Resilience-based performance modeling and decision optimization for transportation network
这项研究提出了一种新的基于应变能力的框架，以支持灾前减灾和灾后恢复的弹性规划。首先，作者提出了一种新的性能指标，加权独立路径数（WIPW），集成网络拓扑结构，冗余水平，交通模式，网络组件的结构可靠性，在社区的灾后恢复过程中的网络功能，在一个系统的方式。据我们所知，WIPW是唯一一个允许在共同基础上比较风险缓解替代方案以提高运输网络弹性的性能指标。基于WIPW，提出了一种交通网络改造项目优先排序的决策方法。其次，我们的研究从灾前减灾延伸到灾后恢复，其中本研究提出了两个指标来评估灾后恢复的水平。也就是说，总恢复时间和恢复轨迹的偏斜。这两个指标都涉及到恢复调度的多目标随机优化问题。该指标提供了一个新的维度来评估替代网络恢复策略的相对效率。然后，作者开发了一种恢复调度方法，用于网络灾后恢复，最大限度地减少整体网络恢复时间，优化恢复轨迹，最终将减少由于网络服务中断的经济损失。
2018-08-11 math.OC physics.soc-ph
Resilience and efficiency in transportation networks
城市交通系统容易受到拥堵、事故、天气、特殊事件和其他代价高昂的延误的影响。虽然典型的政策应对措施优先考虑在正常情况下减少延误，以提高城市道路系统的效率，但对提高复原力（定义为系统从额外中断中恢复）的投资的分析支持仍然很少。在这项工作中，我们表示铺装道路作为一个交通网络，通过映射的交叉点节点和路段之间的交叉点的链接。我们为美国人口普查局定义的40个城市地区建造了道路网络。我们开发并校准了一个模型，以评估交通延迟使用链路负载。负载可以被认为是基于交通的中心性测量，估计使用相应路段的个人的数量。效率被估计为每个高峰期汽车通勤者的平均年延误，模型结果被发现接近观察数据，纽约市是一个明显的例外。弹性被估计为道路中断导致的效率变化，并发现城市之间存在差异，由于道路连接的5%随机损失而导致的延误增加，从洛杉矶的9.5%到旧金山的56.0%不等。结果表明，许多在正常情况下运行效率低下的城市道路系统对中断具有弹性，而一些效率较高的城市则更加脆弱。这意味着，在选择道路项目时，应明确考虑弹性，而不仅仅是效率，并证明与灾害和其他中断相关的投资机会是合理的。
2017-12-21 physics.soc-ph
A Stage-wise Decision Framework for Transportation Network Resilience Planning
本研究介绍了一个全面的阶段性决策框架，以支持灾前减灾（第一阶段），灾后应急响应（第二阶段）和长期恢复（第三阶段）的道路网络的弹性规划。三个决策指标首先定义，每个独立的路径（IPW）的数量的基础上推导出的道路系统内，以衡量网络的性能，其鲁棒性，冗余性和可恢复性，分别。利用这三个基于IPW的决策指标，将阶段决策过程表述为随机多目标优化问题，其中包括在第一阶段确定灾前网络改造项目的项目排序机制，在第二阶段确定临时修复的优先级方法，以促进灾后立即应急响应，以及在第三阶段道路系统长期恢复期间安排全网络维修的方法。最后，以美国田纳西州谢尔比县的道路网络为例，说明该决策框架在支持社区网络弹性规划中的应用。
2018-08-11 math.OC physics.soc-ph
Complexity in human transportation networks: A comparative analysis of worldwide air transportation and global cargo ship movements
我们提出了一个比较网络理论分析的两个最大的全球运输网络：全球航空运输网络（WAN）和全球货运网络（GCSN）。我们发现，这两个网络表现出惊人的统计相似性，尽管在拓扑结构和连通性显着差异。这两个网络都表现出节点和链路介数分布的不连续性，这意味着这些网络自然地分为两类不同的节点和链路。我们介绍了一种技术的基础上有效的距离，最短路径和最短路径树强加权对称网络，并表明，在最短路径树表示的最重要的功能，这两个网络可以很容易地看到。我们表明，有效的最短路径距离，不同于传统的地理距离措施，强烈相关的节点中心性措施。使用新技术，我们表明，网络弹性可以更精确地调查比当代技术的基础上渗透理论。我们提取节点特性和网络中断的弹性之间的函数关系。最后，我们讨论的结果，他们的影响，并得出结论，这两个网络上发展的动态过程预计将共享普遍的动态特性。
2011-03-28 cond-mat.stat-mech cs.SI physics.soc-ph
Assessing the Robustness and Resilience of U.S. Strategic Highways: A Network Science Perspective
