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基于多层网络的中欧集装箱海铁联运系统韧性评估

张欣,  毛婧

张欣, 毛婧. 基于多层网络的中欧集装箱海铁联运系统韧性评估[J]. 交通运输工程学报, 2026, 26(9): 233-245. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.072
引用本文: 张欣, 毛婧. 基于多层网络的中欧集装箱海铁联运系统韧性评估[J]. 交通运输工程学报, 2026, 26(9): 233-245. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.072
ZHANG Xin, MAO Jing. Multilayer network-based resilience evaluation for China-Europe container sea-rail intermodal transport systems[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2026, 26(9): 233-245. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.072
Citation: ZHANG Xin, MAO Jing. Multilayer network-based resilience evaluation for China-Europe container sea-rail intermodal transport systems[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2026, 26(9): 233-245. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.072

基于多层网络的中欧集装箱海铁联运系统韧性评估

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.072
基金项目: 

国家自然科学基金项目 72671236

详细信息
    作者简介:

    张欣(1982-),女,上海人,教授,工学博士,E-mail: zhangxin@shmtu.edu.cn

  • 中图分类号: U169.6

Multilayer network-based resilience evaluation for China-Europe container sea-rail intermodal transport systems

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 72671236

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Article Text (Baidu Translation)
  • 摘要:

    为了量化分析不同扰动情景和恢复策略下海铁联运系统韧性演化规律,提出了多层网络视角的韧性评估模型。基于真实班列与海运航线数据,构建了中欧集装箱海铁联运网络;将连通性、运输效率作为系统韧性评价指标,设计考虑了不同节点恢复时机、恢复优先级的韧性仿真模型,仿真了中欧海铁联运网络的韧性演化规律。研究结果表明:不同扰动情景对系统韧性影响具有异质性,不考虑恢复策略时,蓄意攻击下中欧海铁联运网络抗干扰能力较弱,少数关键枢纽节点的失效会导致整体效率的大幅下降,海铁联运网络韧性指标低于班列和海运子网络;而随机失效下,网络受攻击时的抗干扰能力较强,韧性指标均在0.8以上;考虑恢复策略时,海铁联运网络韧性的抗扰动性明显提升,但恢复时机存在临界点,当失效节点恢复时间超过阈值时,导致系统恢复成本指数上升,整体恢复时间增加;不同的恢复策略存在差异性,蓄意攻击下,海铁联运网络依据度中心性的恢复优先级对系统韧性提升成效最好,依据介数中心性恢复强度成本最低。研究结论揭示了中欧海铁联运网络的韧性演化规律,可为在面临突发事件和灾害情况下提升多式联运系统韧性提供理论依据。

     

  • 图  1  中欧集装箱海铁联运网络拓扑结构

    Figure  1.  Topological of China-Europe container sea-rail intermodal transport network

    图  2  仿真设计流程

    Figure  2.  Simulation design process

    图  3  节点度分布

    Figure  3.  Node degree distribution

    图  4  不考虑级联失效下的不同攻击顺序对网络韧性指标影响

    Figure  4.  Impact of different attack sequences on network resilience metrics without cascading failures

    图  5  考虑级联失效下的不同攻击顺序对网络韧性指标影响

    Figure  5.  Impact of different attack sequences on network resilience metrics under cascading failures

    图  6  蓄意攻击时不同节点恢复时机下的网络韧性指标变化曲线

    Figure  6.  Network resilience metric curves under targeted attacks with varying recovery timings

    图  7  随机失效时不同节点恢复时机下的网络韧性指标变化曲线

    Figure  7.  Network resilience metric curves under random failures with varying recovery timings

    图  8  蓄意攻击时不同节点恢复时机下的网络韧性指标恢复水平

    Figure  8.  Recovery levels of network resilience metrics under targeted attacks with varying node restoration timings

    图  9  随机失效时不同节点恢复时机下的网络韧性指标恢复水平

    Figure  9.  Recovery levels of network resilience metrics under random failures with varying node restoration timings

    图  10  蓄意攻击时不同节点恢复时机下的网络韧性指标恢复时间成本

    Figure  10.  Recovery time costs of network resilience metrics under targeted attacks with varying node restoration timings

