基于复杂网络的地下物流系统网络鲁棒性分析

基于复杂网络的地下物流系统网络鲁棒性分析

徐昊

（上海海事大学交通运输学院，上海201306）

摘要：随着城市交通压力不断提升，而60%的地面车辆承担着货物运输的重任，地下物流系统网络逐渐被提出。由于其充分使用地下空间，并采用清洁能源，因此无论是在缓解城市交通压力，还是推动节能减排工作中，都起到积极作用。本文主要着眼于地下物流系统网络的鲁棒性分析，通过蓄意攻击和随意干扰，考量其平均路径长度、网络效率和有效介数这三大指标，以检验网络的稳定性。

关键词：复杂网络、地下物流系统网络、鲁棒性分析

1地下物流

1.1研究背景

随着汽车保有量的全球化激增，交通拥堵问题越发严重，交通拥堵成为世界各大城市都遇到的“困局”之一。

“地下物流系统”网络充分利用地下空间，将运输主场从地上转移至地下，一定程度上减轻了地面交通的负荷量，并且由于采用清洁动力，有效减少了城市污染；它不受外界条件干扰，运输更加可靠、高效。

1.2国内外发展现状

地下物流系统（ULS）是指城市内部及城市间通过地下管道或者隧道运输货物的一种全新概念的运输和供应系统[1]。国外对地下货运系统的研究比国内要早些，早在1998年JosephV.Sinfield,HerbertH.Einstein[2]就对管道货运运输系统做了简要的回顾，并在实际的城市环境下对网络构建成本进行了计算，结果表明了管道运输系统的可行性；BertVernimmen[3]等（2007）针对安特卫普口岸日益增长的集装箱运输量，提出了建设地下物流系统的方案，并从能力和成本问题，技术规范三方面进行了分析，结论表明地下物流系统具有很好的发展前景。我国对于地下物流系统的接触较晚，2002年1月，杨东援[4]第一次引入了ULS这一概念，文章介绍了日本东京地下货运系统的组成形式，并进行了效益和盈亏评价分析；郭东军等[5]从空间、能源、环境等视角出发，深层分析了使用集装箱运输在地下运输系统发展的原因，提出将自动运输与隧道结合在一起。

2地下物流鲁棒性分析

2.1地下物流系统网络鲁棒性分析

2.1.1地下物流系统网络鲁棒性定义

网络的鲁棒性，是指网络对故障与攻击的承受程度。而地下物流网络的鲁棒性，是系统在受到内部运作和外部突发事件等不确定性干扰下，仍然保持供应链整体效益最优和整体运行平稳功能的能力[6]。

根据复杂网络理论，攻击方式分为随机攻击和蓄意攻击两种。为了能够更加全面的分析地下物流网络的鲁棒性，本文选取随机攻击方式和蓄意攻击方式，研究地下物流网络的鲁棒性。

2.1.2地下物流系统网络鲁棒性指标

（1）平均路径长度

最短路径是指网络中任意两个节点间包含的最小连接数目，而平均路径长度就是所有节点对之间最短距离的平均值L，数学公式可以表达为：

3.1地下物流系统网络鲁棒性分析

在分析网络鲁棒性时，主要分为蓄意攻击和随机干扰。

借助MATLAB工具，计算在蓄意攻击和随机干扰下，复杂网络的平均路径长度、网络效率、有效介数和孤点比例。

通过分析，平均路径长度在蓄意攻击下，抗击能力较差，而随机干扰的变化区间相对较长。在蓄意攻击下，当f=0.63时，网络失效，而在随机干扰情况下，尽管当f=0.8时，整个网络才失效，但是整个过程的波动较大。蓄意攻击使得整个网络的有效介数在去除节点初期就大幅下降，相比而言随机干扰，有效介数的变化时间持续较长。

4结论与展望

本文通过对地下物流系统网络进行鲁棒性分析，得出以下几点结论：

（1）通过依次去除网络中的节点，来探讨网络的平均路径长度、网络效率、有效介数和孤点比例的变化情况。通过对比，可以发现新网络在随机干扰下的鲁棒性明显优于蓄意攻击。

（2）在鲁棒性分析的基础上，对于网络的优化也有借鉴意义。针对上述网络，可以发现度较大的节点应该予以强化，与该节点相连接的其他节点应避免单路径状况的出现，尽可能的分散路径选择，从而加强网络在面对危险时的鲁棒性。