US Army Engineer Research and Development Center – Environmental Laboratory, US Army Corps of Engineers（美国陆军工程师研究与发展中心环境实验室，美国陆军工程兵团）
本文结合网络科学与GIS提出交通网络鲁棒性与韧性评估方法，针对美军依赖的STRAHNET开展军事后勤场景分析，发现该网络抗针对性破坏鲁棒性较好，抗随机破坏韧性更强。
2025-11-14 physics.soc-ph
Measuring urban road network resilience to extreme events: an application for urban floods
设计和维护有复原力的交通运输系统，有赖于在危机发生之前查明潜在的脆弱性和效率低下的情况。然而，鉴于运输网络的复杂性，以及系统可能出现故障的方式的多样性，评估异常现象影响的问题仍然缺乏分析工具和衡量标准。因此，本文的目的是提出一种方法，用于评估在危机期间的路段被禁用或无法使用的时间的道路网络的行为。提出的方法是围绕两个指标计算的道路网络和出行分布：网络连续性和效率的替代品。有了这些指标，我们评估，作为一个例子，在圣保罗州的中型巴西城市圣卡洛斯的案例研究中，各种洪水情景的本地和全球影响。我们的研究结果表明，行人运动的影响显着低于机动车辆在城市中的洪水，这可能是由于汽车导向的性质，最接近河流的途径，和最短的平均长度的行人行程。这些发现和指标为涉及其他城市和自然现象的进一步研究奠定了框架，以丰富对城市交通网络弹性的理解。
2020-05-25 physics.soc-ph
Investigating Resiliency of Transportation Network Under Targeted and Potential Climate Change Disruptions
本研究利用网络科学建模铁路和水运网络，模拟蓄意、随机及气候驱动干扰，发现少量节点失效对货运吨位影响大于拓扑，并提出韧性评估框架以支持基础设施管理。
2025-06-23 physics.soc-ph stat.AP
Maritime Port Supply Chain Resilience: A Systematic Review
本文系统性回顾了海事运输供应链韧性（MTSCR）相关文献，聚焦卓越运营与系统技术两大方面，探讨了应对自然灾害、人为干扰及网络恐怖袭击等威胁的策略，并指出了需未来研究的脆弱领域。
2025-10-10 physics.soc-ph
Quantifying Urban Road Network Vulnerability and Resilience to Attacks
互联和自动驾驶汽车的兴起，加上物联网和互联表面的普及，导致了新的复杂网络风险的出现。内部车辆网络缺乏加密和身份验证被广泛认为是网络安全专家、汽车和OEM制造商关注的问题。随着网络安全事件的增加和展示不同车辆漏洞的示威活动的增加，这种担忧只会越来越严重，这使得完全保护车辆免受网络攻击几乎是不可能的。特别令人担忧的是，大规模车辆网络攻击可能会蔓延到作为城市生命线的交通网络。在这里，我们开发了一个基于复杂网络理论，交通流和新的数据技术的框架，以量化城市规模的交通网络攻击的脆弱性。将我们的框架应用于波士顿的道路网络表明，对一小部分节点的有针对性的攻击会导致不成比例的更大的路线中断。我们开发了一个早期检测框架，根据收集的多维交通流量，事件和社交媒体数据集来量化实时风险。我们的研究结果说明了一种基于效果的方法，通过通知，智能车辆代理的交通网络防御。
2021-03-23 cond-mat.soft physics.soc-ph
Unravelling Nature's Models for Transportation Network: Considering a Biomimicry Framework
ESPACE, CNRS, Avignon University（阿维尼翁大学）；IMBE, Avignon Univ, Aix Marseille Univ, CNRS, IRD（艾克斯-马赛大学）；LIA, Avignon University（阿维尼翁大学）；LMA, Avignon University（阿维尼翁大学）
本文提出一个仿生学框架，通过模仿生物策略来优化交通网络的设计，以实现弹性和效率。
2026-05-22 physics.soc-ph
Large-deviation properties of resilience of power grids
本文研究了输电线路故障时潮流模型通过备用容量的恢复力分布。我们考虑三个合奏的随机网络，此外，英国的输电网的拓扑结构。这三个系综分别是Erdens-Rényi随机图、具有固定链接数的Erdens-Rényi随机图和节点嵌入二维平面的空间网络。我们数值研究的概率密度函数（pdf）的尾巴，以获得洞察力非常有弹性和非常脆弱的网络。这是通过大偏差技术，使我们能够研究概率密度低于$10^{-160}$的非常罕见的值。我们发现，对更大的备份容量的PDF的右尾遵循一个指数与强曲率。这是证实了率函数的限制曲线增加网络的大小。非常有弹性的网络基本上以小直径和大幂符号比为特征。此外，网络通常可以通过添加更多链路来变得更具弹性。
