前言

公路网络与社会和公众联系紧密，对于区域内的交通活动至关重要，具有不可替代性。近年来，重大灾害事故频发，在给受灾地区造成重大人员伤亡和财产损失的同时，也造成当地的公路网络等基础设施损毁严重等后果。损毁的公路网络除了无法保障正常的社会运行和经济活动，更重要的是也无法及时满足救灾和灾后重建的需要。因此需要对损毁的公路网络进行及时修复。重大灾害后的公路网络恢复往往需要分阶段进行，每个阶段都要考虑资金、资源、任务紧迫性、恢复目标的限制，同时还要考虑公路网络用户的出行选择行为、恢复工程的不确定性，然后确定需要优先恢复的关键路段及其恢复时序，以便取得最佳的恢复效果。这一决策过程极其复杂，难度巨大。为了解决上述难题，本书进行了基于弹复性的公路网络灾后恢复决策优化研究。

本书中将弹复性工程和网络优化的理论方法相结合，用以解决网络恢复问题，提出的基于弹复性的网络恢复选择与排程集成问题优化方法，有利于促进尚处于研究初级阶段的选择与排程集成问题得到系统深入的研究。在上述优化方法的基础上，分别提出基于弹复性的公路网络应急恢复阶段决策优化方法和基于弹复性的公路网络全面恢复阶段决策优化方法，解决公路网络灾后恢复不同阶段面临的恢复决策问题，丰富了公路网络灾后恢复研究，并且为决策者提供了科学的决策依据。本书的主要研究内容包括以下几方面。

（1）基于弹复性的网络恢复选择与排程集成问题优化方法

提出未考虑公路网络各恢复阶段特点和用户选择行为的基于弹复性的网络恢复选择与排程集成问题优化方法。该方法包括：两个弹复性度量指标，分别从网络性能的恢复速度及恢复过程中网络性能的累计损失两方面来度量系统弹复性；基于弹复性的网络恢复选择与排程集成决策优化模型；求解该模型的遗传算法（Genetic Algorithm，GA）。通过一个算例分析展示该优化方法的可用性和有效性。

（2）基于弹复性的公路网络应急恢复阶段决策优化方法

将连通性作为公路网络应急恢复阶段重点恢复的性能指标，研究该阶段的公路网络恢复选择与排程集成问题。首先，给出应急恢复阶段公路网络连通性的度量方法。然后，在研究内容（1）的基础上，考虑应急恢复阶段可能存在的工期不确定性，分别针对确定性环境和随机环境，建立基于弹复性的公路网络应急恢复阶段决策双层优化模型。其中，将研究内容（1）中的优化模型的恢复目标改为公路网络应急恢复阶段恢复目标，作为上层模型，用来确定应急恢复阶段需要优先恢复的关键路段及其恢复时序，以便最大化公路网络弹复性；下层模型将公路网络用户在上层决策下的行为反应归结为一个带时间序列的用户均衡配流模型。之后，结合研究内容（1）中的GA算法和求解用户均衡配流问题的Frank-Wolfe算法，设计上述双层模型的求解算法。最后，通过某区域货运道路网络来验证本模型和算法的有效性，并分析了不同资源、资金、通行时间容忍系数、决策者偏好约束对恢复决策的影响，为决策者提供应急恢复阶段公路网络恢复的决策建议和管理启示。

（3）基于弹复性的公路网络全面恢复阶段决策优化方法

将路网容量作为公路网络全面恢复阶段重点恢复的性能指标，研究该阶段的公路网络恢复选择与排程集成问题。首先，给出全面恢复阶段公路网络路网容量的度量方法。然后，在研究内容（1）的基础上，建立基于弹复性的公路网络全面恢复阶段决策三层优化模型。其中，将研究内容（1）中的优化模型的恢复目标改为公路网络全面恢复阶段恢复目标，作为上层模型，用来确定全面恢复阶段需要优先恢复的关键路段及其恢复时序，以便最大化公路网络弹复性；中层和下层模型合起来是一个带时间序列的路网容量双层优化模型，其中，中层模型求解上层决策下的路网容量恢复情况，下层模型将公路网络用户在上层和中层决策下的行为反应归结为一个带时间序列的均衡出行分布和交通配流组合模型。之后，结合研究内容（1）中的GA算法、一种一维搜索的启发式算法、求解均衡出行分布和交通配流组合模型的凸组合算法，设计上述三层模型的求解算法。最后，通过某区域货运道路网络来验证本章模型和算法的有效性，并分析了不同资源、资金、路网容量恢复目标、公路网络平均通行时间容忍系数对恢复决策的影响，选择与排程集成优化的必要性和重要性，为决策者提供全面恢复阶段公路网络恢复的决策建议和管理启示。

本书可供从事公路网络灾后恢复决策的建模分析、规划设计等方面工作，以及交通系统、物流系统、应急管理等相关领域的技术人员、大专院校师生学习与参考。由于作者水平有限，本书难免存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。

李兆隆
2021年1月