基于脆弱性的动态路网设计问题研究

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1、国内图书分类号：U491.1+3密级：公开国际图书分类号：656.1西南交通大学研究生学位论文基于脆弱性的动态路网设计问题研究年级2015级姓名荣新申请学位级别工学硕士专业交通运输规划与管理指导老师刘海旭副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U491.1+3U.D.C:656.1SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisVULNERABILITYBASEDDYNAMICROADTRANSPORTATIONNETWORKDESIGNGrade:2015Candidate:RongXinAcademicDegreeAppliedfor:

2、MasterofEngineeringSpeciality:TransportationPlanningandManagementSupervisor:AssociateProf.LiuHaixuMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要在路网的日常运行中，交通事故，自然灾害，恐怖袭击等异常事件的发生会对路网的正常运行产生干扰。路网脆弱性是对路网组成单元遭受异常事件破坏而导致路网运行性能下降的潜在可能性的一种描述，对于路网脆弱性的研究可以更为清楚的认识到异常事件对于路网运行性能的影响。将路网脆弱性分析与路网设计问题进行结合，有利于减小异常事件的发生给路网运行造成的损失，保证路网在

3、面临异常情况时仍然可以较为合理的维持运行。本文将路网脆弱性分析纳入路网设计之中，构建了基于脆弱性的动态路网设计模型。首先，本文对路网脆弱性概念进行了分析，将路网脆弱性定义为路段受异常事件影响时，路段通行能力的损失导致路网运行性能下降的程度。通过与可靠性、风险、鲁棒性等概念的对比，加深了对于路网脆弱性概念的认识；其次，从路网拓扑、路网需求不确定性、路网供给不确定性三个方面对影响路网脆弱性的因素进行了分析，并从路段受损对路网备用能力和路网平均出行时间的影响出发，构建了基于路网备用能力的路段脆弱性评价指标以及基于路网平均出行时间的路段脆弱性评价指标，并给出了随机供给情况下脆弱性指标的计算方法；再次，

4、将路段脆弱性评价指标纳入路网设计双层规划模型，建立了基于脆弱性的静态路网设计模型，并结合遗传算法和F-W算法设计了静态模型的求解算法；最后，在静态模型中引入时间因素，通过重构静态路网设计模型中的目标函数以及相应的约束条件，建立了基于脆弱性的动态路网设计模型，并对静态模型的求解算法进行了扩展。算例分析将基于脆弱性的动态路网设计结果与基于脆弱性的静态路网设计结果以及非脆弱性动态路网设计结果进行了对比，验证了基于脆弱性的动态路网设计模型的有效性。分析结果表明，模型中时间因素的引入考虑了投资费用，改造规模以及路网出行需求等情况的动态变化，增强了路网设计方案的可行性；模型中脆弱性指标的引入有效降低了路网

5、设计方案中各路段的脆弱性，减小了异常事件的发生对路网运行性能的影响，有利于建立更为稳定，高效的路网。关键词：脆弱性；路网设计问题；双层规划模型；动态网络西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractInthedailyoperations,thetrafficaccidents,naturaldisasters,terroristattacksandotheranomalieswillinterferetheoperationstatusofthetransportationnetwork.Thetransportationtrafficvulnerabilitydescriptsth

6、epotentialdegradationofnetworkperformancewhichcausedbyanomaliesdestructionofnetworkcomponents,theresearchoftransportationnetworktrafficvulnerabilitycanclearlyrecognizetheimpactofanomaliesontheoperationsofthenetwork.Thecombineoftransportationnetworkvulnerabilityanalysiswiththetransportationnetworkdes

7、ignwillhelptoreducetheimpactofanomaliesonthenetworkoperationsandensurethenetworkcanstillbereasonablymaintained.Thispaperincludestheanalysisoftransportationnetworkvulnerabilityintothedesignoftransporta