一种交通网络抗震鲁棒性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种交通网络抗震鲁棒性评估方法，包括：S1、数据初始化；S2、地震危险性分析；S3、计算交通网络破坏状态；S4、震前交通网络正常状态功能水平计算；S5、震后交通网络功能损失计算；S6、交通网络抗震鲁棒性评估：基于步骤S4得到的目标区域震前交通小区和交通网络的交通功能指标以及步骤S5得到的目标区域震后交通小区和交通网络的交通功能指标，并分别计算交通小区抗震鲁棒性和交通网络抗震鲁棒性。本发明专利技术充分考虑了地震危险性、地震动相关性、交通组件地震易损性、交通流分配及交通网络功能损失计算等因素对交通网络功能的影响，并量化了其中的主要不确定性因素，可以清晰地掌握交通网络的性能状况，有利于决策者做出更有效的决策。出更有效的决策。出更有效的决策。

【技术实现步骤摘要】
一种交通网络抗震鲁棒性评估方法


[0001]本专利技术涉及一种交通网络抗震鲁棒性评估方法。

技术介绍

[0002]重大地震灾害的发生会对受灾区域的城市的经济、社会功能以及人民的生命财 产造成巨大的破坏。具有“韧性”的城市具有抵御、适应灾害并从灾害中快速恢复 的能力。交通系统作为城市生命线工程中最为底层的关键基础设施系统之一， 其抗震韧性的提高是提升城市防灾能力的重要一环。
[0003]Bruneau和Reinhorn(2006)提出了“韧性”概念的四个维度，即鲁棒性、冗 余性、资源可调配度、快速性，并提出了韧性概念的Q
‑
T曲线图。在Bruneau 等人提出的韧性概念框架上，有许多学者尝试将韧性的四个维度指标进行量化。 例如，Chang和Nojima(2001)使用网络覆盖率和交通可达性来量化交通网络 的灾后性能，并运用到日本神户的高速公路网络和铁路系统。I.P.WH和DingweiWang(2011)为了分析交通网络的韧性，提出了一种量化的韧性评价方法。 Bocchini和Frangopol(2011)提出了一种桥梁网络维护调度方法，将单个桥梁 的可靠性和网络的连通性结合到一个决策优化公式中。Morlok和Chang(2004) 提出了网络容量灵活性指标反映交通系统适应自然灾害导致的交通模式变化的 能力。Henry和Ramirez
‑
Marquez(2004)提出了一种基于时间的量化系统和网 络韧性的方法，描述了系统韧性分析所需要的关键参数，如破坏性事件、构件 恢复和整体韧性策，并以道路网络为例，说明所提出的韧性指标的适用性。 Frangopol和Bocchini(2011)使用总出行时间以及总出行距离来衡量交通网络 的功能状况，并以交通系统灾后恢复的总成本作为恢复决策的优化目标。Zhang 和Wang(2017)以总出行时间作为交通网络的功能性指标，并利用网络分析方 法、结构可靠性原理和启发式优化算法，将桥梁容量等级、状态等级、桥梁位 置等多个描述性参数集成到整体网络性能的全局目标函数中。
[0004]然而，上述文献中的许多交通网络功能指标都不能单独反映网络韧性性能， 也不具有在灾后向城市决策者提供功能恢复决策的能力。不同的指标可能适用 于网络韧性规划的不同阶段(如灾前防护、灾后应急和长期恢复)的不同决策 (如翻新、修复、新建等等)。此外，在调研中发现缺乏不确定性分析是很多文 献的不足之处，许多文献都没有尝试量化与这些性能指标相关的不确定性。

