[发明专利]一种城市功能系统的鲁棒性评估方法

说明书

本发明公开了一种城市功能系统的鲁棒性评估方法,包括以下步骤：获取目标区域的城市功能系统组成地图，其中城市功能系统包括多种功能区域；提取所述城市功能系统中各个功能区域的中心点来代表相应的功能区域，并确定各个功能区域的网络模型之间的耦合关系；分析各个功能区域的网络模型的鲁棒性指标；提供攻击破坏实验对各个功能区域网络模型的鲁棒性进行仿真验证，观察记录仿真过程中各个功能区域网络模型的鲁棒性指标变化趋势；建立相应的仿真评估指标。本发明获取研究区的城市功能系统组成地图，通过设计针对性的鲁棒性指标及仿真评估指标，并设计多种情形的攻击破坏实验，该评估方法能有效且准确的进行城市功能系统的鲁棒性评估。

技术领域

本发明属于鲁棒性评估技术领域，具体涉及一种城市功能系统的鲁棒性评估方法。

背景技术

在自然界中存在的大量复杂系统都可以通过形形色色的网络加以描述。一个典型的网络是由许多节点与节点之间的连边组成，其中节点用来代表真实系统中不同的个体，而边则用来表示个体间的关系，往往是两个节点之间具有某种特定的关系则连一条边，反之则不连边，有边相连的两个节点在网络中被看作是相邻的。复杂网络的研究由于其学科交叉性和复杂性的特点，涉及了众多学科的知识和理论基础，尤其是系统科学、统计物理、数学、计算机与信息科学等，常用的分析方法和工具包括图论、组合数学、矩阵理论等。复杂网络的主要研究方法都是基于图论的理论和方法开展的，并已经取得了可喜的成果。近几年，统计物理的许多概念和方法也已成功地用于复杂网络的建模和计算，如统计力学、自组织理论、临界和相变理论、渗流理论等，复杂网络模型在很多科学领域都得到广泛的应用。

鲁棒性，是指控制系统在一定结构或大小的参数摄动下，维持其某些性能的特性，也可以说是系统在部分失效的情况下完成规定功能的概率，在城市功能结构上，鲁棒性研究是为了保证城市在各种灾害即人为灾害和自然灾害作用下仍然能够完成其最基本最重要的功能，即履行城市功能，力求损失降低到最低。鲁棒性评估是对系统各个模块的功能进行容错性的测试，检测在异常输入和苛刻环境条件下能否保持正常工作，从而更好地提高系统质量。所以研究城市功能结构的鲁棒性可以为城市规划者提供非常有建设性的意见，对城市的健康发展有重要的意义。

目前亟需一种对城市功能系统的鲁棒性进行评估的方法，建立的评估方法要有较强的泛用性与实用性，城市功能系统具有多样性、复杂性的特点，因此对城市功能系统的鲁棒性要建立新的鲁棒性指标与评估指标。

发明内容

本发明目的在于提供一种城市功能系统的鲁棒性评估方法，在城市功能结构上，鲁棒性研究是为了保证城市在各种灾害即人为灾害和自然灾害作用下仍然能够完成其最基本最重要的功能，即履行城市功能，力求损失降低到最低。鲁棒性评估是对系统各个模块的功能进行容错性的测试，检测在异常输入和苛刻环境条件下能否保持正常工作，从而更好地提高系统质量。所以研究城市功能结构的鲁棒性可以为城市规划者提供非常有建设性的意见，对城市的健康发展有重要的意义。本发明分析城市功能系统的各个功能组成，根据城市功能系统的分布情况建立复杂网络模型；针对复杂网络及研究区的情况，设计鲁棒性指标，并利用仿真技术，设计攻击破坏实验，观察记录城市功能系统鲁棒性指标的变化趋势，建立仿真评估指标，进行鲁棒性分析，本发明具有实现简单，计算速度快，评估准确，可信度较高的优点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种城市功能系统的鲁棒性评估方法，包括以下步骤：

S1、获取目标区域的城市功能系统组成地图，其中城市功能系统包括多种功能区域；

S2、在步骤S1的基础上，提取所述城市功能系统中各个功能区域的中心点来代表相应的功能区域，对各个功能区域建立相应的网络模型，并确定各个功能区域的网络模型之间的耦合关系；

S3、在步骤S2的基础上，分析各个功能区域的网络模型的鲁棒性指标；