暴雨极端天气下城市公共交通双层复杂网络脆弱性研究

发布时间：2020-09-17 12:28

　　公共交通是城市交通系统的重要组成部分,承担了大量城市居民的日常出行需求。但近年来,我国多座城市大面积极端天气的频繁出现,特别是暴雨、暴雪等给城市公共交通系统造成了严重的不利影响。城市公共交通系统通常处于稳定运行状态,遭遇极端天气时,系统中部分站点和线路会由于积水或积雪等失效而无法提供客运服务,导致乘客向其它站点和线路转移,最终可能导致站点和线路的级联失效从而使整个系统崩溃。为研究极端天气下城市公共交通系统的动态变化,本文以暴雨为例分析了极端天气对城市公共交通系统的影响机理,确定了暴雨降雨强度与交通流之间的关系。其次,根据复杂网络建模理论将常规地面公交和地铁子系统抽象成公交-地铁双层复杂网络,基于耦合映射格子(CMLs)模型提出了双层复杂网络节点和连边的级联失效模型,并建立了节点和连边失效情景下的客流转移规则。再次,以脆弱性表征极端天气对城市公共交通系统造成的不利影响,从双层复杂网络拓扑结构和客运功能的角度,选取最大连通子图节点规模损失率、全网效率损失率和全网客流损失率三个指标合成最终的脆弱性综合算子,据此定量计算城市公共交通系统在极端天气下的脆弱性。最后,以西安市老城区的公共交通系统为例,通过MATLAB模拟了暴雨极端天气下城市公共交通系统的级联失效过程。研究发现,在考虑节点及连边容量的条件下,常规公交-地铁双层复杂网络可能会发生两次级联失效过程;存在使网络崩溃的暴雨降雨强度阈值(s(28)1.80,h(28)90mm/24h);与此同时,节点和连边容量的增加能够降低双层复杂网络的脆弱性,节点和连边的最佳容量为其初始负载的1.4倍。此外,网络脆弱性分析表明,节点耦合强度的降低比连边耦合强度的降低在减轻网络脆弱性方面更有潜力,绝大部分情景(17种情景/共20种情景)下双层复杂网络脆弱性主要来源于全网效率的降低,提高网络关键节点及连边的应急能力比提高其容量对降低网络脆弱性效果更好。本文丰富了城市公共交通网络脆弱性的相关研究,促进了多层交通网络建模的发展,为暴雨等自然灾害扰动变量的引入提供了一种新方法,同时为公共交通管理部门制定应对暴雨极端天气的应急策略提供了分析基础。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U491.17
【部分图文】：

降雨强度,交通量,暴雨,损失率

xu和F( )yyu ，则站点和线路的失效概率为：1P ( x 1) 1 P ( x 1) 1 F(1) 1u 1P ( y 1) 1 P ( y 1) 1 F(1) 1u 2.2）表示站点的失效概率，式（2.3）表示线路的失效研究[60]，我们得到了降雨强度h（mm）和交通量损失暴雨洪涝灾害的脆弱性曲线研究[61]显示降雨强度和。因此，本文用幂律函数来拟合暴雨降雨强度和交通的数据拟合结果为：1.12800.1528( )hlh 通量损失率，h为暴雨降雨强度，0h 为暴雨降雨强度

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分析了暴雨天气下公共交通系统的演化过程；同时依据第四章提出的脆弱性综合算子测度了公共交通系统的脆弱性，并分析了不同情景下公共交通系统脆弱性的变化及其主要成因。5.1 西安老城区公共交通系统简介本文的研究区域为西安老城区，即西安市城墙所围区域，该区域是西安市的地理中心，吸引了大量客流。该区域的公共交通系统主要包括常规公交和地铁，通常情况下常规公交和地铁子系统能够正常运行，但暴雨极端天气发生时，一方面可能导致部分低洼区域积水过深无法通行，另一方面会导致交通拥堵，使某些区域的交通瘫痪而无法通行此外，当暴雨降雨强度过大时，地面积水可能会倒灌入地铁站内，导致地铁站点临时关闭，地铁线路无法正常运行。2016年7月24日，西安部分地区出现大暴雨，造成多处路段严重积水无法通行，部分地铁站点由于雨水倒灌临时关闭，交通一度受阻，如图5.1所示。

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长安大学硕士学位论文38数据）。图5.2（a）为该区域的实际站点、线路分布图，以此为基础，通过ArcGIS建立对应的站点及线路要素，形成了5.2（b）所示的公共交通网络拓扑结构图。图5.2（b）的拓扑结构根据Space L方法建立，即节点定义为常规公交站或地铁站，若两个站点之间至少有一条公交线路或地铁线路作为相邻的两个站点，或公交站点与地铁站点之间距离小于100 m时，则这两个站点之间连接一条边。该连边仅表示这两个站点之间有拓扑联系，不代表站点间的实际路线轨迹。由图5.2（b）西安老城区常规公交-地铁系统的拓扑结构可知，两条地铁线垂直地分布于该区域

【参考文献】