面向暴雨内涝的城市道路交通系统韧性评估方法技术方案

本发明专利技术为面向暴雨内涝的城市道路交通系统韧性评估方法，该方法分别从排水、道路、交通以及应急等四个层面构建道路交通运行系统韧性指标体系，并提出道路交通系统韧性的五级韧性评价划分，利用模糊层次分析法分别开展判断矩阵、隶属度关系以及评价运算等过程，在得到各层网络评价向量的基础上，形成暴雨内涝情景下道路交通系统韧性定量综合评判。最后，结合最大隶属原则，可获得道路交通运行系统韧性定量评估结果。利用本发明专利技术技术，可开展暴雨内涝灾害对城市道路交通运行系统的韧性影响评估以及系统韧性强化等工作，有助于提升道路交通运行系统在暴雨内涝灾害下的安全性和可靠性。

Resilience Assessment Method of Urban Road Traffic System for Rainstorm Waterlogging

【技术实现步骤摘要】
面向暴雨内涝的城市道路交通系统韧性评估方法
本专利技术涉及降雨天气下城市交通系统安全韧性评估
，尤其涉及一种面向暴雨内涝的城市道路交通系统韧性评估方法。
技术介绍
暴雨内涝严重危及城市系统的安全稳定运行，诸如城市看海、车辆受困、人员伤亡、交通拥堵甚至中断瘫痪的现象较为常见，直接损害了城市道路交通系统的通行能力和安全韧性，对社会经济发展、居民生命财产安全构成巨大威胁。作为城市生命线系统关键组成部分的城市道路交通系统，在韧性城市规划和建设中占据重要地位，如何有效评估其面对暴雨内涝的安全韧性能力是构建安全韧性城市的前提条件和必要手段。在极端气候灾害下的城市道路交通系统韧性模型、评估方法等方面，尚未形成有效的韧性评估技术，特别是暴雨内涝对城市道路交通系统安全运行造成严重损害的现实背景下，如何切实有效建立暴雨内涝情景下城市道路交通系统韧性模型和韧性评估方法，已经成为城市道路交通可持续发展亟需解决的问题。针对暴雨内涝灾害对城市道路交通系统涉及内涝排水、道路积水、交通中断以及应急救援等四个层面造成的不同影响，考虑暴雨内涝情景对城市道路交通的韧性影响，道路交通系统韧性主要来自四个方面的因素：第一，市政排水管网的排涝能力；第二，道路基础设施的使用健康状态；第三，针对内涝区域道路交通的特殊控制和管理；第四，内涝应急背景下有关部门和单位的协同联动能力。本方法考虑内涝情景下道路交通系统韧性涉及的四层网络，即排水网络、道路网络、交通网络、应急网络，综合四个网络韧性关联因素设计了道路交通系统韧性指标体系，进一步提出了基于模糊层次分析法的城市道路交通系统韧性评估方法。与现有技术相比，本专利技术的优点在于以下几点：1)综合内涝情景下道路交通系统韧性关联因素分析，结合三度空间系统划分，将道路交通系统分解为四层网络，即排水网、道路网、交通网以及应急网，如图1所示。将道路交通系统进行网络分层，便于清晰的辨识系统韧性所涉及到的相关层面，有利于理清众多韧性关联要素，进一步开展系统韧性评估工作。2)充分利用层次分析法(analytichierarchyprocess,AHP)解决复杂层次结构的多目标决策问题的特点，能够统一处理决策中的定性与定量因素，具有实用性、系统性、简洁性等优点。进一步采用与模糊综合评价(fuzzycomprehensiveevaluation,FCE)相结合的模糊层次分析法(fuzzyanalytichierarchyprocess,FAHP)对道路交通系统进行韧性评价，旨在避免人的主观判断、偏好等对韧性评价的影响。
技术实现思路
