[发明专利]一种基于复杂网络理论的水域航路脆弱性研究方法

权利要求书

1.一种基于复杂网络理论的水域航路脆弱性研究方法，其特征在于：该基于复杂网络理论的水域航路脆弱性研究方法具体步骤如下：包括实施方案和研究方法；所述研究方法包括复杂网络理论和数值计算；所述复杂网络理论包括基本概念和特征参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络理论的水域航路脆弱性研究方法，其特征在于：所述实施方案的具体操作步骤为：

S1:以水域为研究对象，通过实地调研和文献查阅等途径，获取该水域的交通环境资料和船舶AIS航迹图；

S2：通过对船舶AIS航迹分布的研究，提取船舶航路分布特征，并以船舶航路的交叉点、转向点为节点，以船舶实际航迹、航道作为边构建水域航路的水上交通复杂网络图；

S3：结合网络特征并利用复杂网络理论来分析其网络的脆弱性；

S4：采用船舶定线制中的相关措施对该水域航路的优化，从而改善水域船舶通航环境，保障船舶航行安全。

3.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络理论的水域航路脆弱性研究方法，其特征在于：所述复杂网络的特征参数主要包括度数、紧密度、平均路径长度、聚类系数、最大连通子图大小、网络效率；利用MATLAB软件分析水域航路复杂网络的特征参数，找出航路网络中的重要节点，分析网络的脆弱性，并运用船舶定线制对航路网络进行优化；复杂网络中的度k_i是指节点i连接的其他节点的数目，度越大表示单个节点的重要力和影响程度就越大；复杂网络的紧密度指标用于刻画网络中的节点通过网络到达网络中其它节点的难易程度，节点的紧密度越大，表明节点越居于网络的中心，它在网络中就越重要，因此紧密度和度可以作为节点权重分析的指标；网络中两个节点i和j之间的距离d_ij指连接这两个节点的最短路径上的边数，平均路径长度是网络的平均路径长度L为任意两个节点之间的距离的平均值，网络的平均路径长度也叫做特征路径长度，平均路径长度越小表示网络中任意节点之间的拓扑距离越小，网络的整体可达性较好；聚类系数同平均路径长度一样，也是复杂网络中的一个重要的全局几何量，用来描述网络中节点的聚集情况；当网络受到蓄意或者随机攻击时，会引起网络节点或者连边发生变化，可能会存在很多个子图，其中会有一个子图包含的节点最多，那么这个子图就叫做最大连通图；最大连通子图的相对大小指网络破坏后的最大连通子图的节点数目与网络初始状态的节点数的比值，网络效率是用来描述网络的演变特性，可以采用对重要节点蓄意攻击的方式，通过研究网络受攻击前后其效率的变化，从而分析其脆弱性。

4.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络理论的水域航路脆弱性研究方法，其特征在于：所述数值计算就是利用计算机或软件编程等方式更好更高效的解决不可能进行试验的问题和进行实验代价很大的问题，包括连续系统离散化和离散形方程的求解，并考虑误差、收敛性和稳定性等的问题。