ارزیابی آسیب‌پذیری شبکه معابر شهری و شناسایی نقاط بحرانی، مطالعه موردی شبکه معابر شهری اصفهان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی راه آهن، دانشکده مهندسی حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی راه آهن، دانشکده مهندسی حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

شبکه‌ معابر شهری، یکی از زیرساخت‌های حیاتی ‌شهرها است. اهمیت و گستردگی شبکه معابر، امکان وقوع حملات هدفمند و بروز اختلالات تصادفی در آن را افزایش می‌دهد. توانایی شبکه در تداوم کارکرد مناسب در شرایط گوناگون از جمله وقوع بحران واختلال از اهمیت به سزایی برخوردار است که از آن با عنوان استواری یاد می‌شود. مفهوم آسیب‌پذیری نقطه مقابل مفهوم استواری است. با توجه به گستردگی شبکه معابر شهری و محدودیت‌های مالی و عملیاتی برای بهبود استواری آن، شناسایی نقاط بحرانی برای اولویت بندی پروژه‌های تقویت شبکه امری ضروری است. نقاط بحرانی نقاطی هستند که اختلال عملکرد آن‌ها اثر قابل توجهی در همبندی شبکه‌ شهری دارد. در این پژوهش، رفتار شبکه در مواجهه با حملات هدفمند و اختلالات تصادفی مورد بررسی قرار گرفته‌ است. نتایج نشان می‌دهند که شبکه معابر شهری در مواجهه با حملات هدفمند، آسیب پذیر هستند. علاوه بر این، شناسایی گره‌های بحرانی که اختلال در عملکرد آن‌ها موجب افت چشمگیر همبندی شبکه می‌گردد، توسط یک شاخص واحد امکان‌پذیر نبوده و بر اساس شدت اختلالات باید از شاخص‌های مختلف برای این منظور استفاده نمود. روش توسعه یافته در این پژوهش، برای سایر شبکه‌های حمل‌ونقلی نیز کاربردی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluating the vulnerability of urban transportation networks and identification of critical nodes, case study: Isfahan urban transportation network

نویسندگان [English]

  • Soroush Memarmontazerin 1
  • Meisam Akbarzadeh 2
  • Sheida Soleimani 3
1 Ph.D., Student, Department of Civil Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Transportation Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
3 M.Sc., Student, Department of Transportation Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده [English]

Urban transportation networks are among critical urban infrastructures. The importance and expansion of this network increase the possibility of occurrence of malicious attacks and random failures. Network robustness is the capability of the network to perform continuously in various situation including crisis and disorder. Vulnerability is the opposite of the robustness concept. Considering the financial and operational constraints to enhance the robustness of an urban transportation network, identification of critical nodes whose removal leads to plunge in network connectivity is necessary. In this study the behavior of urban transportation networks against malicious attacks and random failures is assessed. The results reveal that urban transportation networks are vulnerable against malicious attacks. Besides, identification of critical nodes is not possible by using a unique index and should be done by opting appropriate indices based on the severity of disorder. The developed method in this research can be applied to other transportation networks.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vulnerability
  • Urban Transportation Network
  • Network Sustainability
  • Disorders
  • Complex Networks
-Akbarzadeh M, Memarmontazerin S, Derrible S, Reihani SFS, (2017), "The role of travel demand and network centrality on the connectivity and resilience of an urban street system", Transportation, pp.1-15.
-Akbarzadeh M, Memarmontazerin S., Soleimani S., (2018), "Where to look for power Laws in urban road networks?" Applied Network Science, April 04,3(1):4.Duan Y, Lu F., (2014), "Robustness of city road networks at different granularities", Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 411, pp.21-34.
-De Oliveira EL., da Silva Portugal L., Junior WP, (2016), "Indicators of reliability and vulnerability: Similarities and differences in ranking links of a complex road system", Transportation Research Part A: Policy and Practice, 88, pp.195-208.
-Latora V, Marchiori M. Vulnerability and protection of infrastructure networks", Physical Review E., (2005), 01/20/;71(1):015103.
-Porta S, Crucitti P, Latora V., (2006), "The network analysis of urban streets: a primal approach", Environment and Planning B: planning and design, 33(5), pp.705-725.
-Porta S, Crucitti P, Latora V., (2006), "The network analysis of urban streets: a dual approach. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications", 369(2) , pp.853-66.
-Callaway DS, Newman ME, Strogatz SH, Watts DJ., (2000), "Network robustness and fragility: Percolation on random graphs, Physical review letters", 85(25):5468.
-Lü L, Chen D, Ren X-L, Zhang Q-M, Zhang Y-C, Zhou T., (2016), "Vital nodes identification in complex networks", Physics Reports, 650,
pp.1-63.
-Chen D, Lü L, Shang M-S, Zhang Y-C, Zhou T., (2012), "Identifying influential nodes in complex networks", Physica a: Statistical mechanics and its applications, 391(4),
pp.1777-1787.
-Petermann T, De Los Rios P., (2004), "Role of clustering and gridlike ordering in epidemic spreading.", Physical Review E., 69(6):066116.
-Kitsak M, Gallos LK, Havlin S, Liljeros F. Muchnik L. Stanley HE, et al., (2010), "Identification of influential spreaders in complex networks., Nature physics, 6(11),888.
-Hirsch JE., (2005), "An index to quantify an individual's scientific research output", Proceedings of the National academy of Sciences, 102(46), pp.16569-16572.
-Hage P. Harary F., (1995), "Eccentricity and centrality in networks. Social networks",17(1), pp.57-63.
-Katz L., (1953), "A new status index derived from sociometric analysis", Psychometrika, 18(1), pp.39-43.
-Stephenson K, Zelen M., (1989), "Rethinking centrality: Methods and examples. Social networks", 11(1), pp.1-37.
-Bavelas A., (1948), "A mathematical model for group structures", Human organization,7(3):16.
-Estrada E. Rodriguez-Velazquez JA., (2005), "Subgraph centrality in complex networks", Physical Review E., 71(5):056103.
-Barthélemy M., (2011), "Spatial networks. Physics Reports", 499(1), pp.1-101.
-Opsahl T, Agneessens F, Skvoretz J., (2010), "Node centrality in weighted networks: Generalizing degree and shortest paths Social networks", 32(3), pp.245-251.
-Scott DM, Novak DC, Aultman-Hall L, Guo F., (2006), "Network robustness index: A new method for identifying critical links and evaluating the performance of transportation networks", Journal of Transport Geography, 14(3), pp.215-227.
-Tian Z, Jia L, Dong H, Su F, Zhang Z., (2016), "Analysis of urban road traffic network based on complex network", Procedia engineering,137, pp.537-546.
-Yang Y, Liu Y, Zhou M, Li F, Sun C., (2015),"Robustness assessment of urban rail transit based on complex network theory: a case study of the Beijing Subway", Safety science,79, pp.149-162.
-Zadeh ASM, Rajabi MA., (2013), "Analyzing the effect of the street network configuration on the efficiency of an urban transportation system. Cities", 31, pp.285-297.