A unifying graph theoretic framework for the modelling of metro transportation networks is proposed. This is achieved by first introducing a basic graph framework for the modelling of the London underground system from a diffusion law point of view. This forms a basis for the analysis of both station importance and their vulnerability, whereby the concept of graph vertex centrality plays a key role. We next explore k-edge augmentation of a graph topology, and illustrate its usefulness both for improving the network robustness and as a planning tool. Upon establishing the graph theoretic attributes of the underlying graph topology, we proceed to introduce models for processing data on such a metro graph. Commuter movement is shown to obey the Fick's law of diffusion, where the graph Laplacian provides an analytical model for the diffusion process of commuter population dynamics. Finally, we also explore the application of modern deep learning models, such as graph neural networks and hyper-graph neural networks, as general purpose models for the modelling and forecasting of underground data, especially in the context of the morning and evening rush hours. Comprehensive simulations including the passenger in- and out-flows during the morning rush hour in London demonstrates the advantages of the graph models in metro planning and traffic management, a formal mathematical approach with wide economic implications.


翻译:提出了用于模拟地铁运输网络的统一图形理论框架,首先从扩散法角度为模拟伦敦地下系统而采用基本图形框架,从扩散法角度出发,为模拟伦敦地下系统而采用基本图形框架,这是分析站点重要性及其脆弱性的基础,通过这种分析,图形脊椎中心概念发挥着关键作用。我们接下来探索图层地形学的K-边缘增强,并展示其对于提高网络稳健性和作为规划工具的有用性。在确定基本图形地形表的图形理论属性之后,我们开始采用处理这种地铁图数据的模型模型。石墨运动显示Fick的传播法,其中Laplacian图为通勤人口动态的传播过程提供了分析模型。最后,我们还探索了现代深层学习模型的应用,例如图形神经网络和超光速神经网络,作为建模和预测地下数据的一般目的模型,特别是在早晚时段时段。综合模拟包括晨时空时空客流和流的乘客。显示Fick的传播法,其中Laplacian提供了通俗人口动态传播过程的分析模型。最后,我们还探索了伦敦数学模型管理模型的优势。

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