本专利技术为解决暴雨内涝情景下城市道路交通系统韧性难以定量评估等问题，公开一种面向暴雨内涝的城市道路交通系统韧性评估技术，综合排水、道路、交通和应急等四层网络韧性因素建立了暴雨内涝影响的道路交通系统韧性指标体系，其中，排水网络韧性因素主要包括地下管网设施的设计标准、系统建设和运维状态、关键节点应急措施、排涝应急资源等。道路网络韧性影响因素主要有道路设施性能、道路清障能力、道路防灾标准等。考虑内涝积水对城市交通的影响，建立面向城市内涝的区域交通智能控制和路径规划是提升交通运行效率的重要方法，可缓解交通拥堵并提升系统安全性，从而提升道路交通系统韧性。由于道路交通系统运行涉及到的部门和单位众多，包括市政、交通、园林、排水等，从应急网络层面需明确内涝相关责任单位和应急资源等，构建应急协调联动预案，提升内涝应急救援能力。在此基础上，提出五级韧性定性评价，采用层次分析法确定各指标权重，利用模糊层次评价原理建立评价矩阵，并进行多层次的矩阵运算后得到系统在五级韧性中的评价比率，进一步，结合最大隶属度原则，最后可得到道路交通运行系统韧性定量评估结果。本专利技术技术流程如图2所示。本专利技术具体采用的如下技术方案：(1)建立内涝情景下道路交通系统韧性评价因素集：道路交通运行系统主因素U＝{排水网络，道路网络，交通网络，应急网络}，其中子因素集U1＝{管道设备设施性能、管网标准、关键节点措施针对性、应急资源储备情况}，U2＝{道路设施性能、道路清障能力、道路防灾标准、应急资源储备情况}，U3＝{交通应急管控能力、交通网络连通性、应急资源储备情况}，U4＝{应急体制机制完备性、培训演练协同能力、应急资源储备情况}，将道路交通系统韧性评估设置为五级韧性评价：V＝{强v1，较强v2，一般v3，较弱v4，弱v5}；(2)建立模糊判断矩阵Uij(i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,n)；(3)根据模糊判断矩阵，计算其最大特征根λmax和对应的特征向量；(4)计算判断矩阵的一致性指标CI：CI＝(λmax-m)/(m-1)计算判断矩阵的一致性比率CR：CR＝CI/R式中：CI为判断矩阵一致性指标；λmax为矩阵最大特征值；m为矩阵阶数；CR为判断矩阵的随机一致性比率；R为平均随机一致性指标值；(5)根据步骤(2)和(3)建立道路交通系统一级指标模糊判断F，并计算出F的最大特征值λMAX和特征向量W，根据步骤(4)判断F一致性，若通过一致性检验，单位化后的特征向量就是各因素的权重向量；(6)排水网络评估。根据步骤(2)和(3)建立排水网络判断矩阵F1，并计算出F1的最大特征值和特征向量。根据步骤(4)检验F1一致性，若通过一致性检验，单位化后的特征向量就是各因素的权重向量w1；建立排水网络各子指标对于不同评价等级的隶属度关系，得出隶属度矩阵R1得到排水网络韧性的评价向量E1：E1＝w1·R1(7)道路网络评估，根据步骤(2)和(3)，建立道路网络判断矩阵F2，并计算出F2的最大特征值和特征向量，根据步骤(4)检验F2一致性，若通过一致性检验，单位化后的特征向量就是各因素的权重向量w2；建立道路网络各子指标对于不同评价等级的隶属度关系，得出隶属度矩阵R2得到道路网络韧性的评价向量E2：E2＝w2·R2(8)交通网络评估，根据步骤(2)和(3)，建立交通网络判断矩阵F3，并计算出F3的最大特征值和特征向量，根据步骤(4)检验F3一致性，若通过一致性检验，单位化后的特征向量就是各因素的权重向量w3；建立交通网络各子指标对于不同评价等级的隶属度关系，得出隶属度矩阵R3得到交通网络韧性的评价向量E3：E3＝w3·R3(9)应急网络评估。根据步骤(2)和步骤(3)，建立应急网络判断矩阵F4，并计算出F4的最大特征值和特征向量。根据步骤(4)检验F4一致性，若通过一致性检验，单位化后的特征向量就是各因素的权重向量w4建立应急网络各子指标对于不同评价等级的隶属度关系，得出隶属度矩阵R4得到应急网络韧性的评价向量E4：E4＝w4·R4(10)综合韧性评估，综合四层网络各因素评价，可得二级指标评价矩阵E＝[E1E2E3E4]。结合一级指标的权重向量W，得到道路交通系统韧性评估P＝W·E＝(p1,…p5)，根据最大隶属原则，该道路交通运行系统韧性评估结果为max{p1～v1，…，p5～v5}。本专利技术具有如下有益的技术效果：1)本专利技术结合暴雨内涝给道路交通系统造成的不同层面影响，结合道路交通运行系统韧性内涵，即抵御、吸收内涝和恢复，本专利技术技术综合考虑三个方面的涉及内容和要素。