2015-01-29 physics.data-an physics.soc-ph
Resilience of Urban Transport Network-of-Networks under Intense Flood Hazards Exacerbated by Targeted Attacks
包括洪水在内的自然灾害可能引发相互依赖的城市交通网络的灾难性故障。人口增长增加了交通需求，而城市化和气候变化加剧了城市洪水。然而，尽管明确需要制定可操作的见解，以提高关键城市生命线的弹性，理论和方法仍然不发达。此外，随着基础设施系统变得更加智能，安全专家指出，在自然灾害期间，有针对性的网络物理攻击的威胁越来越大。在这里，我们开发了一个假设驱动的弹性框架的城市交通NoNs，我们证明了伦敦铁路网（LRN）。我们发现，拓扑属性设计的效率最大化，而不是鲁棒性，使网络更容易受到复合自然针对性的威胁，包括级联故障。我们的研究结果表明，中断后恢复的组织原则可能会与网络科学原则。我们的研究结果和框架可以推广到城市生命线，更广泛地说，到现实世界的空间网络。
2019-12-11 physics.soc-ph
Resilience of spatial networks with inter-links behaving as an external field
许多真实的系统，如道路，航运路线和基础设施系统可以基于空间嵌入式网络建模。两个遥远的空间网络之间的相互联系，如由跨大陆航班形成的网络，在优化如此长距离的通信和运输方面发挥着至关重要的作用。尽管如此，人们对相互联系如何影响这些系统的弹性知之甚少。在这里，我们开发了一个框架来研究基于渗透理论的互连空间嵌入网络的弹性。我们发现，在渗流相变附近的互连可以看作一个外场，类似于铁磁-顺磁自旋系统中的磁场。通过定义类似的临界指数$δ$和$γ$，我们发现它们的值为各种互连结构遵循Widom的标度关系。此外，我们研究了我们的模型的最佳鲁棒性，并将其与现实世界的网络分析进行比较。这里提出的框架不仅有助于理解复杂网络中外部场的相变，而且还提供了对优化现实世界基础设施网络和管理中的磁场的见解。
2018-06-03 physics.soc-ph
Contested logistics: Resilience of strategic highways and railways
Credere Associates, LLC；Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；US Army Engineer Research and Development Center – Environmental Laboratory, US Army Corps of Engineers（美国陆军工程研究与发展中心环境实验室，美国陆军工程兵团）
针对对抗环境下美国战略公铁路网易受干扰、影响军事后勤战备的问题，本文结合网络科学与GIS构建模型评估网络韧性，发现公路抗针对性干扰能力优于铁路，为后勤基建投资提供参考。
2025-11-14 physics.soc-ph
The Vaccine Supply Chain: A Call for Resilience Analytics to Support COVID-19 Vaccine Production and Distribution
COVID-19大流行凸显了供应链缺乏弹性，因为全球网络因单个节点和连接中断而失败。通过概述现有的疫苗和药品供应链出版物，重点是弹性，以及最近的论文报告的弹性模型在多个领域的供应链，我们发现，供应链弹性模型很少，其中大多数是集中在弹性的个别维度，而不是在紧急情况下扩大疫苗生产和分配所需的综合战略。我们发现，COVID 19引发了对供应链弹性的兴趣，但2020年以来的出版物关注范围较窄，主要是定性的;基于证据的模型和措施很少。此外，出版物往往只关注特定供应链的特定部分，不包括相关的支持网络，如疫苗生产和公平分配所需的运输、社会和指挥与控制（C2）。缺乏网络分析是文献中的一个主要空白，需要弥补这一空白，以便为COVID 19疫苗供应链创建实时分析方法和决策工具。我们的结论是，为了应对大规模COVID-19疫苗接种计划的新挑战，需要一种全面的、定量的网络弹性方法，包括在其他社会和物理网络背景下的供应链。我们进一步发现，COVID-19大流行强调了在多网络背景下定位供应链弹性的必要性，并通过NAS对弹性、计划、吸收、恢复、适应的定义将时间维度正式纳入分析，以确保满足社会各个方面的基本需求。
2020-11-28 physics.soc-ph
Resilience and rewiring of the passenger airline networks in the United States
