[发明专利]城市基础设施群网络弹性分析方法、电子设备及存储介质

权利要求书

1.一种城市基础设施群网络弹性分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、构建城市基础设施群网络的级联失效模型；

步骤S1构建城市基础设施群网络的级联失效模型具体实现方法包括如下步骤：

S1.1、统计城市基础设施的运行数据，然后将城市基础设施的运行数据转化为城市基础设施的运行功能值；

S1.2、基于城市基础设施的运行功能值建立城市基础设施群为分析基础单元，进行城市基础设施群初次划分；

S1.3、建立城市基础设施群的级联失效模型；

步骤S1.3具体实现方法包括如下步骤：

S1.3.1、基于级联失效模型的定义，定义初始扰动为增加基础设施的负载值，对于城市基础设施j有：

MC_j＝(1+TP_j)·IL_j

MC_j为基础设施j的最大容量，TP_j为基础设施j的容忍参数，IL_j为基础设施j的初始负载：

S1.3.2、当级联失效发生后，删除过载的基础设施j，基础设施j的负载将会根据连接强度分配给一阶邻居k，分配比例为：

L′_j,k为j和k之间的归一化的连接强度，L_j,k为j和k之间的连接强度，L_j,m为j和m之间的连接强度，m为Q中的任意一个，Q为与基础设施j相连接的一阶邻居集合；

S1.3.3、k分配到的负载与k归一化之后的强度成正比，有如下公式：

FV_j2k＝FV_j·L′_j,k

FV_j2k为k分配到的负载的运行功能值，FV_j为基础设施j的运行功能值；

则k上的更新负载FV′_k为：

FV′_k＝FV_k+FV_j2k＝FV_k+FV_j·L′_j,k

S1.3.4、比较k的更新负载和k的最大容量的关系，确定是否需要进一步移除k：

E(k)为k的状态值，MC_k为k的最大容量，0表示移除，1表示保留；

S1.3.5、重复步骤S1.3.1-S1.3.4，移除影响的基础设施的连接和连接强度重新做归一化处理，直到城市基础设施群重新回到平衡状态；

S1.4、对城市基础设施群的级联失效模型进行修正，得到城市基础设施群网络的改进型级联失效模型；

S2、城市基础设施群内的基础设施的弹性分析：基于步骤S1.3、步骤S1.4得到的城市基础设施群的级联失效模型，从时间和空间两个方面采用经典弹性三角的理论和模型，进行弹性分析；

步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：

S2.1、基于城市基础设施群网络的改进型级联失效模型，设置故障传播时间为：

T_j2k为j的负载传播到k上的时间，t_j2k为j到k欧氏距离所用的时间；

S2.2、设置城市基础设施群的状态参数为城市基础设施群的过载负载总量SCP，根据弹性三角理论得到弹性参数R为：

其中，R为不考虑基础设施群之间负载分配策略情况下的弹性参数，t₀表示弹性三角的起始时刻，t₁表示弹性三角结束时刻，Y为发生过载的总级数，表示第h级的级联失效相关失效基础设施的负载转移对象的平均时间，Q_h为第h级的级联失效中过载的基础设施的一阶近邻集合，N_h表示第h级的级联失效中过载的基础设施的数量；

S2.3、计算改进型级联失效模型下的系统弹性大小，网络弹性指标RSL为：

其中R′为考虑基础设施群之间负载分配策略情况下的弹性参数，然后根据基础设施群的参数排序情况，将基础设施群FIG1(l)划分为三种类型：

其中，RSL_30％为基础设施群的资源供给水平值序列的30％分位点，RSL_70％为基础设施群的资源供给水平值序列的70％分位点，l为初始负载增大的倍数，针对l大于1的情况进行分析；

S2.4、分析不同负载增大倍数条件下，城市基础设施群内和城市基础设施群之间的负载分配情况，设置阈值，对于FIG1而言有：

R₂(l_c0)≠0

l_c0阈值条件下，R₁(l_c0)表示阈值l_c0条件下基础设施群内的弹性值部分，R₂(l_c0)表示阈值l_c0条件下城市基础设施群外的弹性值部分；R(l_c0)为阈值l_c0条件下不考虑城市基础设施群之间负载分配策略情况下的弹性参数；

R₁(l_c1)＝R₂(l_c1)

l_c1阈值条件下，R₁(l_c1)表示阈值l_c1条件下城市基础设施群内的弹性值部分，R₂(l_c1)表示阈值l_c1条件下城市基础设施群外的弹性值部分；R(l_c1)为阈值l_c1条件下不考虑城市基础设施群之间负载分配策略情况下的弹性参数；

R(l_c2)→-∞

l_c2阈值条件下，R₁(l_c2)表示阈值l_c2条件下城市基础设施群内的弹性值部分，R₂(l_c2)表示阈值l_c2条件下城市基础设施群外的弹性值部分；R(l_c2)为阈值l_c2条件下不考虑城市基础设施群之间负载分配策略情况下的弹性参数，整个系统发生全部崩溃；

S2.5、基于已经获得的城市基础设施群的弹性值大小，分析城市基础设施群弹性值的空间分布情况，引入空间相关性的计算公式C(r)如下：

其中，R_s是城市基础设施群s的弹性值，R_g是城市基础设施群g的弹性值，FIG是城市基础设施群的集合，是城市基础设施群的弹性值平均值，σ²表示方差，r_sg表示s和g之间的欧氏距离，δ(r_sg-r)函数用来筛选距离为r的节点对，通过不同r下的空间相关性C(r)的分布变化曲线，找到目标空间相关性区域进行针对性弹性管理措施；

S3、城市基础设施群的弹性分析：引入多点失效同时发生的故障模式计算城市基础设施群的网络弹性参数，同时引入空间位置信息，分析中心区域和边缘区域的基础设施群的弹性参数情况，最后，对级联失效模型过程进行树形分析。