其中，抵御能力体现在软硬件系统运维管理、脆弱性分析和预防措施，通过改进系统缺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向暴雨内涝的城市道路交通系统韧性评估方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)建立内涝情景下道路交通系统韧性评价因素集：道路交通运行系统主因素U＝{排水网络，道路网络，交通网络，应急网络}，其中子因素集U1＝{管道设备设施性能、管网标准、关键节点措施针对性、应急资源储备情况}，U2＝{道路设施性能、道路清障能力、道路防灾标准、应急资源储备情况}，U3＝{交通应急管控能力、交通网络连通性、应急资源储备情况}，U4＝{应急体制机制完备性、培训演练协同能力、应急资源储备情况}，将道路交通系统韧性评估设置为五级韧性评价：V＝{强v1，较强v2，一般v3，较弱v4，弱v5}；(2)建立模糊判断矩阵Uij(i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,n)；(3)根据模糊判断矩阵，计算其最大特征根λmax和对应的特征向量；(4)计算判断矩阵的一致性指标CI：CI＝(λmax‑m)/(m‑1)计算判断矩阵的一致性比率CR：CR＝CI/R式中：CI为判断矩阵一致性指标；λmax为矩阵最大特征值；m为矩阵阶数；CR为判断矩阵的随机一致性比率；R为平均随机一致性指标值；(5)根据步骤(2)和(3)建立道路交通系统一级指标模糊判断F，并计算出F的最大特征值λMAX和特征向量W，根据步骤(4)判断F一致性，若通过一致性检验，单位化后的特征向量就是各因素的权重向量；...

【技术特征摘要】
1.一种面向暴雨内涝的城市道路交通系统韧性评估方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)建立内涝情景下道路交通系统韧性评价因素集：道路交通运行系统主因素U＝{排水网络，道路网络，交通网络，应急网络}，其中子因素集U1＝{管道设备设施性能、管网标准、关键节点措施针对性、应急资源储备情况}，U2＝{道路设施性能、道路清障能力、道路防灾标准、应急资源储备情况}，U3＝{交通应急管控能力、交通网络连通性、应急资源储备情况}，U4＝{应急体制机制完备性、培训演练协同能力、应急资源储备情况}，将道路交通系统韧性评估设置为五级韧性评价：V＝{强v1，较强v2，一般v3，较弱v4，弱v5}；(2)建立模糊判断矩阵Uij(i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,n)；(3)根据模糊判断矩阵，计算其最大特征根λmax和对应的特征向量；(4)计算判断矩阵的一致性指标CI：CI＝(λmax-m)/(m-1)计算判断矩阵的一致性比率CR：CR＝CI/R式中：CI为判断矩阵一致性指标；λmax为矩阵最大特征值；m为矩阵阶数；CR为判断矩阵的随机一致性比率；R为平均随机一致性指标值；(5)根据步骤(2)和(3)建立道路交通系统一级指标模糊判断F，并计算出F的最大特征值λMAX和特征向量W，根据步骤(4)判断F一致性，若通过一致性检验，单位化后的特征向量就是各因素的权重向量；(6)排水网络评估。根据步骤(2)和(3)建立排水网络判断矩阵F1，并计算出F1的最大特征值和特征向量。根据步骤(4)检验F1一致性，若通过一致性检验，单位化后的特征向量就是...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐少虎，朱伟，郑建春，尤秋菊，杨艳英，
申请(专利权)人：北京城市系统工程研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11