شناسایی نقاط بحرانی شبکه قطار شهری با استفاده از مفاهیم شبکه‌های زمانمند مطالعه موردی: شبکه قطار شهری تهران

شبکه قطار شهری یکی از زیرساخت‌های حیاتی است که نقش مهمی در توسعه پایدار شهرها ایفا می‌نماید، بنابراین حفظ کارکرد شبکه در شرایط مختلف از جمله وقوع اختلال از اهمیت بالایی برخوردار است که از آن با عنوان استواری یاد می‌شود. با توجه به محدودیت‌های مالی و عملیاتی برای ارتقا استواری شبکه، شناسایی نقاط بحرانی به منظور اولویت‌بندی پروژه‌های تقویت شبکه ضروری است. نقاط بحرانی، نقاطی هستند که اختلال در عملکرد آن‌ها تاثیر قابل توجهی بر همبندی (اتصال) و کارایی شبکه دارد. پژوهش‌های صورت گرفته تا کنون به بررسی استواری شبکه و شناسایی نقاط بحرانی در مواجهه با اختلالات دامنه‌دار و با تمرکز بر ساختار شبکه پرداخته‌اند. احتمال وقوع اختلالات دامنه‌دار در مقایسه با اختلالات متمرکز کمتر است. از طرفی تمرکز بر ساختار شبکه موجب از دست رفتن اطلاعات پویا و در نتیجه تخمین دور از واقعیت در مورد ویژگی‌های شبکه می‌گردد. در این پژوهش نقاط بحرانی در مواجهه با اختلالات متمرکز با استفاده از مفاهیم شبکه‌های زمانمند که هر دو دسته ویژگی‌های پویا و ساختاری را در نظر می‌گیرد، شناسایی شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد ایستگاه‌های دروازه شمیران، شادمان، شهید بهشتی و میدان محمدیه، ایستگاه‌های بحرانی شبکه از هر دو منظر کارایی و همبندی هستند. این ایستگاه‌ها دارای مقادیر بالای شاخص‌های مرکزیت نیز هستند. بنابراین چنانچه شبکه قطار شهری با اختلالات هدفمند در گره‌های مهم (گره‌های با شاخص مرکزیت بالا) مواجه شود، در واقع گره‌های بحرانی شبکه مورد هدف قرار گرفته و عملکرد شبکه از منظر همبندی و کارایی به شدت کاهش خواهد یافت. این وضعیت نشان دهنده آسیب‌پذیری بالای شبکه قطار شهری در مواجهه با اختلالات هدفمند است. در مقابل، با توجه به نسبت بالای گره‌های غیربحرانی به گره‌های بحرانی و پایین بودن شاخص‌های مرکزیت گره‌های غیربحرانی، شبکه در مواجهه با اختلالات تصادفی استوار است. روش توسعه یافته در این پژوهش قابلیت تعمیم به سایر شبکه‌های حمل‌ونقلی را دارد.

identification of critical nodes in urban subway network using temporal network concept (case study: tehran urban subway network)

the urban subway network is one of the most vital infrastructures that plays a pivotal role in the sustainable development of cities; therefore, network robustness or maintaining the proper performance in various conditions has great importance. considering financial and functional limitations, identifying critical nodes is required to prioritize robustness enhance projects. critical nodes are nodes that their removal deeply affects the connectivity and efficiency of the network. network robustness and identification of critical nodes in the face of cascading disruptions have been studied, focusing on the network's structural features. on the one hand, cascading disturbances affect several stations simultaneously, which is less likely to occur than concentrated disturbances that affect only one station. on the other hand, focusing on the network structure leads to the loss of dynamic information, resulting in underestimating the length and overestimating the number of paths between network nodes. in this study, the critical nodes in the face of centralized disturbances have been identified using temporal network concepts, which consider both structural and temporal features. the results reveal that darvazeh‌shemiran, shadman, shahid beheshti, and mohammadieh square stations are the critical stations from both efficiency and connectivity points of view. the critical nodes have high values of static and temporal centrality indices, which increase network vulnerability against malicious attacks. in contrast, due to the high ratio of non‌critical nodes to critical nodes, the network is robust against random failures. the method developed in this research can be generalized to other transportation networks.