生命线系统级联失效路径及节点重要度分析

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1、硕士学位论文生命线系统级联失效路径及节点重要度分析CascadingFailurePathsandNodeImportanceAnalysisonLifefineSystem学号：2100—6121大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究

2、所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：垒蛩送叁盘垒酪丝逊亟毫遮重囊垒鸳空作者签名：2虱盔邂日期：兰堕年—L月土日大连理工大学硕士学位论文摘要生命线系统是保障城市“生命”正常运转的中枢系统，是维系现代城市功能与区域经济功能的基础性工程设施，它是对城市供水、供电、通信、交通、供气、输油等关键工程系统的统称。自然灾害危害着人类生命财产和生存条件，城市在遭受灾害后，供水、供电、通信、交通、供气等关键生命线系统因遭到破坏而丧失服务能力，给人民生活带来巨大的痛苦和灾难，同时还可能进

3、一步引发次生灾害，使整个城市陷入瘫痪。近年来灾害频繁发生，使得研究灾害环境下生命线系统的失效模式日渐重要。灾害作用下生命线系统的破坏模式多为由于网络中某处遭受破坏(自然因素或人为原因)引起整个网络失效的连锁反应，严重时可导致整个系统瘫痪，造成崩溃的灾难性后果。但目前国内外有关灾害环境下生命线系统失效模式及如何提高其抗灾可靠性方面的研究成果较少且存在一定问题。为此，本文以生命线系统的级联失效路径和节点重要度两个方面作为切入点，对灾害环境下生命线系统的失效模式进行了深入探讨。首先，提出了灾害环境下生命线系统节点失效关联度的概念并给出了确定

4、方法。以供水管网为例，使用基于EPANET2．0二次开发的灾害模拟程序对管网遭受的灾害环境进行动态模拟，应用灰色关联分析方法，计算并比较网络中节点之间的失效关联度，分析了资源供给特性和网络拓扑特性两方面对供水管网级联失效过程的影响。在此基础上，又对灾害环境下生命线系统的级联失效路径进行了研究。定义了生命线系统级联失效路径和关键失效路径的概念，提出了确定级联失效路径和关键失效路径的方法，通过实例分析对该方法的正确性和实用性进行了验证。利用该方法识别出生命线系统的关键失效路径，从而可以在有成本等限制的条件下，仅仅通过从功能上提高关键失效路

5、径的安全冗余来提高整个生命线系统的抗灾可靠性。其次，提出了一种灾害环境下生命线系统网络节点重要度的评价方法。以供水管网为例，综合考虑节点的网络拓扑结构和资源供给两方面因素并考虑灾害作用下生命线系统的级联失效特性选取评价指标，建立了供水系统网络节点重要度评价指标体系，运用可变模糊聚类分析方法，对实例供水系统节点进行了聚类分析。结果表明：通过聚类分析结果可以客观地找出生命线系统中的关键节点，进而通过提高这些关键节点的功能冗余，可以从源头上避免灾害作用下由于网络中关键节点损坏引发级联失效造成整个网络崩溃的严重后果，从而提高整个生命线系统的抗

6、灾可靠性。关键词：灾害；生命线系统；级联失效；关键失效路径；关键节点；抗灾可靠性CascadingFailurePathsandNodeImportanceAnalysisonLifelineSystemAbstractLifelinesystemisthecentralnervoussystemforprotectingthenormalfunctioningofcity‘'life”anditisalsothebasicengineeringfacilitiestomaintainthefunctionsofmodernurban

7、andregionaleconomic．Itiscollectivelyreferredtoastheurbanwatersupplysystem，powersupplysystem，communicationsystem，transportationsystem，gassupplysystem，oilsupplysystemandotherkeyengineeringsystems．Naturaldisastersareendangeringhumanlife，propertyandlivingconditions．Afterdis

8、asters，urbanwatersupplysystem，powersupplysystem，communicationsystem，transportationsystem，gassupplysystemandoth