道路交通系统韧性及路段重要度评估

韧性可以全面描述扰动事件下系统吸收干扰并从干扰中恢复的能力. 针对已有韧性指标对系统性能评价不全面、未考虑交通流量影响等问题，从路段通行能力退化与恢复入手，以网络效率为系统性能指标，构建全面评价扰动事件影响期内系统性能的韧性指标. 分别基于乐观和悲观视角提出韧性增加值和韧性减少值路段重要度指标，提出识别路段重要度的启发式算法. 算例结果表明：本文提出的韧性指标可全面描述扰动事件下路网性能退化与恢复全过程的平均累积性能，更加符合韧性指标内涵；韧性增加值和韧性减少值指标均能有效识别路段重要度，大部分路段重要度随时间动态变化.     

基于日变交通配流的城市道路网络韧性评估

为有效评价重大扰动事件下的路网性能，提出以日变交通配流（day-to-day?traffic?assignment，DTA）为基础的城市道路网络韧性评估模型. 明确考虑重大扰动事件下交通流动态变化特性，构建了综合考虑出行者认知更新、行为惯性等因素影响的DTA模型，设计了启发式求解算法；定义了基于DTA的路网可达性指标，构建了可全面评价扰动事件生命周期内系统性能的韧性指标与评估模型，并在Nguyen & Dupuis网络上进行算例研究. 结果表明:在扰动事件后的前10天，路网韧性波动变化，此后随着交通流分布趋于稳定，路网韧性单调上升，从第10天的0.323上升到第50天的0.794，上升了145.77%；与传统随机用户均衡（?stochastic ?user ?equilibrium，SUE）模型相比，DTA模型获得的路网可达性与韧性指标存在显著差异，SUE模型下路网可达性随时间单调上升，而DTA模型下路网可达性在前15天剧烈波动，随后才单调增加，表明要获得准确的路网韧性指标，必须首先准确假定出行决策行为和相应配流模型；出行者行为惯性、路段通行能力退化程度与恢复速率以及路网拥挤程度等因素均对交通流量分布产生显著影响，进而影响路网可达性最终导致路网韧性指标发生显著变化，表明实际应用中应在充分调查的基础上合理标定相关参数.      

基于改进GN算法的路网脆弱性诊断模型

分析了路网脆弱性的含义.根据道路网络的特点,改进了复杂网络理论中的社团划分算法———GN算法,提出了基于GN算法的路网脆弱性诊断模型.以路段介数值作为评判路段重要性的依据,在已知路网基本结构条件和交通需求分布的条件下,对路网中脆弱路段的空间分布和脆弱路段的失效顺序进行了识别.实例分析了基于GN算法识别路网脆弱性的诊断效果和模型的实用性.     

地铁网络服务韧性评估与最优恢复策略

针对已有基于拓扑效率的地铁网络韧性指标无法反映地铁运营实际的不足，构建考虑线 路流量影响的路网服务效率指标和基于服务效率的路网服务韧性指标，以及基于路网服务效率 的节点重要度指标；提出以路网服务韧性最大化为目标的优化模型，并基于遗传算法求解模型获 得最优恢复策略。算例结果表明：分别以服务效率和拓扑效率作为路网性能指标，获得的失效节 点恢复次序明显不同；蓄意攻击下，最优恢复策略获得的路网服务韧性分别比基于重要度的优先 恢复策略、基于节点度的优先恢复策略和随机恢复策略高16.76%、72.11%和86.21%。上述结果 表明，必须根据地铁运营实际合理选择路网性能指标和恢复策略，否则可能得到次优甚至明显偏 离实际的方案，无法实现预期目标。     

