城市交通拥塞风险场级联失效及韧性评估研究

来源：交通运输系统工程与信息杂志2025年第2期北京时间：

作者：赵雪亭, 胡立伟, 周君

单位：1. 淮阴工学院，交通工程学院，江苏淮安223003；2.昆明理工大学，交通工程学院，昆明650500

摘要：应用信息物理系统，本文对城市交通拥塞风险场级联失效过程及量化评估韧性风险大小问题进行研究。首先，考虑城市交通拥塞风险的多维耦合特征，建立城市交通拥塞风险场真实交通路网和交通拥塞防控类型分区相互耦合的CPS(CyberPhysicalSystems)控制模型，运用复杂网络理论对交通域进行结构特性分析。其次，重新界定CPS特征参数，定义CPS级联失效4个过程，构建城市交通拥塞风险场CPS级联失效模型。然后，以风险因子为介入点，结合网络拓扑结构理论阐述风险扰动机理，通过归一定量化节点连通度、延误时间、平均运行速度和平均拥塞长度等韧性指标检验CPS连通性，采用不同失效-恢复策略，利用鲁棒性、破坏/恢复速率等指标评估CPS受损扰动及韧性恢复能力。案例结果显示：贵阳市城市交通拥塞风险场CPS真实交通网由170个交叉口和231条边构成，交通拥塞防控类型分区网络由21个交通指挥片区和41条边构成。CPS模型最大、最小度值分别为22、1，度值服从幂率分布函数，具备特有无标度网络特征，介数呈现指数分布；度值扰动对贵阳市真实交通路网影响程度最大，介数扰动使贵阳市交通拥塞防控类型分区影响最大。在t=2时刻，网络性能在介数扰动和度值扰动下网络性能均开始下降，介数扰动相较于度值扰动影响性能更大，均在t=7时达到最低。介数恢复效果均优于度值恢复，在介数扰动下，贵阳市真实交通路网的度值恢复和介数恢复效果均差，韧性值分别为0.01123和0.01252，显著低于交通拥塞防控类型分区的韧性值0.1355。综上，本文城市交通拥塞风险场韧性评估模型可有效实现定量化评价，对启动不同阶段交通拥塞控制策略有借鉴意义。

关键词：城市交通,级联失效模型,风险扰动机理,交通拥塞风险,控制特性

基金资助：国家自然科学基金 (42277476)；云南省基础研究计划重点项目 (202401AS070065)；淮阴工学院引进人才科研启动基金 (Z301B24527)。