    图  11  随机失效时不同节点恢复时机下的网络韧性指标恢复时间成本

    Figure  11.  Recovery time costs of network resilience metrics under random failures with varying node restoration timings

    图  12  蓄意攻击和随机失效时不同节点恢复优先级下的网络韧性评价指标演化曲线

    Figure  12.  Evolution curves of network resilience metrics under targeted attacks and random failures with varying node recovery priorities

    图  13  蓄意攻击和随机失效时不同节点恢复优先级下的恢复水平

    Figure  13.  Recovery levels under targeted attacks and random failures with varying node recovery priorities

    表  1  网络拓扑特性指标

    Table  1.   Network topological metrics

    拓扑指标 定义 海铁联运网络 班列网络 海运网络
    平均度值 网络中所有节点度值的平均值 4.836 3.852 5.246
    平均距离 衡量网络中节点之间连接紧密程度和相互关联程度的重要指标 4.106 8 3.863 0 3.632 0
    网络直径 网络中任意2个节点之间最短路径长度的最大值 13 10 12
    平均集聚系数 衡量网络中节点之间连接紧密程度的指标 0.289 0.310 0.263
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    表  2  典型突发事件运输系统中断恢复时间

    Table  2.   Recovery time of transportation system disruptions under typical emergency events

    事故发生日期 事故名称 恢复正常营运所需时间
    2021-03-23 苏伊士运河货轮搁浅 约1周
    2025-03-10 莫桑比克莫纳波铁路桥冲毁事故 约2周
    2022-03-13 长程轮搁浅 约5周
    2024-03-26 美国马里兰州撞桥事故 约10周
    2020-04-06 韩国釜山港货轮碰撞事故 约20周
    2022-09-18 中国台湾花东线铁路地震损坏事故 约30周
    2024-08-21 苏伊士运河油轮搁浅 约40周
    2023-08-10 瑞士圣哥达基线隧道脱轨 约50周
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    表  3  蓄意攻击和随机失效时不同节点恢复优先级下的恢复强度成本

    Table  3.   Recovery cost by node prioritization under targeted attacks and random failures TEU

    失效情景恢复策略 度中心性 介数中心性 接近中心性 特征向量中心性 节点强度
    蓄意攻击 2 676 781 2 055 629 2 575 837 2 573 046 3 070 871
    随机失效 827 696.1 636 671.3 799 447.3 837 962.1 882 788.2
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    表  4  蓄意攻击下不同运输方式子网络韧性指标数值

    Table  4.   Resilience metric values of sub-networks under targeted attacks for different transport modes

    是否存在级联失效 不同恢复方式 韧性指标
    G G1 G2 E E1 E2
    不考虑级联失效 无恢复 0.004 5 0.008 2 0.008 8 0.000 0 0.000 0 0.000 0
    时机T=10周 0.954 5 0.918 0 0.912 2 0.927 1 0.871 1 0.905 6
    时机T=20周 0.909 1 0.836 0 0.824 5 0.851 4 0.741 4 0.784 7
    时机T=30周 0.863 6 0.754 0 0.728 0 0.790 2 0.614 6 0.657 2
    时机T=40周 0.818 2 0.672 1 0.640 3 0.724 3 0.518 8 0.535 9
    时机T=50周 0.768 2 0.590 1 0.552 6 0.653 5 0.416 6 0.420 1
    考虑级联失效 一次性攻击度值排名前20的节点 0.022 7 0.057 4 0.043 9 0.065 8 0.086 3 0.284 8
    度中心性排名前5的节点 0.081 8 0.245 9 0.096 5 0.235 8 0.831 8 0.571 1
    介数中心性排名前5的节点 0.081 8 0.213 1 0.122 8 0.213 2 0.602 7 0.678 7
    接近中心性排名前5的节点 0.086 3 0.196 7 0.087 7 0.229 2 0.476 2 0.460 3
    特征向量中心性排名前5的节点 0.059 0 0.204 9 0.122 8 0.171 6 0.500 0 0.683 8
    节点强度排名前5的节点 0.063 6 0.106 6 0.078 9 0.187 1 0.223 2 0.511 3
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    表  5  随机失效下不同运输方式子网络韧性指标数值

    Table  5.   Resilience metric values of sub-networks under random failures for different transport modes