（3）在鲁棒性分析中，由于节点数相对较少，网络的复杂度也较为有限，这就限制了鲁棒性的应用。在今后的工作中，地下物流网络系统构造将考虑更多的因素，来保证方案的可实施性。

浪涌保护器（SPD）在防雷设计中的应用分析

许晖宋怡恒

（中山市气象公共安全技术支持中心，广东中山528400）

摘要：随着电子信息系统集成化的提高，电子设备耐受雷电过电压的能力也随之变弱。在防雷工程中，安装浪涌保护器是电子信息系统防雷电过电压的有效途径。基于此，本文首先分析了浪涌保护器的工作原理和分类，最后分别从浪涌保护器的选择步骤、耐冲击过电压类别及浪涌保护器安装位置、浪涌保护器维护注意事项等探讨了浪涌保护器在防设计中的应用。

关键词：浪涌保护器防雷设计应用

引言

随着社会经济和科学技术水平的快速发展，各种电子信息设备开始大量涌现，并广泛应用在人们的日常生产和生活中，特别是微电子技术的发展，使得微电子器件的小型化和集成化水平不断增强。但是在实际应用的过程中，电子信息设备自身的耐过电压、耐过电流和抗雷击电磁脉冲的能力却不尽人意。此时就需要将电力系统中的过电压限制在规定的范围内，在此背景下，浪涌保护器应用而生，并在电力系统迅速得到普及。浪涌保护器（SPD）在为电子设备提供过电压防护的同时，还能有效确保自身的安全问题。在实际应用中，浪涌保护器（SPD）在保护电力系统的同时，也引发了很多问题。其中最为严重的就是浪涌保护器（SPD）无法忍受TOV而引发的起火现象，严重威胁着电力系统和电子设备的安全，同时也阻碍了浪涌保护器（SPD）产品的推广和使用。因此，使用科学有效的方式对浪涌保护器（SPD）进行正确的设计和安装，可以有效确保电力系统、设备安全，同时在雷电防护中也发挥着十分重要的作用。

1浪涌保护器（SPD）的工作原理与分类

1.1浪涌保护器（SPD）工作原理

实际上，浪涌保护器（SPD）属于非线性元件，其在工作的过程中主要取决于施加于它两端的电压和触发电压值，当电压小于触发电压时，浪涌保护器（SPD）的电阻值极高，只有极小的漏电电流通过；若电压值超过触发电压时，此时的浪涌保护器（SPD）值会迅速下降，瞬间泄放加在其上的电压，使得电压值急剧下降；当恢复到电压值小于触发电压时，浪涌保护器的电阻值又呈现出高阻抗性特征。因此，浪涌保护器（SPD）在各级低压供配电系统中得到了广泛应用，其主要作用是限制配电系统中的雷电过电压和操作过电压，确保电气设备和配电装置的电压值不会超过额定冲击电压，避免电子设备遭受雷击，确保其的安全。

1.2浪涌保护器（SPD）分类

浪涌保护器（SPD）的主要作用是限制电力系统的雷电过电压和系统内部操作过电压，根据其的工作原理和性能可以将浪涌保护器（SPD）划分为三种类型：电压开关型、限压型和组合型浪涌保护器。

电压开关型浪涌保护器：在没有浪涌时主要表现为高阻抗，当浪涌电压值达到了一定数值时会突然转为低阻抗，以确保电气线路免受雷电流危害。这种类型的浪涌保护器主要有放电间隙、闸流管、三端双向可控硅元件、气体放电管四部分原件组成。大都是在建筑物LPZ0与LPZ1区的交界处进行安装，可以有效消除电网中的后续电流，同时还能对雷电中的冲击电流起到疏导作用。

限压型浪涌保护器：在没有浪涌时主要表现为高阻抗，随着浪涌保护器中的电流和电压的增加，阻抗值会逐渐减小。这种类型的浪涌保护器主要是由压敏电阻、抑制二极管等组件组成，人们还习惯将其称之为钳制型浪涌保护器。通常在雷电雷电保护区的建筑物内安装，主要是对8/20μs的雷电冲击电流进行疏导，其在过电压保护中的逐级限制雷电过电压的功能较为明显。

