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外部冲击下西安城市地铁网络的脆弱性研究

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近年来，地铁网络凭借运行效率高、运行准时、运行安全等众多优势成为城市公共交通的重要组成部分，也成为城市建设和日常运行的重中之重。由于地铁网规模的不断扩大，承载客流量的大幅增长，在其迅速发展的同时，城市地铁网络运营期间的安全问题面临新的挑战，如恶劣气候、人员因素、机械问题等因素。这些干扰因素不但破坏了地铁网络的物理结构、降低了其连通性，还严重影响一个地区地铁系统的社会功能，给乘客出行带来不便。为使地铁网络系统具备方便、舒适、安全的运输功能，增强地铁系统抵抗外部冲击的能力，地铁有关部门应充分了解地铁系统在面临外部干扰或恶意冲击时的整个地铁网络的脆弱性变化程度，预防该系统网络脆弱性问题的出现，以及在问题出现后及时采取合理的应急措施。 基于以上背景，本文在系统地梳理了相关文献和案例的基础上，以西安地铁网络为研究背景，采用复杂系统的相关知识和地铁系统脆弱度评估法，研究了西安市区地下轨道交通网络在外部冲击下脆弱性变化。首先，运用三次移动平均法模型预测了2020年西安地铁网络1、2、3号线的全年客流总量；其次，运用因子分析法分析了目前西安地铁在运行过程面临的问题；再次，通过文献计量法筛选出11个外部冲击影响因素，并通过DEMATEL方法确定了影响地铁网络脆弱性最主要的外部冲击因素为恶劣气候；接着，对影响地铁网络脆弱性的主要外部冲击因素恶劣气候约束、路段容量约束与通行能力约束进行描述，从而建立了西安地铁网络脆弱性评价模型。最后，以西安地铁网络为实证研究对象，通过分析其基本属性，得知西安地铁网络属于随机网络。并借助MATLAB仿真软件对比分析了西安地铁网络分别在初始状态和恶劣气候影响下时对于不同冲击模式的整个地铁系统相对服务效率的改变趋势。仿真结果表明：站点的重要程度会随着地铁系统中其余站点的失效而产生改变：地铁系统车站的脆弱性与该系统中度数的大小不存在必然联系；西安地铁网络系统无论在正常状态下还是恶劣气候因素的影响下，其对于重要性节点冲击均呈现出较大的脆弱性，但在恶劣气候条件下，西安地铁系统呈现出更高的脆弱性。文章最后归纳出西安地铁系统脆弱性的消减对策。因此，在地铁系统的设计、建设以及开通运行期间，不仅要加大对初始情况下主要车站的保护力度，还要重视遭受冲击之后系统中的重要车站并对其采取重要的保护措施。

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