基于动态分流元胞传输模型的城市道路网络韧性评估

为全面评估重大扰动事件下城市道路网络抵御扰动并从扰动中快速恢复的能力，提出以改进元胞传输模型模拟路网流量分布状态，以韧性为测度指标的路网性能评估模型。针对传统元胞传输模型交叉口分流比例恒定的不足，明确考虑扰动事件影响期内因出行者调整路径可能导致的路径流量波动，构建出行决策行为与元胞流量传输的强耦合机制，提出一种新的动态分流元胞传输模型；基于动态分流元胞传输模型获得的路网性能参数，以路网效率为路网基础性能指标，构建反映扰动事件影响期内路网效率累积动态变化的韧性指标；并基于Sioux Falls网络开展算例研究。算例结果表明：相比传统元胞传输模型，提出的动态分流元胞传输模型通过设置交叉口动态分流参数，建立出行决策行为与元胞流量传输的动态耦合关系和路径流量变化与交叉口元胞分流比例的自洽机制，可准确描述路网实际流量分布状态；提出的基于路网效率的韧性指标可全面反映扰动事件发生后路网性能退化到恢复全过程的动态累积性能，直观展示路网抵御扰动并从扰动中恢复的能力，契合韧性内涵；韧性评估中若忽视出行决策行为潜在影响，将获得次优甚至明显偏离实际的方案或结果。     

基于网络负载容量模型的城市路网级联失效研究

在城市道路交通中,关键路段的失效可能导致路网的大面积拥堵,为了准确判断城市道路交通网络的关键路段,首先采用原始法构建城市道路交通网络的几何拓扑图,并在已有的交通网络级联失效模型基础上,考虑了城市道路网络的有向性和拥堵的局部扩散特性,对模型的初始负荷定义及失效负载重分配的规则进行了改进,并采用改进后的模型对不同路段破坏失效进行了模拟分析,研究了不同路段发生破坏后拥挤的扩散过程.采用破坏影响后的路网平均距离降低比例和失效路段所占比例来反映路段的破坏程度,最后对路网中的路段进行重要度排序,并结合路段在路网中的度、介数及级联失效的影响程度等指标,利用K-Means聚类分析对路段进行了聚类.结论表明:只考虑路段上的流量大小或路段的一些静态指标并不能够准确判断路段的重要度,路网中往往还存在一些潜在的重要路段,考虑多种指标对不同路段进行聚类更具合理性.     

基于韧性评估的地铁网络修复时序决策方法

为提高地铁应对突发事故的韧性，提出基于韧性评估的地铁网络修复时序方案决策方法.基于复杂网络理论，利用Space L方法构建地铁网络拓扑结构，部分节点失效后利用不同的修复策略生成备选方案；选取网络平均效率为性能指标，构建韧性指数评估不同修复时序方案下地铁网络韧性的表现，推荐韧性指数最大的方案为最优方案，探讨不同修复策略与网络恢复性能间的关系；以南京地铁为例进行实例分析.结果表明，多个节点失效时，优先修复策略受同步维修队伍个数的限制，前期表现较差，但有助于提升整个恢复阶段网络的性能；并行使用优先修复策略和增加维修队伍可有效提高网络韧性，缩短恢复时间.     

基于局部路网交通流重分配的路段关键度计算

以路段失效影响范围界定为研究基础,将路段关键度计算从路段薄弱性和重 要性两方面进行量化：路段薄弱性以路段失效情况下,计算路段失效概率来确定;路段重 要性评价,通过对失效路段后交通网络重构,将局域节点OD对在路段失效影响范围局部 路网结构上重分配,以出行者时间费用变化影响指标F(U fa) ,局部路网路段交通负荷变化 影响指标F(S fa) 两方面作为评价指标来计算路段重要度.该方法符合路段失效后路网的 变化情况,有效避免了目前时变性的OD数据难以获取的问题,解决了现有评价指标选取 时的单一性问题.经过实验证明,该算法能够有效地应用于大规模路网结构路段关键度快 速计算,为关键路段识别、道路封闭影响评价等提供理论依据.     

基于结构、效率、公平与韧性的路网密度适宜性评价研究

道路网密度是反映交通与城市发展水平的综合性指标，已经纳入国土空间规划和城市体检的核心指标体系。但目前对路网密度的评价往往简单地引用规范推荐值或对标国际先进城市，存在不够精准，缺乏系统性的问题。为此，本文首先从路网核心功能出发，提炼评价路网密度的4个维度，包括路网的结构、效率、公平性和韧性，以4个维度为基础构建涵盖10项指标的路网密度评价体系；然后，针对多维度多指标存在的量纲不一致和各维度权重不易确定等问题，采用改进的CRITIC(CRiteria Importance Through Intercriteria Correlation)赋权法对指标体系进行分级赋权，通过求解一级权重和二级权重，得到最终的综合评价结果；最后，以广州市天河区珠江新城—金融城片区为例，设定3种典型的路网密度发展模式，构建路网模型开展实证研究。结果显示，对于CBD(中央商务区)地区，路网效率和公平性指标的权重最高；分维度的评价结果显示，路网密度过高对效率有所抑制，路网密度增加到一定程度后，对结构和韧性的提升呈现边际效用递减趋势。因此，对CBD地区而言，存在适宜路网密度，而非路网密度越高越好。本文提出的指标体系可...     

