《Journal of Transport Geography》：A population-based, demand-aware framework for measuring structural road network redundancy
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道路网络冗余度研究提出人口中心、需求感知的评估方法，整合出行数据与路径惩罚迪杰斯特拉算法，量化美国北卡罗来纳州各人口单元的冗余度，揭示西部农村地区冗余度显著偏低。
朱莉娅·卡德威尔（Julia Cardwell）| 保罗·L·德拉马特（Paul L. Delamater）| 查尔斯·E·康拉德（Charles E. Konrad）
美国北卡罗来纳大学教堂山分校地理与环境系，校区信箱3220，教堂山，NC 27599-3220
摘要
道路网络的结构冗余通过提供备用路线来确保在发生中断时的交通可靠性。现有的结构冗余指标往往侧重于链接的临界性（以基础设施为中心）或起点-终点（O-D）连接的成对冗余，并在权重相等的情况下进行评估（不考虑需求），而忽略了不同地点和人口之间的冗余差异。本研究引入了一种基于人口的、考虑需求的冗余指标，通过将来自交通数据的特定起点需求分布与路径惩罚的Dijkstra算法相结合，来评估每个普查区块组的结构冗余。这种以人口为中心的方法符合交通公平原则，并提供了一种评估当地道路网络冗余异质性的工具。应用于北卡罗来纳州后，该指标揭示了全州范围内的地理冗余差异，特别是城乡和区域之间的差异，并指出北卡罗来纳州西部的人口在冗余方面的获取能力相对较低。案例研究的结果强调了在规划公平和有韧性的交通系统时，考虑道路网络独特结构特征的必要性。
引言
道路网络冗余表示在不同地点之间存在合适的备用路线的可用性和可用性，这对于确保道路网络能够可靠地维持人口流动性至关重要。备用路线使得道路网络在发生中断时仍能保持功能，包括小规模或大规模的部分网络故障（道路封闭）以及拥堵或其他道路减速的影响（Berdica, 2002）。人们对“生命线”系统（如交通系统）可能遭受的中断越来越关注，因为这些系统在社会功能中起着重要作用（Nicholson, 2007）。由于道路老化以及极端天气事件的影响日益加剧，交通系统越来越容易受到大规模中断的影响（美国土木工程师协会, 2025）。量化道路网络冗余有助于识别在发生破坏性事件时可能面临更大风险的地区和人群。
目前没有标准的道路网络冗余测量方法。现有的指标通常是基于起点的，用于测量网络中每对起点-终点之间的备用路线数量（Jing等人，2019；Xu等人，2018，Xu等人，2021；Wang和Xiangdong，2022），或者基于链接的，用于评估单个链接（或一组链接）故障时的中断情况（Shrestha等人，2021；Jenelius，2010）。然而，这些现有方法关注的是基础设施（道路网络），而不是依赖它的居民。交通和流动性公平框架认识到现有交通系统往往加剧了更广泛的社会不平等（Sheller, 2020）。这些框架认为，公平的流动性是实现社会公平的核心，因为交通获取与个人的经济和社会参与机会密切相关。因此，在人口层面而不是基础设施层面量化道路网络冗余，可以揭示不同人群在获取道路网络冗余方面的差异。
我们引入了一种以人口为中心、考虑需求的冗余指标，用于追踪从特定起点出发到一系列“常规”（Cardwell等人，2024）目的地的广泛冗余情况。然后，我们将该指标应用于北卡罗来纳州的案例研究。值得注意的是，北卡罗来纳州拥有全国第二大的农村人口（美国人口普查局，2022）。虽然大部分关于网络冗余的关注都集中在城市地区，但农村社区面临着独特的挑战，这加剧了对交通公平的需求。农村居民通常高度依赖汽车，必须行驶更长的距离才能获得基本服务，并且在交通系统失效时经历更大的隔离（Wang等人，2023）。该指标采用了Dijkstra最短路径算法（一种常见的道路网络路由算法，Nha等人，2012），并应用了Cheng等人（2019）最初提出的路径惩罚方法。
部分内容片段
道路网络冗余
道路网络冗余由两个互补的组成部分构成：（1）备用路线的结构多样性；（2）网络在压力下满足需求的功能能力（Xu等人，2018）。这两个维度相互关联，但强调了使道路网络能够抵御中断的不同方面——结构冗余指标衡量了合理备用路径的存在，而功能冗余指标则衡量了网络
方法
下面介绍了该指标的主要组成部分，以说明其逻辑和结构。完整的分析代码复制说明可通过开放获取的存储库获得。
案例研究
本研究将所提出的冗余指标应用于北卡罗来纳州的普查区块组。北卡罗来纳州包括三个不同的区域：多山的西部地区、人口较多的皮埃蒙特地区以及低洼的沿海地区和平原地带。这些地区在地形、人口统计和文化方面存在很大差异（McGuirt等人，2014）。北卡罗来纳州也是一个高度农村化的州（美国人口普查局，2022）。尽管学术文献中经常将农村地区视为同质化，但实际上它们表现出
讨论
将这一指标应用于北卡罗来纳州证明了其在描述人口层面结构冗余方面的实用性。案例研究揭示了不同区块组之间的冗余存在显著的地方差异，包括农村地区内部，这挑战了将农村地区视为结构上同质的观点。虽然该指标再现了预期的总体模式，但也暴露了冗余分布和消耗的系统性区域和地方差异
结论
许多现有的道路网络冗余测量方法强调基于需求的链接级重要性，而不是整个网络或不考虑需求的有效路线计数。这些特点使得跨人群比较冗余变得困难，特别是在农村或需求相对较低的地区。本研究提出了一种以人口为中心、考虑需求的结构冗余指标，填补了现有指标的空白。它并不是要取代现有的冗余或脆弱性测量方法
CRediT作者贡献声明
朱莉娅·卡德威尔（Julia Cardwell）：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，方法论，正式分析，数据管理，概念化。保罗·L·德拉马特（Paul L. Delamater）：撰写——审阅与编辑，监督，方法论，资金获取，正式分析，概念化。查尔斯·E·康拉德（Charles E. Konrad）：撰写——审阅与编辑，监督，概念化。
资金
本研究中报告的研究得到了Carolina Center for Aging Population NIA的试点资助（P30 066615）。
利益冲突声明
作者声明与本研究、作者身份和/或文章的发表没有潜在的利益冲突。
