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原文传递面向网络韧性提升的城市路网可变车道设计方法

论文题名：	面向网络韧性提升的城市路网可变车道设计方法
关键词：	城市交通;可变车道;网络韧性;拓扑结构
摘要：	城市道路网络作为城市的骨架和血脉，对城市的正常运转起着十分重要的作用，提升路网韧性对于建设“韧性城市”具有重要意义。路网韧性是指城市道路交通网络应对扰动时抵抗变化、吸收变化、适应变化，并能快速恢复至稳定状态的能力。本文针对城市道路交通网络应对突发扰动时的运行稳定性需求，研究了路网韧性的影响因素、路网动态综合韧性量化方法以及智能交通网络背景下基于可变车道的路网韧性提升策略。　　论文首先分析了路网韧性的影响因素以及交通流量分配模型对韧性量化的影响。本文明确了城市道路交通网络韧性及其相关概念，认为路网韧性是一个能够较为全面地衡量路网对扰动的抵抗能力和恢复能力的过程性概念；从供需角度对路网韧性影响因素进行分类，确定了网络通行能力、交通事故、扰动后的应对措施等十三项要素与交通供给、交通需求、路网韧性之间的正负相关关系；使用决策实验室分析法分析了路网拓扑结构、交通流量等属性对路网韧性的影响，确定了韧性影响因素中心度最大的5个因素分别是网络通行能力、交叉口交通量、交通事故、路段服务水平和扰动后的应对措施；分析了不同交通流量分配模型对于路网韧性评估的影响，发现传统的用户均衡模型难以观察扰动下路网流量随时间变化过程，而日变交通流量分配模型为路网韧性量化提供了研究基础。　　其次，论文提出了一种路网动态综合韧性量化方法和面向路网韧性提升的路段重要度指标。本文从网络拓扑结构和网络功能两个方面梳理了常用的路网性能度量指标，包括路网紧密度、路网拓扑效率、路网可达性和路网通行效率；总结了文献中包括“韧性三角形面积”、“性能恢复比例”和“性能恢复累计面积比例”在内的三种常用的系统韧性量化指标，并比较其优劣，其中“性能恢复累计面积比例”能够从多个维度评价扰动影响期间系统的平均累积性能；根据路网拓扑效率和路网可达性分别量化了路网的结构韧性和功能韧性，并在此基础上融合路网的功能韧性和结构韧性，提出一种覆盖扰动事件影响下路网性能下降与恢复全过程的路网综合韧性量化方法；提出了面向路网韧性的路段重要程度分析指标，对于制定路段修复顺序方案具有重要意义；通过算例对比了三种不同扰动强度场景下路网韧性量化结果，验证了所提出的路网综合韧性量化方法的有效性。本研究为路网韧性提升策略的制定提供了技术支撑。　　最后，论文提出面向路网韧性提升的可变车道设计模型。本文对可变车道概念进行辨析，给出路网韧性优化模型假设并从理论上分析了利用可变车道提升路网韧性的可行性；确定了道路网络上可变车道的四个设置条件和两种可变车道路段容量计算方法；设计了基于可变车道的路网综合韧性优化目标函数，同时考虑了扰动影响期间交通流量的逐日动态变化，进而确定扰动事件下城市道路网络的流量分配；利用遗传算法求解扰动发生后路网基于可变车道的恢复策略；通过算例验证了可变车道数目设计模型对于路网韧性提升的可行性和有效性，使用网络韧性增长率指标量化韧性提升程度，比较了两种不同场景下人工恢复方案与可变车道方案的路网韧性值。结果表明，与人工恢复方案相比，在两种不同场景下可变车道方案的路网韧性分别提升了 10.98%和 11.21%。本研究为缓解外界扰动对城市道路网络的负面影响提供了新的解决方案。
作者：	李璐
专业：	计算机技术
导师：	刘志远
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022