(yīng)急條件下旅客列車開行方案的調(diào)整提供了決策依據(jù)。


圖1為本發(fā)明基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法實施例的步驟 流程圖；圖2是動車D305、D309與D5653次列車構(gòu)成的車流網(wǎng)絡(luò)圖； 圖3是災(zāi)害天氣出現(xiàn)后要刪除的邊的示意圖；圖4是災(zāi)害天氣出現(xiàn)后D305、D309與D5653次列車構(gòu)成的車流網(wǎng)絡(luò)圖；圖5為本發(fā)明基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu) 框圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。參照圖1，圖1為本發(fā)明基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行方案影響的方法 實施例的步驟流程圖，包括如下步驟步驟110，將列車開行方案轉(zhuǎn)化為車流網(wǎng)絡(luò)，計算所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；步驟 120，將所述車流網(wǎng)絡(luò)中由于災(zāi)害天氣的出現(xiàn)而失效的邊刪除，確定新的車流網(wǎng)絡(luò)，并計算 所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；步驟130，將所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)與所述新的車流網(wǎng) 絡(luò)的特征參數(shù)進行比較，分析災(zāi)害天氣對所述車流網(wǎng)絡(luò)的影響程度，進而確定災(zāi)害天氣對 列車開行方案的影響。網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點i和j之間的距離定義為連接這兩個節(jié)點的最短路徑上的邊 數(shù)。網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長度定義為任意兩個節(jié)點之間距離的平均值，即 其中N為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)。對于旅客列車車流網(wǎng)絡(luò)而言，L值越小說明任意兩個車站之間的連線的數(shù)目越小， 相應(yīng)地，旅客從一個車站到達另一個車站的換乘次數(shù)就越少。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點i有Iii條邊將它和其它節(jié)點相連，這Ici個節(jié)點稱為節(jié)點i 的鄰居。顯然，在這ki個節(jié)點之間最多可能有Iii(Iii-I)/2條邊。而這ki個節(jié)點之間實際存 在的邊數(shù)Ei和總的可能的邊數(shù)之比就定義為節(jié)點i的聚類系數(shù)Ci，即Ci = 2Ei/(ki(ki-l)/2)整個網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)C就是所有節(jié)點i的聚類系數(shù)的(；平均值。很明顯， 0 < C < 1。C = 0表示所有的節(jié)點均為孤立節(jié)點，即沒有任何連接邊；C = 1表示網(wǎng)絡(luò)是全 局耦合的，即網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點都直接相連。對于旅客列車車流網(wǎng)絡(luò)而言，C值越大，車流網(wǎng)絡(luò)的耦合程度越高，表示旅客從一 個車站到另一個車站直達的概率越大。本算例至選取D305，D309與D5653做為車流網(wǎng)絡(luò)分析的目標。對全路所有車次構(gòu) 成的車流網(wǎng)絡(luò)來說，分析計算的方法是一致的。選擇D305，D309與D5653三個車次構(gòu)成車流網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。
根據(jù)上述定義，此時網(wǎng)絡(luò)任意兩節(jié)點之間的路徑長度如表1所示。表1三個車次所涉及車站之間的路徑長度 根據(jù)上述定義，此時網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長度為(1+1+1+2+2+1+2+1+2+2+2+2+2+2+1+1+1+1+1+1+1)/ (0. 5*7*6) = 1. 4286也就是說旅客的平均換乘次數(shù)是1. 4286次。表2每個車站的聚類系數(shù)計算
嘉興海寧根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，此車流網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)是(0.5+1+1+0. 5+1+1+0. 5)/7 = 0.7857假設(shè)在無錫與上海站之間的區(qū)段發(fā)生了災(zāi)害天氣，那么迫使D305次列車的終到 站改為南京，那么北京與上海之間、南京與上海之間的邊被從網(wǎng)絡(luò)中刪除。而由于D309次 列車走的線路是北京_無錫_杭州，沒有受到無錫至上海區(qū)段災(zāi)情的影響，所以D309次列 車相應(yīng)的邊不變。如圖3所示。此時，車流網(wǎng)絡(luò)圖如圖4所示。表3災(zāi)情發(fā)生后三個車次所涉及車站之間的路徑長度 參照表3，根據(jù)上述定義，此時網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長度為(1+1+2+2+2+1+2+3+3+3+2+2+2+2+1+1+1+1+1+1+1)/(0. 5*7*6) = 1.6667也就是說旅客的平均換乘次數(shù)是1. 6667次。表4災(zāi)情發(fā)生后每個車站的聚類系數(shù)計算 根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，此車流網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)是(0. 3333+0+1+1+1+1+0. 4)/7 = 0.6762分析災(zāi)情發(fā)生后，車流網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長度由1.4286增加到了 1.6667，表明車流網(wǎng)絡(luò)中每兩點之間的距離拉大；聚類系數(shù)由0. 7857減小到了 0. 6762，說明車流網(wǎng)絡(luò)變得 松散，耦合程度降低；這兩方面說明開行方案受到了較大的影響。旅客在次網(wǎng)絡(luò)中乘坐列車 由一個車站出發(fā)到達另一個車站的平均的換乘次數(shù)增加了 0.2381次，而在此網(wǎng)絡(luò)上的旅 客的數(shù)目很大，每天的平均值可達到幾十萬，而每一次換乘，都會造成旅客的旅行時間的增 力口，所以總的旅客的旅行時間會大大增加，在災(zāi)害天氣這種特殊運營條件下，勢必會給鐵路 旅客運輸工作造成很大的負面影響。所以，根據(jù)此分析結(jié)果，應(yīng)給與運輸組織決策者提出立 刻調(diào)整旅客列車開行方案的建議。
需要說明的是，上述實施例中選用的特征參數(shù)為網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度和網(wǎng)絡(luò)聚類系 數(shù)，但本發(fā)明并不局限于此，選用其他的指標也是可以的；并且網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度和網(wǎng)絡(luò)聚 類系數(shù)的確定方式也并非一定為上述實施例所確定的形式，只要是將列車開行方案轉(zhuǎn)化為 車流網(wǎng)絡(luò)，之后確定災(zāi)害天氣的出現(xiàn)使所述車流網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的變化，并依據(jù)上述變化進行分 析災(zāi)害天氣對列車開行方案的影響的方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系 統(tǒng)，參照圖5，基于網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)包括車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取模塊52，用于將列車開行方案轉(zhuǎn)化為車流網(wǎng)絡(luò)，計算所 述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取模塊54，用于將所述車流網(wǎng)絡(luò)中由 于災(zāi)害天氣的出現(xiàn)而失效的邊刪除，確定新的車流網(wǎng)絡(luò)，并計算所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征 參數(shù)；分析模塊56，用于將所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)與所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)進行 比較，分析災(zāi)害天氣對所述車流網(wǎng)絡(luò)的影響程度，進而確定災(zāi)害天氣對列車開行方案的影 響。