长安大学马飞教授：极端天气下城市公共交通多层复杂网络脆弱性研究

在全球气候变化的背景下，极端天气事件如同汹涌的波涛，不断冲击着人类社会的安宁与发展之舟。其频发的态势、深远的影响，已成为不容忽视的时代课题。

近年来，随着全球气候变暖加剧，极端天气现象不断增多，给城市交通系统带来了严峻挑战。公共交通作为城市交通系统的重要组成部分，承担着保障城市居民正常出行的重要任务。暴雨、重度雾霾等极端天气，导致城市公共交通系统无法正常运行，甚至会诱发公共交通系统级联失效，不仅破坏城市公共交通系统的拓扑结构，还会影响居民的正常出行，反映出城市公共交通系统在应对极端天气时的脆弱性特征。基于此，有必要研究城市公共交通系统遭遇暴雨、重度雾霾等极端天气时的级联失效过程及其脆弱性生成机理，探究其脆弱性测度方法及鲁棒性治理策略，为城市公共交通系统应对极端天气提供理论参考和实践依据。

长安大学马飞教授长期关注城市基础设施系统韧性治理问题，在国内外学术期刊上公开发表了大量研究论文，聚焦于城市公共交通系统在极端天气特别是暴雨洪涝中的运行规律与应对策略，撰写了《极端天气下城市公共交通多层复杂网络脆弱性研究》这一力作。该书不仅是对当前城市交通管理难题的深刻剖析，更是对未来城市可持续发展路径的积极探索，其学术价值和实践意义不言而喻。

该书基于系统论视角，将城市公共交通系统视为一个多层次、多要素相互交织的复杂网络，深入剖析了极端天气如何作用于这一系统，并引发连锁反应，导致网络功能受损甚至瘫痪的内在逻辑。通过创新的测度方法和深入的理论分析，揭示了极端天气下公共交通网络脆弱性的本质，为构建更加安全、高效、韧性的城市公共交通体系提供了坚实的理论基础。

许钢焱教授、博士

香港理工大学工程学院

2024 年8 月

《极端天气下城市公共交通多层复杂网络脆弱性研究》（马飞等著. 北京：科学出版社，2024.9）基于复杂网络理论构建城市常规公交-轨道交通网络，探究多种极端天气对城市公共交通系统的影响机理，分别建立了面向暴雨、重度雾霾极端天气的城市公共交通网络级联失效模型，以及考虑鲁棒性的常规公交-轨道交通网络混合攻击策略模型，从而刻画在多种攻击情景下城市公共交通网络节点和连边失效的动态过程；在此基础上，考虑复杂交通网络中客流的动态变化情况，从网络结构和公共交通系统客运服务能力两个维度，提出了测度城市公共交通系统脆弱性的综合评价指标体系，在一定程度上丰富了城市公共交通系统脆弱性的研究成果；此外，通过实证分析，测度了极端天气下考虑车辆动态限行的城市公共交通系统脆弱性，得到暴雨强度阈值、网络节点和连边最佳容量，以及不同情景下脆弱性的主要诱因，并深入分析了极端天气下城市公共交通系统的鲁棒性特征，最终提出了城市公共交通复杂网络的脆弱性治理策略。

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• 在理论方面，本书通过引入多种扰动变量，实现暴雨、雾霾、动态客流、限行政策等系统内外部影响因素的定量表示，使得构建的理论模型与方法具备一定拓展性，能够适用于其他极端天气或政策环境；

• 在实践方面，本书的研究成果可为城市公共交通运输部门制定公共交通基础设施规划、识别重点关注线路和站点、暴雨极端天气下的应急管理提供决策参考，为重度雾霾天气下轨道交通大客流事件应急方案的制订提供了理论参考，同时为城市公共交通管理部门、轨道交通运营公司以及公交公司的协作配合提供了实践路径。

在本书研究过程中，陕西高校哲学社会科学重点研究基地负责人吴群琪教授在研究思路和框架确定上给予了宝贵指导。西安市气象局公共气象服务中心徐波主任和郭庆元科长为本书气象学模型构建与分析提供了宝贵建议，西安市交通信息中心黄凯主任和徐玉凤科长等为本书城市公共交通运行数据分析提供了重要支持。长安大学经济与管理学院王小建副教授、魏娜博士等在本书初稿形成后，对书稿进行了多轮修改。武汉大学刘飞博士、中电通途（北京）科技有限公司石文静、华设设计集团股份有限公司梁远、陕西交通控股集团有限公司赵成勇等对本书相关内容进行了深入研究，课题组任玮、杨治杰、刘擎、崔芷若等博士研究生和朱玉洁、崔睿颖、胡江艳、汪倩倩等硕士研究生共同参与了本书的数据采集、内容研讨和撰写修改工作。

本书对暴雨和重度雾霾极端天气下的公共交通系统运行进行了初步探讨。然而，城市公共交通系统是一个复杂的巨系统，尤其在极端气象条件下其运行机理较难解构。随着城市公共交通领域防灾减灾的挑战与日俱增，需在明确极端天气灾害链作用机理的背景下，对城市公共交通系统运行作进一步研究和探索。除了本书研究的暴雨、雾霾极端天气外，未来可进一步对暴雪等其他类型极端天气及灾害链对公共交通系统的影响进行深入探索，并将不同极端天气类型对公共交通系统的影响进行对比研究。同时，在城市公共交通网络脆弱性测度中，本书采用最大节点度攻击策略，当节点的度相同时，该策略不能有效衡量不同节点的重要性，未来可基于网络拓扑结构等因素为不同节点进行重要性排序并确定攻击顺序，进而优化网络鲁棒性提升策略。

本书是国家社会科学基金项目“极端天气下城市公共交通多层复杂网络脆弱性形成、测度及治理”（18BGL258）的部分研究成果，在教育部工程研究中心“道路基础设施数字化”、陕西高校哲学社会科学重点研究基地“综合运输经济管理研究中心”、陕西高校青年创新团队“未来交通与区域发展”的指导下开展研究工作，由长安大学经济与管理学院专著出版资金支持出版。

本文摘编自《极端天气下城市公共交通多层复杂网络脆弱性研究》（马飞等著. 北京：科学出版社，2024.9）一书“前言”“序”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-077664-8

责任编辑：徐 倩

本书分析暴雨、重度雾霾等极端天气对城市公共交通系统的影响机理，建立了暴雨极端天气、重度雾霾和考虑鲁棒性的城市公共交通网络级联失效模型，通过实证分析测度暴雨极端天气和重度雾霾下考虑车辆动态限行的城市公共交通系统脆弱性，得到了暴雨强度阈值、网络节点和连边最佳容量，以及不同情景下脆弱性的主要诱因，并深入分析极端天气下城市公共交通系统的鲁棒性特征，最终提出城市公共交通复杂网络的脆弱性治理策略。

本书可供从事城市交通、基础设施和气候经济等相关领域的研究学者和科研工作者参考，也可为城市交通运输等相关领域的从业人员和管理者提供决策支持。

（本文编辑：刘四旦）

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