城市主干道检测器分布与交通流量预测研究

本利用城市路网中路段交通流量的相关性，运用统计分析技术对城市主干道检测器空间分布问题进行了研究，提出了在城市主干道安装检测器的依据，并应用长春市路网的实施数据对归类后的路段流量进行预测和结果检验。此研究成果有效地解决了检测器空间分布优化与运用有检测器路段交通流量预测无检测器路段闪通流量的问题，为路段的宏观管理和实现交通诱导奠定了基础，在满足预测需要的同时，降低城市交通系统的建设，运营，管理和控制的总成本。     

突发环境下城市道路网关键路段集识别

为了更好地判断出突发环境下城市道路网络中的关键路段,本文结合路网脆弱性分析方法,构建了一种涵盖单条到多条路段失效的关键路段集识别模型.首先,对路网进行随机攻击,运用网络效率、最大连通子图等鲁棒性指标寻找潜在关键路段;然后,引入0-1变量,建立一个含道路通行能力约束的非线性优化模型;再以此为基础,用分段线性化手段处理目标函数与约束条件,将模型转化为一个混合0-1规划问题;最后,以分支定界法求解模型并设计算例验证.结果表明：突发环境下的路网关键路段集一般不是若干关键路段的简单集成,其构成元素在几何拓扑层面上也不具有邻接关系;而且随着失效路段数的增多,路网鲁棒性与总阻抗变化量之间会呈现出较显著的负相关关系,可用“逆向”曲线进行刻画,效果良好.     

韧性理念在道路交通规划中的应用研究

道路交通系统在城市日常运行中承担着重要的作用,频发的意外事件会对交通系统产生不可逆的影响.尤其是新冠肺炎疫情的爆发,突出了韧性交通基础设施的重要性.基于韧性的理念,从冗余性和脆弱性2个维度提出连接度指数和节点关键度2个量化指标.以佛山三龙湾片区路网为例,在道路交通规划应用中,通过评估现状道路网络韧性识别现状症结,以韧性...     

基于宏观基本图的突发事件影响下交通流分布不均衡性研究

宏观基本图的提出为城市宏观交通状态分析提供新的思路和方法,但其假设路网交通分布是均衡的。突发事件导致路段通行能力下降会影响城市路网交通分布。为研究突发事件影响下路网交通流分布不均衡性与宏观基本图之间关系,保障路网运行效率,运用路段密度方差指标,提出定量分析突发事件影响下路网交通分布不均衡性与宏观基本图之间关系的方法。使用实际路网和交通需求矩阵进行案例分析,结果表明,在不同突发事件场景中,若路网平均密度相同,则交通分布不均衡性与路网流量之间存在不稳定的负相关关系,即路网交通分布越不均匀,路网流量越小。研究结果为突发事件条件下交通诱导、路网交通管理与控制决策提供一定科学依据。     

基于GIS的多粒度复杂网络模型

为提高城市路网失效传播分析和可靠性分析的准确性,研究了路网发生故障的3种失效形式.在此基础上,基于复杂网络理论,提出了一种多粒度复杂网络模型;通过构建粒度空间,将城市交通广义路网表达为多粒度复杂路网.为检验模型的有效性,以成都市区路网为例,建立了道路的多粒度复杂网络模型;基于该网络结构,进行了路网失效传播分析以及分别针对随机攻击和蓄意攻击的路网可靠性分析.研究结果表明,城市道路多粒度复杂网络能更准确地进行路网失效传播分析和可靠性分析,为进一步研究城市交通网络故障的动态演化提供了有利条件.     

