[發明專利]一種基于復雜網絡理論的水域航路脆弱性研究方法

在審

• 申請號: 201610901499.2
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN107958094A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 李巖;彭秋華;甘浪雄
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 袁媛

1.一種基于復雜網絡理論的水域航路脆弱性研究方法，其特征在于：該基于復雜網絡理論的水域航路脆弱性研究方法具體步驟如下：包括實施方案和研究方法；所述研究方法包括復雜網絡理論和數值計算；所述復雜網絡理論包括基本概念和特征參數。

2.根據權利要求1所述的一種基于復雜網絡理論的水域航路脆弱性研究方法，其特征在于：所述實施方案的具體操作步驟為：

S1:以水域為研究對象，通過實地調研和文獻查閱等途徑，獲取該水域的交通環境資料和船舶AIS航跡圖；

S2：通過對船舶AIS航跡分布的研究，提取船舶航路分布特征，并以船舶航路的交叉點、轉向點為節點，以船舶實際航跡、航道作為邊構建水域航路的水上交通復雜網絡圖；

S3：結合網絡特征并利用復雜網絡理論來分析其網絡的脆弱性；

S4：采用船舶定線制中的相關措施對該水域航路的優化，從而改善水域船舶通航環境，保障船舶航行安全。

3.根據權利要求1所述的一種基于復雜網絡理論的水域航路脆弱性研究方法，其特征在于：所述復雜網絡的特征參數主要包括度數、緊密度、平均路徑長度、聚類系數、最大連通子圖大小、網絡效率；利用MATLAB軟件分析水域航路復雜網絡的特征參數，找出航路網絡中的重要節點，分析網絡的脆弱性，并運用船舶定線制對航路網絡進行優化；復雜網絡中的度k_i是指節點i連接的其他節點的數目，度越大表示單個節點的重要力和影響程度就越大；復雜網絡的緊密度指標用于刻畫網絡中的節點通過網絡到達網絡中其它節點的難易程度，節點的緊密度越大，表明節點越居于網絡的中心，它在網絡中就越重要，因此緊密度和度可以作為節點權重分析的指標；網絡中兩個節點i和j之間的距離d_ij指連接這兩個節點的最短路徑上的邊數，平均路徑長度是網絡的平均路徑長度L為任意兩個節點之間的距離的平均值，網絡的平均路徑長度也叫做特征路徑長度，平均路徑長度越小表示網絡中任意節點之間的拓撲距離越小，網絡的整體可達性較好；聚類系數同平均路徑長度一樣，也是復雜網絡中的一個重要的全局幾何量，用來描述網絡中節點的聚集情況；當網絡受到蓄意或者隨機攻擊時，會引起網絡節點或者連邊發生變化，可能會存在很多個子圖，其中會有一個子圖包含的節點最多，那么這個子圖就叫做最大連通圖；最大連通子圖的相對大小指網絡破壞后的最大連通子圖的節點數目與網絡初始狀態的節點數的比值，網絡效率是用來描述網絡的演變特性，可以采用對重要節點蓄意攻擊的方式，通過研究網絡受攻擊前后其效率的變化，從而分析其脆弱性。

4.根據權利要求1所述的一種基于復雜網絡理論的水域航路脆弱性研究方法，其特征在于：所述數值計算就是利用計算機或軟件編程等方式更好更高效的解決不可能進行試驗的問題和進行實驗代價很大的問題，包括連續系統離散化和離散形方程的求解，并考慮誤差、收斂性和穩定性等的問題。