城市轨道交通是一种可持续性最佳的城市交通骨干运输方式,具有促进经济快速发展、保障居民顺利出行、维持社会安全稳定的重要作用。城市轨道交通系统中设备设施一般布设在地下或高架桥上,此类半封闭环境具有空间密封性强,设备、人员分布密度高的特点,一旦发生系统故障或突发事件,局部故障可能快速传播至整个系统,判断处置不当将会造成巨大的人身财产损失。网络化运营的新形势对城市轨道交通安全运营提出了更高的要求。为了掌握风险在系统中的传播演化规律,本文提出了一种基于复杂网络模型的城市轨道交通运营系统风险传播预测及控制方法,主要研究内容如下:(1)提出了城市轨道交通风险网络模型构建方法。通过对城市轨道交通系统广泛调研,获取了系统组分与历史事故数据。在系统组分的基础上加入了外部环境因素、人员管理因素,形成了城市轨道交通风险网络风险点。以风险点作为节点,以风险点间的实体、逻辑连接关系为边,形成了基于多层社团结构的城市轨道交通风险网络模型构建方法。(2)研究了网络模型的城市轨道交通风险传播演化机理。在城市轨道交通风险网络模型的基础上进行了网络拓扑特征分析。使用Fast Unfolding算法对网络进行了簇划分,从而将网络模型划分为18个典型社团。结合历史事故数据,从主网中抽离了事故子网,使用k-shell算法对子网进行剥离,划分了事故发生的边界层、核心层,分析了风险传播的内在演化机理,从而计算了风险路径发生事故的传播极限波面值。(3)形成了基于改进SIR模型的风险传播路径仿真预测方法。在总结不同类型故障传播规律的基础上,针对城市轨道交通系统引入了SIR复杂网络动力模型,并基于城轨系统被动传播、物理结构为主的特点进行了算法改进,从而形成了城市轨道交通风险传播仿真预测流程方法;通过深入讨论节点的故障模式,将节点的故障分为能量蔓延型和能量释放型两种,在其基础上利用Lotka-Volterra合作竞争模型分析总结了两种故障的起止特征以及相互转化机制,最终形成了风险传播路径仿真预测方法。(4)构建了基于节点随机游走的免疫策略生成算法。结合事故传播路径仿真预测算法,本文仿真生成了不同初始条件下的风险传播路径,并对比验证了网络节点传播能力的INC评价指标。通过在社团结构内设置随机游走器,实现了对网络的快速游走搜索,结合INC评价指标得到了免疫策略生成算法。比选了不同初始条件下的免疫方案,从而阻断风险传播路径,抑制城市轨道交通系统中的故障传播。(5)实例应用研究。以城市轨道交通系统车辆系统及相关系统的结构功能、故障数据为基础,构建了包含112个点、207条边的风险网络;推演了不同起点下的风险传播路径以及故障后果,通过节点随机游走算法,生成了在不同仿真条件下的最优免疫策略。免疫策略制定后风险传播被明显抑制,风险激活链路减少,达到了预期目的。