城市交通网络结构脆弱性评估：基于Gromov-Wasserstein的网络级几何方法
物理与社会
2025-10-29 v1 最优化与控制
摘要
城市交通网络本质上容易受到影响力通 connectivity 和乘客 mobility 的扰动。传统的图论指标，如介数中心性和度中心性，能提供关于局部网络结构的见解，但往往难以捕捉因链路故障导致的全局结构扭曲。另一方面，基于网络图谱分析的全局指标，在识别关键元素方面也不够。本研究提出通过Gromov-Wasserstein距离来量化单个元素失效所导致的结构性修改。具体做法是依次删除原始网络中的一条边来模拟扰动事件，然后计算原始网络与被破坏网络之间的Gromov-Wasserstein距离。最后根据观察到的Gromov-Wasserstein距离对边进行排序：距离值越高，表明该边在整体基础设施和水平方面的临界性越强。实验中考虑了来自柴林的两个交通网络，分别为柴林弗里德里希斯滕中心 (BFC) 和柴林特尔加尔特 (BT)。结果表明，Gromov-Wasserstein与边介数中心性大部分不相关 (rho<0.1)，证明其能够捕捉到被局部网络措施所忽视的脆弱性方面。此外，Gromov-Wasserstein对一种代理指标几乎完美地相关 (rho=0.9999)，即该指标衡量的是交通服务水平的提升，即最大最短路径的增加。因此，Gromov-Wasserstein距离可用于根据单个元素对整体基础设施和水平的影响，对边进行临界性排序，从而可用于优先维护、紧急规划以及增强城市交通网络的韧性。
引用
@article{arxiv.2510.24306,
title = {Structural Vulnerability Assessment in Urban Transport Networks: A Network-Wide Geometric Approach Using Gromov-Wasserstein},
author = {Iman Seyedi and Antonio Candelieri and Enza Messina and Francesco Archetti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.24306},
year = {2025}
}