    是否存在级联失效 不同恢复方式 韧性指标
    G G1 G2 E E1 E2
    不考虑级联失效 无恢复 0.004 5 0.008 2 0.008 8 0.000 0 0.000 0 0.000 0
    时机T=10周 0.946 8 0.918 0 0.885 1 0.891 2 0.776 5 0.780 2
    时机T=20周 0.890 9 0.836 0 0.774 6 0.790 4 0.601 5 0.604 6
    时机T=30周 0.837 3 0.754 0 0.658 8 0.697 9 0.459 4 0.443 5
    时机T=40周 0.769 5 0.672 1 0.544 7 0.591 6 0.313 3 0.298 9
    时机T=50周 0.740 0 0.590 1 0.443 0 0.513 6 0.219 6 0.230 2
    考虑级联失效 一次性随机攻击20个节点 0.822 7 0.768 0 0.744 7 0.916 5 0.845 0 0.842 4
    度中心性排名前5的节点 0.859 1 0.886 9 0.841 2 0.988 6 0.984 9 0.934 4
    介数中心性排名前5的节点 0.868 6 0.893 4 0.864 9 0.997 9 0.995 9 0.927 0
    接近中心性排名前5的节点 0.858 2 0.868 9 0.843 9 0.982 4 0.966 0 0.942 3
    特征向量中心性排名前5的节点 0.853 6 0.862 3 0.829 8 0.965 7 0.954 4 0.914 9
    节点强度排名前5的节点 0.853 6 0.859 8 0.849 1 0.965 1 0.927 3 0.943 6
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  • [1] 杨忠振, 张尔卓, 杜怡颖, 等. 基于文献计量的多式联运物流工程研究综述[J]. 交通运输工程学报, 2026, 26(2): 1-23. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.071

    YANG Zhong-zhen, ZHANG Er-zhuo, DU Yi-ying, et al. Review of multimodal transport logistics engineering based on bibliometrics[J]. Journal of Traffic and Transportation Engi-neering, 2026, 26(2): 1-23. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.071
    [2] 杜强, 刘宇禧, 梁春颖, 等. 低碳视角下中欧班列集结中心选址优化[J/OL]. 交通运输工程学报, 2026-03-12. https://doi.org/10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.230.

    DU Qiang, LIU Yu-xi, LIANG Chun-ying, et al. Optimiza-tion of site selection for China railway express assembly center from a low-carbon perspective[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2026-03-12. https://doi.org/10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.230.
    [3] LIU X M, LI D Q, MA M Q, et al. Network resilience[J]. Physics Reports, 2022, 971: 1-108.
    [4] GONÇALVES L A P J, RIBEIRO P J G. Resilience of urban transportation systems. Concept, characteristics, and methods[J]. Journal of Transport Geography, 2020, 85: 102727. doi: 10.1016/j.jtrangeo.2020.102727
    [5] 王列辉, 叶斐, 郑渊博. 中美集装箱航运网络格局演化与脆弱性评估[J]. 经济地理, 2020, 40(5): 136-144.

    WANG Lie-hui, YE Fei, ZHENG Yuan-bo. The assessment of Sino-US container shipping network evolution and vulne-rability[J]. Economic Geography, 2020, 40(5): 136-144.
    [6] 关晓光, 李振福, 丁超君, 等. 世界集装箱港口复杂网络级联失效下的鲁棒性分析[J]. 中国航海, 2021, 44(2): 84-89.

    GUAN Xiao-guang, LI Zhen-fu, DING Chao-jun, et al. Robustness of global network of container terminals[J]. Navigation of China, 2021, 44(2): 84-89.
    [7] 张婕姝, 吴源澧, 李志平. 红海危机对集装箱海运网络拓扑特征及韧性的影响研究[J]. 中国航海, 2026, 49(3): 168-175.