前景理论下道路网络的级联失效演变

为了避免城市交通网络在突发事件的影响下陷入大范围的瘫痪,本文提出了一种 将路径改变行为和失效持续时间相结合的级联失效模型.模型以需求的演变定义了初始荷载, 提出了失效时间的概念,以及网络交通量的延迟加载方式;然后,考虑出行者在面对突发事件 的主观因素,基于前景理论确定了负载的动态重新分配方法;最后,采用MSA算法给出了模 型求解步骤.仿真结果表明：随着路段失效时间的增加,驾驶员的路径改变概率有显著差异;该 模型可定量的分析路网在不同的失效时间和初始需求下,由于路段造成的失效演变过程;在 考虑路段方向性时,路段的2 个方向均瘫痪后,相继失效速度明显加快.本文为研究突发事件 的管理方法提供了一定的理论依据.     

基于路网可靠性的关键点段辨识——以乌鲁木齐市为例

传统的连通可靠度分析只适用于极端情况下的路网状态评价,而基于连通可靠度的关键节 点、关键路段的识别,能够分析常规条件下的城市网络可靠性。以乌鲁木齐城市路网为研究对 象,采用路网效能和路网效率为评价指标,辨识路网的关键节点和关键路段,并对所有节点和路 段进行统计分析。研究结果表明：在城市路网中起重要作用的节点或路段只占总体的很小部分, 而其余大部分对路网的影响是较小且相似的;由于老城区路网发展已近饱和,关键节点多集中在 此区域;城西开发区路网尚未完全形成,在未来发展过程中应重视该地区的关键点段,以防止出 现潜在的拥堵状况;关键路段中,除河滩路之外,其余多数为东西走向的道路。     

基于最大流的路网结构优化

用组合图论法构造道路网络的赋权有向图,分析路网结构的均衡性,确定造成路网不均衡的关键路段．利用网络可行流的平衡关系,以流等价和点守恒原则为约束条件,建立网络最大流模型．根据最大流最小割定理,用割集矩阵法求网络的最大流．网络流量最大时,那些流量饱和的路段即为关键路段．增加关键路段的通行能力,即可增加路网的通行能力．     

道路交通网络脆弱性评估

为了更准确地评估道路交通网络脆弱性,本文在用户出行时间变化与路网出行需求变化的基础上引入出行时间增加率阈值σ以及出行需求惩罚参数ε,并以此构建了路网脆弱性评估模型。该模型通过各路段失效后的用户出行时间损失以及路网出行需求损失,对各路段的脆弱性评估值进行计算,并通过网络服务效率评价指标对路网整体脆弱性进行评估。最后,本文以Dail网络对所构建的脆弱性评估模型进行算例分析,并与未加入σ和ε的传统模型进行对比。分析结果表明该模型可以准确识别路网中的脆弱源,计算结果更符合实际情况。     

考虑道路属性特征的中观排放模型研究

准确地对机动车排放污染进行量化评估是机动车排放控制策略制定的前提. 为提高模型计算精度，提出低速行驶比例的概念，用于描述车辆在路段上行驶时瞬时速度的分布特征. 在传统的VSP分布排放模型的基础上，纳入更多的中观影响因素，包括路段平均速度、路段长度、道路等级和低速行驶比例，采用多元回归方法构建一种新型的中观排放模型. 经比对，所建排放模型相对于传统VSP分布排放模型精度更高. 所建模型考虑的新增影响因素均较易获得，故可应用于城市大规模交通路网的排放计算，对提高城市路网排放计算精度，辅助机动车排放控制策略制定具有一定意义.     

基于贝叶斯网络的CTCS-3级列控车载系统韧性

为弥补现有指标的不足，引入韧性作为非常态事件下CTCS-3级（China train control system-3）列控车载子系统运行稳定性的测度指标. 提出了车载子系统韧性量化评估方法，构建了基于贝叶斯网络（Bayesian network, BN）的韧性评估模型，并定义了5种基于韧性的部件重要度指标；进一步利用贝叶斯网络双向推理功能，计算了车载子系统在不同扰动情景下的韧性及部件重要度指标. 研究结果表明:韧性可全面描述车载子系统抵御扰动和从扰动中恢复的能力，非常态事件扰动下，韧性与可用性指标存在明显差异；不同扰动情景下系统韧性明显不同，扰动发生时，车载子系统面临磁暴影响时的韧性为0.8017，而遭遇雷电时的韧性为0.8819，面临冰雪扰动时的韧性为0.9880；部件重要度存在情景依赖，同一部件在不同扰动情景下重要度排序可能不同，且可能随时间动态变化.