航空运输网络是关键基础设施的一个基本组成部分，由一系列单独的航空公司组成，每个航空公司都有一个系统设计和工程网络结构。我们分析了美国七家最大的客运航空公司的个体结构，发现具有密集互连性的网络（如k值高的大k核所量化的）对有针对性地删除机场（节点）和随机删除飞行路径（边缘）都具有极强的弹性。这样的网络保持连接，并引起启发式旅行时间的最小增加，尽管删除了大多数节点或边缘。基于节点度或中心性的有针对性的去除获得了类似的结果。我们引入网络重新布线方案，提高弹性，以不同程度的扰动，同时保持航班和登机口的要求总数。最近的研究集中在正常操作条件下的轴辐式空间网络的渐近最优性，但我们的研究结果表明，点对点架构可以更好地适应扰动。
2010-10-19 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Analysis and Resilience of the U.S. Flight Network
Department of Computer Science, Southern Illinois University Edwardsville（计算机科学系，伊利诺伊大学爱德华兹维尔分校）
本文运用复杂网络理论分析美国航空网络的拓扑特性，发现其为枢纽主导的幂律网络，虽效率较高但易受定向攻击引发级联失效，提出保护关键枢纽可提升网络韧性。
2025-05-16 cs.AI cs.SI physics.soc-ph
Scaling in the recovery of urban transportation systems from special events
公共交通是城市日常出行的基础设施。虽然它的容量是为通常的需求准备的，但当大量人群集中在大型示威，音乐会或体育赛事等特别活动时，拥堵可能会增加。在这项工作中，我们研究的弹性和恢复的公共交通网络从大规模的集会通过一个程式化的模型模仿个人的流动性，通过多层交通网络。我们关注的是事件参与者和其他公民在后台进行日常旅行时的拥堵所产生的延误。我们的模型可以解析地求解规则的格子，表明平均延迟尺度与事件参与者的数量，指数等于格子维数的倒数。然后，我们切换到八个全球城市的真实交通网络，并观察到有一个完整的指数范围取决于事件的位置。这些指数分布在1/2左右，这表明网络的大部分局部结构是二维的。然而，一些指数低于（高于）该值，这意味着由于交通网络的多模态性和多重分形性，局部维数高于（低于）2。事实上，这些指数也可以从容量与距事件的距离的缩放中获得。总的来说，我们的方法允许动态地探测交通网络的局部维度，并确定城市中最脆弱的地点，以庆祝大型活动。
2019-06-19 cs.MA physics.soc-ph
Transportation Network Stability: a Case Study of City Traffic
本文的目标是目前的标准，允许先验量化的攻击稳定性的现实世界中的相关网络的有限大小，并检查这些标准如何对应于分析结果可用于无限不相关的网络。作为一个案例研究，我们认为公共交通网络（PTN）的几个主要城市的世界。为了分析它们对攻击的弹性，网络节点或边缘以特定序列（攻击场景）被移除。在每个场景期间，最大剩余网络分量的大小S（c）被观察为节点或边的移除份额c的函数。为了量化PTN相对于不同攻击场景的稳定性，我们使用最近引入的c \in [0，1]的S（c）所描述的曲线下方的面积（Schneider，C. M等人，PNAS 108（2011）3838）作为网络鲁棒性的数值度量。该测量捕获整个攻击序列中的网络反应。我们目前的PTN对节点和链接为目标的攻击的稳定性分析结果。
2012-01-26 cond-mat.stat-mech physics.data-an physics.soc-ph
Understanding the Structure and Resilience of the Brazilian Federal Road Network Through Network Science
本文将巴西联邦公路网建模为加权网络，结合距离、事件数量、人口和城市数量等权重，通过拓扑分析和社区检测揭示网络结构，为提升基础设施规划和网络韧性提供依据。
2024-12-20 cs.CY physics.soc-ph
Network science based quantification of resilience demonstrated on the Indian Railways Network
网络科学研究了从电网和交通到生态、气候、生物甚至人类社区和互联网等系统的结构、相互依赖性和脆弱性。虽然对扰动的响应已经被量化，但扰动网络的恢复策略通常要么在概念上讨论，要么通过轶事案例研究进行讨论。在这里，我们开发了一个基于网络科学的定量方法框架，用于测量、比较和解释灾害响应以及恢复策略。该框架，最近提出的时间弹性范例的动机，证明与印度铁路网。这些方法通过网络对自然或人为灾害和电网故障的恢复力来证明。模拟灵感来自2004年印度洋海啸和2012年北印度停电以及网络物理攻击场景。多个指标用于生成各种恢复策略，这些策略只是中断后系统组件应恢复的顺序。对恢复战略的定量评价表明，通过网络中心性措施，可以实现更快和更有效的恢复。基于两个历史事件的案例研究，特别是2004年印度洋海啸和2012年北印度停电，以及模拟的网络物理攻击场景，为解释各种恢复策略的相对性能提供了手段。恢复策略的定量评估表明，更快，更节省资源的恢复是可能的，通过网络中心性措施，即使具体的策略可能是不同的子网络或部分恢复。
