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基于节点重要度的城市道路网络级联失效研究
| 论文题名： | 基于节点重要度的城市道路网络级联失效研究 |
| 关键词： | 城市道路;复杂网络;级联失效;节点重要度 |
| 摘要： | 在城市道路交通网络中，某些关键路段或交叉口由于自然灾害或交通事故等原因会短时间内失效，这些失效的交叉口或路段会迅速引起其它关联交叉口或路段发生故障，形成连锁效应，最终导致路网的大面积瘫痪，这种现象在复杂网络中称为级联失效。随着城市化的快速发展和交通需求的迅猛增长，城市路网规模越来越大且路网结构越来越复杂，路网发生级联失效的风险也就越来越大、破坏程度也越来越严重。因此研究城市路网的级联失效现象对于预防城市路网大面积瘫痪、提升路网稳定性与可靠性具有非常重要的意义。为此，本文结合复杂网络理论与城市道路交通网络的实际特征，将道路交叉口抽象为网络的节点，交叉口之间的路段抽象为网络的边，通过分析路网拓扑结构和路网节点重要度，构建城市双层路网级联失效模型，在此基础上探索节点失效演化规律，并提出级联失效的控制策略。本文的主要研究工作总结如下： 首先，将城市道路网络抽象为复杂网络，应用复杂网络理论中的主方法构建城市路网几何拓扑模型，对路网交通特性、拓扑结构、复杂网络统计特性进行研究。 其次，构建路网节点重要度的评估方法，通过节点关联性、基于节点最短路径及节点收缩性等指标对路网节点重要度进行评估，为验证方法的科学性及有效性，通过案例路网进行重要度评估计算，并采用联合仿真进行验证。同时为了验证重要度高的节点对应的交叉口在实际交通路网中的重要性，对其进行交通调查与分析。 然后，在节点重要度研究的基础上，结合城市路网交通特性构建基于耦合映像格子的双层路网级联失效模型。上层为求解路网失效影响过程与规律范围的耦合映像格子模型，下层为分配流量的用户均衡分配模型。在耦合映像格子模型算法基础上，结合改进的用户均衡模型算法对双层路网级联失效模型进行求解，并详细给出各算法的求解步骤。同时设计虚拟路网来进行级联失效仿真求解，验证模型与算法的有效性。 最后，为了验证双层路网级联失效模型在实际路网中的有效性，以苏州工业园区实例路网为仿真对象，构建该区域网络拓扑结构图，对该实例路网拓扑结构参数以及交通特性参数进行计算，在此基础上结合重要度分析结果对路网进行仿真分析，得出不同攻击方式下的路网级联失效过程及影响范围。根据实例仿真的结果，结合实际道路交通网络特性提出级联失效控制策略，并应用模型进行仿真验证，结果表明该策略能有效控制城市路网级联失效的大规模蔓延。 |
| 作者： | 徐春阳 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 常玉林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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