【摘 要】
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随着经济水平的不断提高,航空作为城市间交通的重要方式得到了空前发展。庞大的航空网络影响着资源配置、疫情预测、交通优化等诸多方面,其中,与人们的生命健康息息相关的疾病传播问题尤为突出。现有研究是以通航城市为节点、以航班为连接(边),构造静态航空复杂网络,研究疾病在静态航空网络上的传播特性。然而,航空系统中航班的有无,对应于机场间相互影响的有无,使得静态网络模型无法准确反映疾病在航空网络上的传播过程。
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随着经济水平的不断提高,航空作为城市间交通的重要方式得到了空前发展。庞大的航空网络影响着资源配置、疫情预测、交通优化等诸多方面,其中,与人们的生命健康息息相关的疾病传播问题尤为突出。现有研究是以通航城市为节点、以航班为连接(边),构造静态航空复杂网络,研究疾病在静态航空网络上的传播特性。然而,航空系统中航班的有无,对应于机场间相互影响的有无,使得静态网络模型无法准确反映疾病在航空网络上的传播过程。因此,本文建立时变航空网络模型,研究中国航空网络上的疾病传播及其抑制策略,这具有重要的理论和现实意义。本文收集了我国航空计划航班数据,以复杂网络理论为基础,对时变航空网络上的疾病传播机制开展了一系列研究;并通过研究时变航空网络的疾病传播特性,提出了疾病传播抑制策略。本文主要从以下三个方面对时变航空网络进行研究。(1)介绍航空网络的数据来源及时变航空网络模型。在此基础上,计算时变航空网络上的拓扑特性(包括度、集聚系数、核数)、可达性等统计性指标,并将其与静态航空网络结果进行对比分析。(2)分析时变航空网络上疾病传播机制的影响因素。借助经典疾病传播模型,考虑感染源、感染概率和传播开始时间等影响因素,对时变航空网络上疾病传播结果进行详细分析和研究。此外,鉴于高峰流量在交通分析中的重要性,本文基于时变航空网络中每个机场城市的吞吐量峰值,对机场进行K-Means聚类,并对每一类别中的传播特点进行分析。(3)提出两种疾病传播抑制策略。第一种是局部目标控制策略。在航空网络中,根据节点的度、核数、吞吐量选取一定比例的节点,对其进行疾病传播控制。在传播过程中,感染者会以不同的概率感染处于控制状态与非控制状态的易感者。第二种是基于节点重要度的信息传播抑制策略。在提出此策略的过程中,建立了基于核数的耦合疾病传播模型,并在该模型的基础上,研究了获得疾病传播信息的机场城市根据自身重要性采取抑制疾病传播的情况。最后,分析了延迟对局部控制策略与信息传播抑制策略的影响。研究结果表明,在中国航空网络中,机场城市节点吞吐量越大,其作为感染源时的传播能力越强;疾病在上午十一点爆发,其传播范围较广。疾病在航空网络中爆发时,应对核数较高的节点进行控制;基于节点重要度的信息传播抑制系数对疾病的传播过程具有明显的抑制作用,且当抑制因子增加到一定程度后,抑制的效果趋于稳定,这种结果对于信息层与物理层间不同关联关系是鲁棒的。
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