组合型浪涌保护器：这种类型的浪涌保护器主要是由电压开关型组件和限压型组件组合成的，利用了限压型组件对浪涌电压反应速度较快的特点，在保护一般雷电过电压的同时，由限压型组件承受浪涌电流，标称放电电流在10~20KA之间；一旦遇到较强的雷电过电压，第一级限压型组件组成的电路保险管会自动断开，雷电过电压保护会交给第二级电压开关型组件负责。

浪涌保护器的选择步骤

因雷击过程中会产生巨大的能力，为了确保相关设备的安全，可以采取分级泄放的方式，将能量逐渐向大地中释放。第一级浪涌保护器可以对将传输线路遭受雷击后的巨大能量泄放到大地中，对于极易遭受雷击的部位，应做好一级雷电防护；第二级浪涌保护器主要是针对前级浪涌保护器的残余电压和区域内感应雷击的防护设备，前级的能量会有残余，进而危害电子设备，需要二级浪涌保护器吸收。另外，经过一级浪涌保护器的传输线路因雷击电磁脉冲会有感应电压和电流产生，应做好二级雷电防护；第三、四级浪涌保护器则是吸收第二级别浪涌保护器的残余雷击能量。应根据需保护系统实际判定浪涌保护器的安装位置和具体参数信息，应通过以下步骤进行确定：

①划分建筑物内雷电保护区

根据GB50057-2010对防雷区进行划分：LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZn+1后续防雷区。对所有进入到建筑物的线缆在LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的交界处进行等电位连接，同时设置合适的浪涌保护器，若存在后续分区，该原则也同样使用。

②雷击风险评估分级

应使用科学有效的方法做好雷击风险评估，对雷电防护等级进行确定，还可以根据建筑物电子信息系统的重要性和使用性质来判定雷电防护等级。

③计算雷电流分流，并选择合适的浪涌保护器。

耐冲击过电压类别及浪涌保护器安装位置

在建筑物进线处和其他防雷区界面处的最大电涌电压，就是浪涌保护器的最大箝压与其两端引线的感应电压之和，应确保其同所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压保持一致。以建筑物电子信息系统雷电防护最高等级为例，在室内总配电处安装浪涌保护器，作为一级防护；在楼层配电箱、消防、屋面用电设备、中央控制室、水泵等分配电处安装浪涌保护器，作为二级防护；在重要设备配电系统前安装浪涌保护器，作为三级防护；在终端设备电源前安装浪涌保护器，作为四级防护。一级浪涌保护器应选用测试波形为10/350μs的电压开关型浪涌保护器；二级及二级以后的浪涌保护器应选用测试波形为8/20μs的限压型浪涌保护器或混合型浪涌保护器。

浪涌保护器维护注意事项

浪涌保护器在防雷设计中发挥着十分重要的作用，因运行过程中会有漏电电流产生，因此应做好浪涌保护器的日常维护，一旦出现热崩溃将会严重威胁着整个电网运行和人们生命财产安全。浪涌保护器的维护主要包括全面检测和日常维护两个方面，在每年雨季到来之前应安排具有专业资质的防雷检测机构全面检查浪涌保护器，一旦发现安全隐患应及时进行整改；使用单位防雷管理人员应定期检查浪涌保护器的运行情况，应逐一查看接触情况、漏电情况、绝缘情况等，及时发现异常问题并采取有针对性的解决对策，始终确保浪涌保护器可以正常稳定的运行。

5结论

将浪涌保护器应用在防雷设计中，虽然会增加前期资金投入，但防雷性能会大幅度增强，可以确保电子系统安全运行。另外，在整体防雷设计中，选择浪涌保护器时应考虑峰值电涌电流、可测限制电压、响应时间、最大持续工作流等相应的性能参数，以及浪涌保护器的外型、重量、尺寸等参数，在进行安装施工时也要严格按照相关的施工规范进行，不断增强浪涌保护器的防雷性能。

参考文献

黄鹏程,李韦霖,于瑞平,等.电涌保护器(SPD)在防雷工程中的应用分析[J].甘肃科技,2013,29(22).

许鲁南.浪涌保护器在防雷工程设计中的应用[J].产业与科技论坛,2017,16(14).

第一作者简介：许晖（1990-），男，汉族，泉州人，本科，工程师，从事防雷工作。