一种洪涝灾害下城市多模式交通网络功能韧性的评估方法技术

本发明专利技术提供了一种洪涝灾害下城市多模式交通网络功能韧性的评估方法

【技术实现步骤摘要】
一种洪涝灾害下城市多模式交通网络功能韧性的评估方法


[0001]本专利技术涉及交通管理
，尤其涉及一种洪涝灾害下城市多模式交通网络功能韧性的评估方法
。

技术介绍

[0002]发达的交通网络是经济繁荣的关键支柱，有助于消除贫困和实现可持续发展
。
多模式交通系统通过耦合多种交通方式，可以减少交通拥堵，提高交通网络可达性，优化交通系统的运行效率
。
然而，现有研究表明多模式交通网络中不同运输方式的相互依存性可能导致系统性的级联失效：即一种运输方式的中断可能对其他运输方式产生负面影响，甚至导致整个交通系统的崩溃
。
[0003]洪水作为最频发
、
最危险的极端事件之一，对交通基础设施的安全运营构成威胁
。
洪水会造成直接的物理损害和直接经济损失
。
据估计，全球每年因自然灾害对公路和铁路资产造成的物理损害约在
31
亿到
220
亿美元之间，其中约
73
％是由河流洪水和雨季洪水引起的
。
此外，交通基础设施提供了就业
、
教育和医疗保健的机会，中断交通系统将阻碍经济发展
、
社会稳定和福利的提高，造成间接经济损失
。
因此，评估和理解洪涝灾害对城市多模式交通网络的结构和功能韧性的综合影响，并提高其韧性以促进可持续发展，具有重要意义
。
[0004]目前，针对洪涝灾害的交通系统功能韧性评估方法主要集中在单模式交通网络，例如小汽车网络
。
这些方法采用数据驱动或交通分配的方式来预测或模拟道路网络等单一交通网络在受损后的客流分布，以衡量洪水等突发事件对交通网络的影响
。
少数学者关注地面公交系统和轨道公交系统耦合的多模式公共交通网络，应用级联失效模型来评估突发事件对综合公共交通运输系统承载能力的影响
。
然而，这些方法都忽视了私人交通和公共交通系统之间复杂而动态的竞争和合作关系，而这些博弈可能会放大或削弱扰动，从而影响系统的承载能力和功能韧性
。
[0005]因此，目前的城市交通网络功能韧性评估技术存在着无法评估私人交通和公共交通系统耦合的多模式交通复杂系统在洪涝灾害下的功能韧性的技术问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种洪涝灾害下城市多模式交通网络功能韧性的评估方法，以实现有效地衡量特定的洪涝灾害对城市综合交通系统影响和综合交通系统的功能韧性
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案
。
[0008]一种洪涝灾害下城市多模式交通网络功能韧性的评估方法，包括：
[0009]获取研究城市的道路网络数据
、
地面公交网络和轨道公交网络数据，构建多模式交通网络结构模型；
[0010]采集兴趣点
POI
数据估计所述城市的交通发生和吸引量，依据流量衰减函数改进引力模型，模拟个体日出行链；
[0011]融合所述多模式交通网络结构模型和所述个体日出行链，构建所述城市的多模式交通网络功能模型，依据真实数据校准所述多模式交通网络功能模型；
[0012]依据洪涝灾害的空间破坏特征，构建多模式交通网络的结构失效模型；
[0013]基于所述多模式交通网络的结构失效模型构建多模式交通网络功能模型的失效模型，从可通行需求和出行延误两方面评估洪涝灾害下多模式交通网络功能模型的功能韧性
。
[0014]优选地，所述获取研究城市的道路网络数据
、
地面公交网络和轨道公交网络数据，构建多模式交通网络结构模型，包括：
[0015]从开发街道地图获取研究城市的道路网络数据集，该道路网络数据集包括道路网络节点的地理空间位置
、
拓扑关系以及路段属性，使用研究城市的行政区划数据裁剪道路网络数据集，交叉口被抽象为节点，路段被抽象为边；
[0016]完善路段属性信息，该路段属性信息包括自由流速度
、
车道数和通行能力，设置地面公交网络数据包括地面公交站点信息
、
线路信息和发车时刻表信息，将地面公交站点和线路映射到道路网络中；
[0017]设置轨道公交网络数据包括轨道公交的站点信息
、
线路信息和发车时刻表信息，获取轨道公交的站点信息和线路信息，将轨道公交站点抽象为节点，将公交线路的相邻两个轨道站点的拓扑关系抽象为边
。
[0018]优选地，所述的将地面公交站点和线路映射到道路网络中，包括：
[0019]基于开放地图平台获取地面公交的站点经纬度信息和线路依次经过的公交站点序列信息；
[0020]依据站点经纬度使用最近邻匹配方法将每个公交车站匹配至最近道路路段上；
[0021]对于所有公交线路中的任意两个相邻公交站点，使用
Dijsktra
算法寻找这两个相邻站点所在道路路段间的最短路序列，将该最短路序列作为公交线路依次经过的道路路段
。
[0022]优选地，所述的采集
POI
数据估计所述城市的交通发生和吸引量，依据流量衰减函数改进引力模型，模拟个体日出行链，包括：
[0023]使用网格划分研究区域，空间分辨率设为
1km
×
1km
，假设出行起讫点均位于网格质心，从开放地图平台爬取研究区域的
POI
数据，其中住宅小区
、
宿舍
、
商住两用楼宇三类为出行起点，确定三类出行起点的平均面积
s
m
和工作日早高峰期间单位面积的交通发生率
a
m