系統(tǒng)實施例的原理與方法實施例相同，相同之處戶型參照即可，在此不再贅述。以上對本發(fā)明所提供的一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法 及系統(tǒng)進行詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述， 以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一 般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所 述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取步驟，將列車開行方案轉(zhuǎn)化為車流網(wǎng)絡(luò)，計算所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取步驟，將所述車流網(wǎng)絡(luò)中由于災(zāi)害天氣的出現(xiàn)而失效的邊刪除，確定新的車流網(wǎng)絡(luò)，并計算所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；分析步驟，將所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)與所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)進行比較，分析災(zāi)害天氣對所述車流網(wǎng)絡(luò)的影響程度，進而確定災(zāi)害天氣對列車開行方案的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法，其特征在于，所述車 流網(wǎng)絡(luò)、所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度和網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法，其特征在于，所述網(wǎng) 絡(luò)平均路徑長度依據(jù)下式確定 其中，L表示網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度； N為自然數(shù)，表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的總數(shù)；i、j為自然數(shù)，屯表示網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點i和j之間的距離，所述距離依據(jù)連接i節(jié)點 和j節(jié)點的最短路徑上的邊數(shù)確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法，其特征在于，所述 網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)依據(jù)下式確定 其中，c表示網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)；Ci表示網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點的聚類系數(shù)；ki網(wǎng)絡(luò)中與節(jié)點i相連的邊的個數(shù)；Ei表示與節(jié)點i相鄰的&個鄰居節(jié)點之間實際存在的邊數(shù)之和。
5.一種基于網(wǎng)絡(luò)理論分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取模塊，用于將列車開行方案轉(zhuǎn)化為車流網(wǎng)絡(luò)，計算所述車流 網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)獲取模塊，用于將所述車流網(wǎng)絡(luò)中由于災(zāi)害天氣的出現(xiàn)而失 效的邊刪除，確定新的車流網(wǎng)絡(luò)，并計算所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；分析模塊，用于將所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)與所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)進行比 較，分析災(zāi)害天氣對所述車流網(wǎng)絡(luò)的影響程度，進而確定災(zāi)害天氣對列車開行方案的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述車流網(wǎng)絡(luò)和所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度和網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng) 絡(luò)平均路徑長度依據(jù)下式確定 其中，L表示網(wǎng)絡(luò)平均路徑長度； N為自然數(shù)，表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的總數(shù)；i、j為自然數(shù)，Clij表示網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點i和j之間的距離，所述距離依據(jù)連接i節(jié)點 和j節(jié)點的最短路徑上的邊數(shù)確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述 網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)依據(jù)下式確定 其中，C表示網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)；Ci表示網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點的聚類系數(shù)；ki網(wǎng)絡(luò)中與節(jié)點i相連的邊的個數(shù)；Ei表示與節(jié)點i相鄰的h個鄰居節(jié)點之間實際存在的邊數(shù)之和。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析災(zāi)害天氣對列車開行影響的方法及系統(tǒng)。該方法包括將列車開行方案轉(zhuǎn)化為車流網(wǎng)絡(luò)，計算所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；將所述車流網(wǎng)絡(luò)中由于災(zāi)害天氣的出現(xiàn)而失效的邊刪除，確定新的車流網(wǎng)絡(luò)，并計算所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)；將所述車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)與所述新的車流網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)進行比較，分析災(zāi)害天氣對所述車流網(wǎng)絡(luò)的影響程度，進而確定災(zāi)害天氣對列車開行方案的影響。本發(fā)明能夠計算災(zāi)害天氣對鐵路旅客列車開行方案的影響程度，為開行方案的調(diào)整提供決策依據(jù)。
文檔編號G08G1/01GK101866544SQ20101017404
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者孟學(xué)雷, 徐杰, 王莉, 秦勇, 謝正媛, 謝金鑫, 賈利民, 陳彩霞 申請人:北京交通大學(xué)