本文關(guān)鍵詞： 高速公路網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)脆弱性 多源數(shù)據(jù) 博弈論 時序數(shù)據(jù)挖掘　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高速公路網(wǎng)絡(luò)是交通運(yùn)輸業(yè)的重要組成部分,是區(qū)域聯(lián)系及社會活動能夠有效維持的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而,高速公路網(wǎng)絡(luò)性能的發(fā)揮往往受到各種突發(fā)事件的影響,即高速公路網(wǎng)絡(luò)具有一定的脆弱性,不僅降低高速公路網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力,甚至造成一定程度的人員或財產(chǎn)損失。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及高速公路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善,高速公路網(wǎng)絡(luò)脆弱性的研究已越來越受到交通管理者的重視及科學(xué)研究的關(guān)注。交通信息采集設(shè)施及技術(shù)的發(fā)展,使得交通管理者能夠獲得豐富的、多源的道路交通運(yùn)行數(shù)據(jù),包括交通流量數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)等。如何利用已有的豐富數(shù)據(jù),通過科學(xué)的數(shù)據(jù)挖掘方法,分析高速公路網(wǎng)絡(luò)脆弱性的影響因素,并評估網(wǎng)絡(luò)脆弱性,進(jìn)而制定科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案及改善措施,已經(jīng)成為高速公路網(wǎng)絡(luò)研究中迫切需要解決的實踐難題和理論研究的科學(xué)前沿。本文以客觀的高速公路多源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),基于數(shù)據(jù)的客觀規(guī)律,結(jié)合博弈論思想,對高速公路網(wǎng)絡(luò)脆弱性進(jìn)行全面、科學(xué)的評估并識別網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵路段,進(jìn)而有針對性的提出改善建議。本文分別從節(jié)點(diǎn)、路段及系統(tǒng)三個層面分析高速公路網(wǎng)絡(luò)的脆弱性影響因素,從網(wǎng)絡(luò)屬性、潛在威脅屬性、流量屬性和鄰域?qū)傩运膫�方面剖析交通系統(tǒng)內(nèi)部及外部因素對高速公路網(wǎng)絡(luò)脆弱性的影響機(jī)理;進(jìn)而結(jié)合影響因素,分析高速公路網(wǎng)絡(luò)脆弱性研究的多源數(shù)據(jù)需求及各數(shù)據(jù)來源,從而建立影響因素與數(shù)據(jù)需求之間的聯(lián)系,提出高速公路網(wǎng)絡(luò)脆弱性研究中基于多源數(shù)據(jù)的必要性及應(yīng)用價值�；诙嘣磾�(shù)據(jù)的必要性分析,針對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)量最大、最容易獲取的高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù),結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù),通過分析外界因素(不良天氣、交通事故)對高速公路交通流的影響機(jī)理,建立了高速公路任意路段斷面流量推算算法;并隨時間維度的推移構(gòu)建能夠描述交通流狀態(tài)演化規(guī)律的時間序列,利用時序數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),對未被記錄的高速公路微小事故進(jìn)行識別,然后基于統(tǒng)計學(xué)思想,將SPF函數(shù)應(yīng)用于識別網(wǎng)絡(luò)中的事故多發(fā)點(diǎn)。高速公路的斷面流量推算結(jié)果及事故多發(fā)點(diǎn)識別結(jié)果共同作為后文關(guān)鍵路段識別及脆弱性評估的主要數(shù)據(jù)輸入。在定量研究的模型構(gòu)建方面,本文以博弈論為基本理論,將網(wǎng)絡(luò)脆弱性抽象為網(wǎng)絡(luò)的攻擊者,與交通管理者構(gòu)成博弈雙方,攻擊者以最大限度降低網(wǎng)絡(luò)性能為目標(biāo),交通管理者以最大化用戶利益,使網(wǎng)絡(luò)性能降低對用戶影響最小為目標(biāo),通過博弈的思想,達(dá)到網(wǎng)絡(luò)脆弱性識別和改善的同步進(jìn)行,構(gòu)建了雙方的攻防博弈模型。同時,為設(shè)計與本文所建立模型相適應(yīng)的求解算法,提出了博弈雙方的熵函數(shù)-最短路策略及興趣函數(shù)-用戶均衡分配策略兩種策略組合算法,在不考慮交通擁堵傳播的影響時,交通管理者根據(jù)最短路原則對網(wǎng)絡(luò)上的交通需求進(jìn)行分配,潛在威脅事件根據(jù)熵函數(shù)來決策對路段的攻擊策略;當(dāng)考慮擁堵傳播時,交通管理者根據(jù)用戶均衡條件進(jìn)行交通分配,潛在威脅事件根據(jù)興趣函數(shù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊。當(dāng)雙方博弈過程終止時,即輸出網(wǎng)絡(luò)的脆弱性值及關(guān)鍵路段識別結(jié)果,同時給出相應(yīng)的交通分配應(yīng)對策略。為驗證本文方法的有效性和應(yīng)用性,以黑龍江省高速公路網(wǎng)絡(luò)為例,結(jié)合黑龍江省高速公路上采集到的多源數(shù)據(jù)(包括路網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)、收費(fèi)數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)等),針對兩種不同的博弈策略組合,得到兩種算法下網(wǎng)絡(luò)的脆弱性值及關(guān)鍵路段排序結(jié)果,對兩種結(jié)果進(jìn)行比較分析,并全面評價黑龍江省高速公路網(wǎng)絡(luò)的脆弱性,結(jié)合評價結(jié)果,給出相應(yīng)的政策建議。
[Abstract]:This paper analyzes the influence factors of highway network vulnerability by analyzing external factors ( bad weather and traffic accident ) , analyzes the influence factors of highway network vulnerability , and puts forward some suggestions for improving the network vulnerability of expressway . In order to reduce the influence of traffic jam propagation , the traffic manager is able to distribute the traffic demand on the network according to the principle of the shortest path .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U491
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本文編號：1490338