    ZHANG Jie-shu, WU Yuan-li, LI Zhi-ping. Impact of the red sea crisis on the resilience of the container shipping net-work[J]. Navigation of China, 2026, 49(3): 168-175.
    [8] WAN C P, TAO J L, YANG Z L, et al. Evaluating recovery strategies for the disruptions in liner shipping networks: A resilience approach[J]. The International Journal of Logistics Management, 2022, 33(2): 389-409. doi: 10.1108/IJLM-05-2021-0263
    [9] ZHOU X Y, SUN J L, FU H R, et al. Resilience analysis of the integrated China-Europe freight transportation network under heterogeneous demands[J]. Transportation Research Part A: Policy and Practice, 2024, 186: 104130. doi: 10.1016/j.tra.2024.104130
    [10] LI H W, QI L, WANG M D, et al. Operational resilience modeling of cross-border freight railway systems: A study of strategies to improve proactive and reactive capabilities[J]. Reliability Engineering and System Safety, 2025, 257: 110856. doi: 10.1016/j.ress.2025.110856
    [11] 张玉召, 康欢欢, 邓雨露. 多层网络视角下的中欧海铁运输网络级联失效脆弱性分析[J]. 计算机工程与应用, 2025, 61(5): 298-308.

    ZHANG Yu-zhao, KANG Huan-huan, DENG Yu-lu. Vulne-rability analysis of cascading failure of Sino-Europe Sea-rail transport network from perspective of multi-layer network[J]. Computer Engineering and Applications, 2025, 61(5): 298-308.
    [12] 王兴隆, 刘洋. 航空多层网络弹性测度与分析[J]. 复杂系统与复杂性科学, 2020, 17(2): 31-38.

    WANG Xing-long, LIU Yang. Resilience measurement and analysis of aviation multi-layer network[J]. Complex Sys-tems and Complexity Science, 2020, 17(2): 31-38.
    [13] 段晓红. 基于多层复杂网络的地铁系统脆弱性因素耦合分析[J]. 安全与环境工程, 2023, 30(5): 93-102, 120.

    DUAN Xiao-hong. Coupling analysis of subway system vulnerability factors based on multi-layer complex network[J]. Safety and Environmental Engineering, 2023, 30(5): 93-102, 120.
    [14] HE Z D, NAVNEET K, VAN DAM W, et al. Robustness assessment of multimodal freight transport networks[J]. Reliability Engineering & System Safety, 2021, 207: 107315.
    [15] MAJDANDZIC A, BRAUNSTEIN L A, CURME C, et al. Multiple tipping points and optimal repairing in interacting networks[J]. Nature Communications, 2016, 7: 10850. doi: 10.1038/ncomms10850
    [16] 唐亮, 焦鹏, 李纪康, 等. 带恢复策略的复杂网络级联失效机理及鲁棒性研究[J]. 控制与决策, 2018, 33(10): 1841-1850.

    TANG Liang, JIAO Peng, LI Ji-kang, et al. Cascading fai-lure mechanism and robustness of complex networks with recovery strategy[J]. Control and Decision, 2018, 33(10): 1841-1850.
    [17] JIN L J, CHEN J, CHEN Z L, et al. Impact of COVID-19 on China's international liner shipping network based on AIS data[J]. Transport Policy, 2022, 121: 90-99. doi: 10.1016/j.tranpol.2022.04.006
    [18] 李从东, 原智峰, 邓原, 等. 面向级联失效的复杂网络动态增边策略[J]. 计算机应用研究, 2016, 33(8): 2324-2327, 2338.

    LI Cong-dong, YUAN Zhi-feng, DENG Yuan, et al. Dyna-mic strategy of adding link for cascading failure in complex work[J]. Application Research of Computers, 2016, 33(8): 2324-2327, 2338.
    [19] 张欣, 李双菲, 孙代源. 中欧集装箱海铁复合运输网络脆弱性分析[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(3): 48-58.

    ZHANG Xin, LI Shuang-fei, SUN Dai-yuan. Vulnerability analysis of China-Europe container sea-rail intermodal trans-port network[J]. Journal of Transport Information and Safe-ty, 2023, 41(3): 48-58.
    [20] BÖTTCHER L, LUKOVIC M, NAGLER J, et al. Failure and recovery in dynamical networks[J]. Scientific Reports, 2017, 7: 41729. doi: 10.1038/srep41729
    [21] WANG S P, WANG H Y, MA X S, et al. Resilience analy-sis and recovery strategy for interdependent automated con-tainer port networks under cascading failures[J]. Reliability Engineering & System Safety, 2026, 265: 111495.
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-23
  • 录用日期:  2025-09-26
  • 修回日期:  2025-08-09
  • 刊出日期:  2026-09-28

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