生命线系统包括为城市提供电力、供水、燃气、通信、交通等服务的一系列基础设施系统,是维持城市各项职能正常运行的根本保证。基础设施系统的网络化以及系统间功能依赖程度的加深在提高系统运行效率和服务质量的同时也给基础设施系统在复杂环境下的安全性能带来不利的影响。对基础设施网络局部、微小的扰动足以使故障通过系统组件在功能上的关联关系蔓延至网络的其他部分,不同系统间的功能依赖关系还容易造成故障在关联系统间的交互传播,使失效后果进一步扩大。上述网络局部故障向全网大规模蔓延的现象也即“级联失效”现象,部分关键组件的故障通过级联失效甚至能够造成网络大面积崩溃的后果,对城市各项经济、社会活动的正常进行造成严重威胁。鉴于当前物流基础设施领域仍缺乏立足于关联网络的级联失效问题的研究,本文根据物流任务系统和交通系统在结构和功能上的依赖关系将物流基础设施系统抽象为由任务网络和交通网络复合而成的关联网络。以“负载—容量”级联失效模型和交通流用户均衡分配模型为基础从网络负载、网络承载力、负载重分配机制和不同层节点间的功能依赖关系等方面建立了故障在网络内部以及网络间的交互传播机制,从级联失效的角度研究了物流关联网络的脆弱性并对关联网络中各节点的重要度进行了评价。本文首先基于可调任务负载重分布的级联失效模型以随机或有目的性的移除一定比例节点的方式模拟随机故障和蓄意攻击对系统造成的破坏,以任务负载的损失程度和交通效率的下降程度作为失效后果的评价标准并在此基础上研究了任务网络拓扑结构、网络耦合方式和耦合强度、负载分布均匀性、承载力扩增方式、任务负载重分配方式以及节点失效模式下物流关联网络的脆弱性并提出改善脆弱性的建议。本文其次基于物流关联网络的路径选择机制设计了网络流的双层均衡规划模型和级联失效模型并将其应用于小规模物流关联网络节点重要度的评价问题。基于节点的重要性等价于破坏性的思想以移除节点所引起的级联失效的破坏程度作为节点重要度的评价标准,分析了不同节点失效模式下关联网络中各节点的重要度并与基于其他方法的评价结果进行了对比与分析。不同方法间的评价结果的对比验证了本文所提供方法对节点重要度的良好的区分能力,不同失效模式下的评价结果的对比揭示了任务网络和交通网络的负载分布等动力学行为对节点重要度的影响;详细考察物流关联网络的负载流动以及节点的失效模式可以提供更加准确的节点重要度评价结果。