技术实现思路

[0005]针对现有的交通指标不能真实反映交通网络功能以及没有考虑与性能指标 相关的不确定性等问题，本专利技术提供了一种交通网络抗震鲁棒性评估方法，本 专利技术综合考虑了地震危险性、地震动相关性、道路结构易损性、交通流分配以 及交通网络功能损失计算等方面的内容，并量化了其中涉及的主要不确定性因 素，可以使人们清晰地掌握交通网络的性能状况，有利于决策者做出更有效的 决策。
[0006]本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种交通网络抗震鲁棒性评估方法，包括如下步骤：
[0008]S1、数据初始化：所述数据至少包括目标区域所处的地震区划信息、目标 区域的场地类型、目标区域的交通网络拓扑数据、目标区域的交通起止点交通 OD需求以及适应目标区域的城市交通组件地震易损性曲线数据；
[0009]S2、地震危险性分析：当情景地震发生时，基于地震动信息、目标区域交 通网络拓扑信息和目标区域的场地类型信息，通过蒙特卡罗模拟方法计算得到 目标区域在该地震场景下一系列交通网络各处的峰值地面加速度PGA和地面永 久性位移PGD；
[0010]S3、计算交通网络破坏状态：基于步骤S2得到的路网各处一系列的峰值地 面加速度PGA或地面永久性位移PGD和交通组件地震易损性数据，通过蒙特 卡罗模拟方法得到目标区域交通网络各组件的破坏状态；
[0011]S4、震前交通网络正常状态功能水平计算：基于目标区域交通网络拓扑数 据和目标区域的交通OD需求，通过节点功能指标计算得到目标区域震前交通 小区的功能水平，并通过网络功能指标计算目标区域交通网络的功能水平；
[0012]S5、震后交通网络功能损失计算：基于步骤S3得到的目标区域交通网络各 组件的破坏状态，通过节点功能指标计算得到目标区域震后交通小区的功能水 平，并通过网络功能指标计算目标区域交通网络的功能水平；
[0013]S6、交通网络抗震鲁棒性评估：基于步骤S4得到的目标区域震前交通小区 和交通网络的交通功能指标以及步骤S5得到的目标区域震后交通小区和交通网 络的交通功能指标，并分别计算交通小区抗震鲁棒性和交通网络抗震鲁棒性。
[0014]进一步地，所述步骤S4位于步骤S1之后且步骤S6之前均可。
[0015]进一步地，所述步骤S1中，目标区域所处的地震区划信息至少包括目标区 域所处地震带的经纬度、地震震级以及震源深度和经纬度。
[0016]进一步地，所述步骤S1中，目标区域的交通起止点交通OD需求是指该区 域实际发生的交通通行数据，至少包括通行的起点、终点和流量。
[0017]进一步地，所述步骤S1中，目标区域的交通网络拓扑数据至少包括交通组 件的经纬度、交通组件类型及等级、道路自由流速、道路平均日流量以及该交 通系统的交通小区划分，其中，所述交通组件至少包括道路和桥梁。
[0018]进一步地，所述步骤S1中，城市交通组件地震易损性曲线数据是指不同类 型的交通组件在不同强度等级地震作用下发生不同程度破坏的概率。
[0019]进一步地，所述步骤S3中，交通网络各组件的破坏状态基于损伤程度自低 到高依次划分为第一破坏状态、第二破坏状态、第三破坏状态和第四破坏状态， 其中，第一破坏状态为交通组件可完全通行的状态，第四破坏状态为交通组件 不能通行的状态，第二破坏状态和第三破坏状态的交通组件破坏状态均处于第 一破坏状态与第四破坏状态之间。
[0020]进一步地，所述步骤S4和S5中，所述节点功能指标为修正独立路径MIPW， 所述网络功能指标为修正加权独立路径MWIPW，两者定义分别如下：
[0021][0022][0023]上式中，n为交通拓扑网络中的节点总数；i，j为节点编号；K
(i,j)
为节点i，j 间的独立路径数量之和；w
od(i,j)
为i，j两节点的交通需求权重：
[0024][0025]上式中，OD(i,j)为节点i，j间的交通出行量；
[0026]为节点i，j间第k条独立路径的功能水平指标，定义如下：
[0027][0028]上式中，C
l
为路段l的公路等级；q
a
表示路段的破坏状态，其中q
a
＝0为未破 坏状态，q
a
＝1为第一破坏状态，q
a
＝2为第二破坏状态，q
a
＝3为第三破坏状 态，q
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交通网络抗震鲁棒性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、数据初始化：所述数据至少包括目标区域所处的地震区划信息、目标区域的场地类型、目标区域的交通网络拓扑数据、目标区域的交通起止点交通OD需求以及适应目标区域的城市交通组件地震易损性曲线数据；S2、地震危险性分析：当情景地震发生时，基于地震动信息、目标区域交通网络拓扑信息和目标区域的场地类型信息，通过蒙特卡罗模拟方法计算得到目标区域在该地震场景下一系列交通网络各处的峰值地面加速度PGA和地面永久性位移PGD；S3、计算交通网络破坏状态：基于步骤S2得到的路网各处一系列的峰值地面加速度PGA或地面永久性位移PGD和交通组件地震易损性数据，通过蒙特卡罗模拟方法得到目标区域交通网络各组件的破坏状态；S4、震前交通网络正常状态功能水平计算：基于目标区域交通网络拓扑数据和目标区域的交通OD需求，通过节点功能指标计算得到目标区域震前交通小区的功能水平，并通过网络功能指标计算目标区域交通网络的功能水平；S5、震后交通网络功能损失计算：基于步骤S3得到的目标区域交通网络各组件的破坏状态，通过节点功能指标计算得到目标区域震后交通小区的功能水平，并通过网络功能指标计算目标区域交通网络的功能水平；S6、交通网络抗震鲁棒性评估：基于步骤S4得到的目标区域震前交通小区和交通网络的交通功能指标以及步骤S5得到的目标区域震后交通小区和交通网络的交通功能指标，并分别计算交通小区抗震鲁棒性和交通网络抗震鲁棒性。2.根据权利要求1所述的交通网络抗震鲁棒性评估方法，其特征在于，所述步骤S4位于步骤S1之后且步骤S6之前均可。3.根据权利要求1所述的交通网络抗震鲁棒性评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，目标区域所处的地震区划信息至少包括目标区域所处地震带的经纬度、地震震级以及震源深度和经纬度。4.根据权利要求1所述的交通网络抗震鲁棒性评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，目标区域的交通起止点交通OD需求是指该区域实际发生的交通通行数据，至少包括通行的起点、终点和流量。5.根据权利要求1所述的交通网络抗震鲁棒性评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，目标区域的交通网络拓扑数据至少包括交通组件的经纬度、交通组件类型及等级、道路自由流速、道路平均日流量以及该交通系统的交通小区划分，其中，所述交通组件至少包括道路和桥梁。6.根据权利要求5所述的交通网络抗震鲁棒性评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，城市交通组件地震易损性曲线数据是指不同类型的交通组件在不同强度等级地震作用下发生不同程度破坏的概率。7.根据权利要求5所述的交通网络抗震鲁棒性评估方法，其特征在于，所述步骤S3中，交通网络各组件的破坏状态基于损伤程度自低到高依次划分为第一破坏状态、第二破坏状态、第三破坏状态和第四破坏状态，其中，第一破坏状...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊彦，王乃玉，汪英俊，
申请(专利权)人：浙江海峡创新科技有限公司海峡创新互联网股份有限公司，
类型：发明
国别省市：