2015-10-15 physics.data-an physics.soc-ph
Dynamic Disruption Resilience in Intermodal Transport Networks: Integrating Flow Weighting and Centrality Measures
University of Tennessee（田纳西大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
研究通过整合流量加权与中心性度量，分析多式联运网络在部分退化下的韧性，发现高吨位枢纽的退化会导致显著功能损失。
2025-12-31 math.OC physics.soc-ph stat.AP
Anatomy of a Crash
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文通过2013年旧金山国际机场空难案例，研究交通基础设施中扰动的传播及其对多模式交通网络的影响，强调数据驱动研究对提升基础设施韧性的重要性。
2014-10-15 cs.MA cs.SY eess.SY
Resilience Beyond Pairwise Networks
Dhirubhai Ambani University（Dhirubhai Ambani大学）；International Institute of Information Technology Hyderabad（海得拉巴国际信息技术研究所）
针对含成对与高阶相互作用的单纯形复形非线性动力学，推导一维约化模型，经数值验证可复现三类系统的主要转变与稳态分支，为相关系统韧性提供易处理描述。
2026-08-17 nlin.AO nlin.CD physics.soc-ph
Structural Vulnerability Assessment in Urban Transport Networks: A Network-Wide Geometric Approach Using Gromov-Wasserstein
针对传统图论指标和全局谱分析指标在交通网络脆弱性评估中的不足，本研究提出用Gromov-Wasserstein距离量化单链路中断的结构影响，通过柏林两个路网实验验证其能捕捉局部测度忽略的脆弱性，且与服务水平代理指标高度相关，可用于边的关键性排序以提升路网韧性。
2025-10-28 math.OC physics.soc-ph
Multicommodity routing optimization for engineering networks
优化乘客路线对于设计高效的交通网络至关重要。最近的研究结果表明，最佳运输提供了一个有效的替代标准的优化方法。然而，目前尚不清楚，如果这种形式主义的工程网络的经验有效性。我们解决这个问题，考虑不同的响应函数-量确定乘客之间的相互作用-在动态实施最佳运输配方。特别地，我们通过取乘客通量的和或平方和来耦合乘客通量。第一种选择自然反映了运输网络中的边缘占用，然而第二种选择保证了流的最优配置的收敛。这两种模型选择都适用于巴黎地铁。我们衡量的程度，交通瓶颈和基础设施的弹性节点删除，表明这两个设置是等效的拥挤的运输制度，但不同的分支之一。在后者中，这两种公式在流量如何分布上有所不同，其中一种功能有利于路由合并，因此可能容易产生流量过载。此外，我们将我们的方法与Dijkstra算法进行比较，以显示其有效恢复最短路径图的能力。最后，我们观察到，最佳的交通网络位于帕累托前沿，由乘客消耗的能量和建设基础设施的成本绘制。
2022-05-04 math.DS physics.app-ph physics.soc-ph
Fragile, yet resilient: Adaptive decline in a collaboration network of firms
企业合作网络的动态遵循一个成长和衰退的生命周期。这并不意味着它们也变得不那么有弹性。相反，衰退的合作网络可能仍然有能力减轻企业离开带来的冲击，并通过适应新的合作伙伴来弥补这些损失。为了证明这一点，我们分析了25年来6个不同行业的14500家公司的21500项研发合作。我们计算了企业离开网络的时间依赖概率，并模拟了退出级联，以确定预期的下降动态。然后，我们表明，偏离这些预期的结果是由于网络的自适应性，这减轻了下降。这些偏差可以用作网络弹性的度量。
2020-11-26 nlin.AO physics.soc-ph q-fin.RM