，确定三类出行起点的交通发生率
α
m
：
[0024]α
m
＝
a
m
s
m m∈{
住宅小区，宿舍，商住两用楼宇
}
ꢀꢀ
(1)
[0025]统计并汇总每个网格内的所有出行起点
POI
的交通发生量，网格
i
的交通发生量
P
i
的计算公式为：
[0026][0027]其中，
k
为第
k
个
m
类
POI
，为0‑1变量，若第
k
个
m
类
POI
在第
i
个网格内则为1，反之则为0；
[0028]将其它
POI
视为出行终点，所述其它
POI
包括公司
、
学校和医院，确定所述其它
POI
的出行终点的平均面积
s
m
和工作日早高峰期间单位面积的交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种洪涝灾害下城市多模式交通网络功能韧性的评估方法，其特征在于，包括：获取研究城市的道路网络数据
、
地面公交网络和轨道公交网络数据，构建多模式交通网络结构模型；采集兴趣点
POI
数据估计所述城市的交通发生和吸引量，依据流量衰减函数改进引力模型，模拟个体日出行链；融合所述多模式交通网络结构模型和所述个体日出行链，构建所述城市的多模式交通网络功能模型，依据真实数据校准所述多模式交通网络功能模型；依据洪涝灾害的空间破坏特征，构建多模式交通网络的结构失效模型；基于所述多模式交通网络的结构失效模型构建多模式交通网络功能模型的失效模型，从可通行需求和出行延误两方面评估洪涝灾害下多模式交通网络功能模型的功能韧性
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取研究城市的道路网络数据
、
地面公交网络和轨道公交网络数据，构建多模式交通网络结构模型，包括：从开发街道地图获取研究城市的道路网络数据集，该道路网络数据集包括道路网络节点的地理空间位置
、
拓扑关系以及路段属性，使用研究城市的行政区划数据裁剪道路网络数据集，交叉口被抽象为节点，路段被抽象为边；完善路段属性信息，该路段属性信息包括自由流速度
、
车道数和通行能力，设置地面公交网络数据包括地面公交站点信息
、
线路信息和发车时刻表信息，将地面公交站点和线路映射到道路网络中；设置轨道公交网络数据包括轨道公交的站点信息
、
线路信息和发车时刻表信息，获取轨道公交的站点信息和线路信息，将轨道公交站点抽象为节点，将公交线路的相邻两个轨道站点的拓扑关系抽象为边
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的将地面公交站点和线路映射到道路网络中，包括：基于开放地图平台获取地面公交的站点经纬度信息和线路依次经过的公交站点序列信息；依据站点经纬度使用最近邻匹配方法将每个公交车站匹配至最近道路路段上；对于所有公交线路中的任意两个相邻公交站点，使用
Dijsktra
算法寻找这两个相邻站点所在道路路段间的最短路序列，将该最短路序列作为公交线路依次经过的道路路段
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的采集
POI
数据估计所述城市的交通发生和吸引量，依据流量衰减函数改进引力模型，模拟个体日出行链，包括：使用网格划分研究区域，空间分辨率设为
1km
×
1km
，假设出行起讫点均位于网格质心，从开放地图平台爬取研究区域的
POI
数据，其中住宅小区
、
宿舍
、
商住两用楼宇三类为出行起点，确定三类出行起点的平均面积
s
m
和工作日早高峰期间单位面积的交通发生率
a
m
，确定三类出行起点的交通发生率
α
m
：
α
m
＝
a
m
s
m m∈{
住宅小区，宿舍，商住两用楼宇
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
统计并汇总每个网格内的所有出行起点
POI
的交通发生量，网格
i
的交通发生量
P
i
的计算公式为：
其中，
k
为第
k
个
m
类
POI
，为0‑1变量，若第
k
个
m
类
POI
在第
i
个网格内则为1，反之则为0；将其它
POI
视为出行终点，所述其它
POI
包括公司
、
学校和医院，确定所述其它
POI
的出行终点的平均面积
s
m
和工作日早高峰期间单位面积的交通吸引率
b
m
，得到所述其它
POI
的交通吸引率
β
m
；
β
m
＝
b
m
s
m m∈{
公司，学校，医院等
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
统计并汇总每个网格内所有出行终点的交通吸引量，计为该网格的魅力度
Q
i
：设置交通流量随出行距离的衰减函数为：
D(x
ij
)
＝
(x
ij
+x0)
‑
β
exp(
‑
x
ij
/K)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
其中，
x
ij
表示行驶距离，
x0表示最小距离，
K
是截止值，
β
是控制参数，设定
x0＝
1.5km、K
＝
80km
和
β
＝
1.75
；从网格
i

【专利技术属性】
技术研发人员：贾斌，李春鸿，汪伟平，万莹莹，高自友，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：