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城市道路交通網(wǎng)絡(luò)脆弱性辨識方法_張勇

第４期　　　　　　　　　　張　勇，等：城市道路交通網(wǎng)絡(luò)脆弱性辨識方法

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ｏｆｒｏａｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｔｉｍｉｎｒｉｏｒｉｔｏｆｔｒａｎｓｏｒｔｎｅｔｗｏｒｋｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　　　　　　�。纾穑稹　�

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段失效方法，即通過掃描方式，輪流失效單條路段，依據(jù)交通均衡配流結(jié)果評價每條路段受損對交通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的影響，通過比較確定脆弱性顯著的路段。沿用這一思路，ＤＥｓｔｅ等基于連通性的脆弱性評價方法，比較各路段受損引起的總阻抗值增加值

［］

以確定脆弱性路段位置；Ｓｏｈｎ等５－６對馬里蘭交通

０引　言

道路網(wǎng)絡(luò)是維持城市正常運轉(zhuǎn)的生命線。由于降雨、下雪以及交通事故等原因，北京、上海等諸多大中城市頻繁發(fā)生大面積交通癱瘓，充分暴露了中國城市路網(wǎng)交通的脆弱性。例如，２００９年１０月２８日，杭州市文暉路和湖墅南路交叉口附近發(fā)生路面塌陷引發(fā)的水管破裂，近半個杭州城陷入交通癱瘓，使得搶修車輛難以進(jìn)入事發(fā)地點進(jìn)行搶修。道路網(wǎng)某些路段通行能力喪失，將導(dǎo)致該絡(luò)脆弱性表現(xiàn)在，

路段車輛排隊溢出，引發(fā)關(guān)聯(lián)路段車輛連鎖排隊，進(jìn)而形成大面積的道路網(wǎng)絡(luò)堵塞。大面積交通擁堵不而且延誤了救援人僅阻礙了受災(zāi)人群的緊急疏散，

員和物資輸送，錯過了將災(zāi)害損失降至最小的時機。然而值得注意的是，并不是任一路段失效均會造成大面積的交通癱瘓。原因在于，不同路段的失效將特定的路段失導(dǎo)致路網(wǎng)交通功能不同程度的下降，

效將導(dǎo)致路網(wǎng)交通大面積破壞。因此，辨識交通網(wǎng)絡(luò)的脆弱性，判斷哪條路段失效會對路網(wǎng)交通運行成為提升道路網(wǎng)絡(luò)防災(zāi)減災(zāi)能力的造成致命破壞，

前提。為使交通網(wǎng)絡(luò)防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃、應(yīng)急疏散和救通過辨識交通網(wǎng)絡(luò)脆援管理更具預(yù)見性和針對性，

弱性，判定引起路網(wǎng)交通功能嚴(yán)重下降的路段，對于城市交通防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃和道路搶修資源分配有著重要的實踐意義。

隨著研究的推進(jìn)，對道路網(wǎng)絡(luò)脆弱性的認(rèn)識不

［］

斷加深。Ｂｅｒｄｉｃａ１認(rèn)為脆弱性是網(wǎng)絡(luò)對導(dǎo)致其服

還根據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了基于可達(dá)性的脆弱性路段判定，經(jīng)濟(jì)損失脆弱性指標(biāo)，對Ｎｅｗ　Ｍａｄｒｉｄ地震區(qū)域路

［］

段進(jìn)行了脆弱性評價；Ｊｅｎｅｌｉｕｓ等７為了分析道路引入了路段重要性的概念及其計算指網(wǎng)絡(luò)脆弱性，

標(biāo)，依次斷裂每條路段，再根據(jù)彈性需求下無約束用

［］

模型計算路段重要度；戶均衡（ＵＥ）Ｓｃｏｔｔ等８提出

），以３個具有不同連接度了網(wǎng)絡(luò)魯棒性指數(shù)（ＮＲＩ的網(wǎng)絡(luò)為例，基于標(biāo)準(zhǔn)的無約束ＵＥ模型分別計算，其ＮＲ該方法既考慮了路網(wǎng)的流量和空間性，也Ｉ

［］

兼顧了網(wǎng)絡(luò)的連通度；Ｓｕｌｌｉｖａｎ等９進(jìn)一步引入了

法，修正的魯棒性指數(shù)法和網(wǎng)絡(luò)旅行脆弱性（ＮＴＲ）這些方法的優(yōu)勢在于可以直接比較具有不同規(guī)模、空間拓?fù)浜瓦B通性的網(wǎng)絡(luò)，因此能用來研究具有孤中國學(xué)者最近也開始了探索，劉立路段的運輸網(wǎng)絡(luò)；

１０］思峰等［提出了重要路段辨識模型。第２種是基

該方法借鑒了博弈論思想，利于博弈論的分析方法，

用標(biāo)準(zhǔn)的無約束Ｕ確定對交Ｅ模型構(gòu)造零和博弈，

通網(wǎng)絡(luò)脆弱性影響最為顯著的受損路段位置。Ｂｅｌｌ

］１１１２－等［利用博弈論，基于標(biāo)準(zhǔn)的無約束隨機的ＵＥ模型，提出了最大－最小對偶模型確定路網(wǎng)脆弱性的［３］方法；基于博弈論提出了雙層網(wǎng)絡(luò)規(guī)Ｐａｍｅｌａ等１

而服務(wù)水平就是在務(wù)水平大幅下降事件的敏感性，

給定時段內(nèi)路段或網(wǎng)絡(luò)可以被使用的可能性。由于對道路網(wǎng)絡(luò)的破壞取決于交通災(zāi)害的發(fā)生概率和后果的嚴(yán)重程度，利用歷史數(shù)據(jù)能掌握災(zāi)害發(fā)生概率，但是大樣本歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)獲取困難，所以用概率來

［］２］

。Ｄ衡量脆弱性難以奏效［Ｅｓｔｅ等３認(rèn)為脆弱性

劃模型來尋找脆弱路段的方法。

道路網(wǎng)絡(luò)發(fā)生災(zāi)害時往往出現(xiàn)２個最顯著的交通現(xiàn)象：其一，路段往往出現(xiàn)車輛超長排隊甚至路段排隊溢出情形；其二，路段通行能力往往出現(xiàn)不足因而制約著交通流的運行。由于路段上車輛排隊的容這就要求面向災(zāi)量以及路段通行能力總是有限的，

害的道路網(wǎng)絡(luò)交通流模型必須能考慮這２個約束。而上述研究建立的均為無約束模型，，無法描述災(zāi)害期間道路網(wǎng)絡(luò)上這２個最顯著特征。因此，為了克本文中將分析路段的通行能力以服上述研究缺陷，

及排隊容量存在約束的道路網(wǎng)絡(luò)，引入描述道路網(wǎng)絡(luò)魯棒性指數(shù)以識別關(guān)鍵路段，通過分析路段的斷面通行能力和路段排隊容量之間的關(guān)系，建立存在

應(yīng)該只考慮災(zāi)害的后果，即小部分路段失效顯著降低節(jié)點可達(dá)性的嚴(yán)重程度，此處可達(dá)性指標(biāo)即為節(jié)

［］

點的脆弱性。而Ｈｏｌｍｒｅｎ４就將脆弱性直接定義ｇ

目前關(guān)于脆弱性的為對危險的敏感性。綜上可知：

概念已初步取得共識，即指受到交通災(zāi)害引起路網(wǎng)交通功能降低的敏感性。

研究路網(wǎng)脆弱性有２種思路。第１種是輪流路

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