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需求感知渗透理论框架用于评估城市道路运输系统（URTS）每日运营韧性，整合路网性能与需求诱导的结构依赖性，实现网络级与链路级韧性统一建模。通过向量分解揭示时空演变规律，量化性能变化与结构重组的协同效应。基于南京15分钟级数据验证，发现韧性呈现工作日/周末、高峰/平峰、季节差异的系统特征，且部分链路韧性在整体网络脆弱时持续优化。该框架为交通管理优化和可持续发展目标提供可解释的评估工具。
作者：齐艾 | 徐成城 | 汤浩 | 文浩松 | 彭昌 | 迈克尔·莱文
东南大学交通学院，四牌楼2号，南京，210096，中国
摘要
城市道路交通系统（URTS）经常受到低强度干扰的影响，这些干扰会导致系统功能逐渐退化，而非突然失效。为了评估在这种日常运行条件下的韧性，本研究开发了一个基于需求的、基于性能的渗透框架，用于观察日常交通运行情况。该框架将道路运行性能和需求引发的结构依赖性整合在一个统一的体系中。通过构建道路性能和需求加权公式，通过对网络状态的时间序列进行聚合，量化了日常运行韧性，从而可以从网络层面和道路层面进行一致的评估。建立了需求渗透公式与道路聚合表示之间的理论等价性，将系统层面的结果与局部道路的贡献联系起来。为了进一步揭示韧性随时间和空间的演变情况，提出了一种基于向量的趋势表征方法，该方法将韧性变化分解为与性能变化和结构重构相关的一阶分量。该方法量化了道路层面韧性演变的大小和方向，并支持对演变趋势的机制导向分类。以南京为例，使用高分辨率交通数据的研究表明，工作日与周末、高峰时段与非高峰时段、季节性条件之间存在系统性的时间变化，且这种变化具有统计学意义。
引言
城市道路交通系统（URTS）是现代城市日常出行的支柱，其高效运行是实现可持续城市出行的基本前提（Pan等人，2022；Wang等人，2024；Zhang等人，2024b）。提高交通运行性能不仅增强了URTS的可靠性和服务质量，还有助于减少与城市交通拥堵相关的资源消耗和环境影响（Pamucar等人，2021）。随着许多城市道路网络的逐渐成熟，提高日常运行韧性已成为在反复出现的交通干扰下提升运行效率的重要手段（Zhang等人，2024a）。因此，开发动态的、以日常运营为导向的韧性评估方法已成为支持运营优化、指导交通管理和网络改进策略的关键前提（Bi等人，2024；Knoester等人，2024；Salvo等人，2025）。
最近的研究使用了基于拓扑的方法（Chen等人，2023；Ilalokhoin等人，2023；Xu等人，2024b）、基于属性的方法（Twumasi-Boakye和Sobanjo，2018；Zhou等人，2019）以及基于性能的方法（Wang等人，2023a；Yin等人，2023；Knoester等人，2024）来评估交通系统的韧性。然而，大多数这些评估都是在特定的干扰场景下进行的，或者仅从单一层面进行，对日常运行条件下的韧性关注有限。在干扰场景下的韧性评估与日常运行条件下的韧性评估在干扰机制上存在根本差异。极端事件通常表现为突然的失效和二元连接性的丧失，而日常运营则涉及渐进的性能退化和恢复，伴随着行驶时间、容量利用率以及需求引发的结构依赖性的持续变化（Ambühl等人，2023；Zhu等人，2025）。这些动态难以用基于中断的或静态的韧性指标来捕捉。这一局限性促使人们开发出针对持续、反复出现的日常交通干扰的韧性评估方法。此外，韧性评估通常使用单一的、时间聚合的指标，这限制了在不断变化的运行条件下对其时间演变特征的描述能力。
近年来，渗透理论在复杂网络研究中得到了越来越多的应用，用于描述系统功能的逐步退化过程。这一视角与日常城市道路交通运营的概念是一致的，即道路性能逐渐退化，交通需求是连续重新分配的，而不是突然中断的。因此，基于渗透的方法为描述超出二元“连接-失败”假设的、由拥堵驱动的网络功能变化提供了一个自然的框架。
基于这些考虑，本研究开发了一个基于需求的渗透框架，用于评估URTS的日常运行韧性。通过在统一的分析框架内同时考虑道路运行性能和由出行需求引发的结构依赖性，该方法旨在为研究反复出现的日常交通干扰下的韧性动态提供更合适的基础。此外，为了描述韧性在时间和空间维度上的动态演变，引入了一种基于向量的方法来量化道路层面韧性变化的方向和大小。该方法能够从机制角度解释性能变化和需求重新分配如何共同塑造道路层面的韧性。总体而言，这一框架为理解城市道路交通系统日常运行韧性的动态机制提供了新的分析视角。本研究的主要贡献如下：
- (1)
提出了一个基于渗透的、基于需求的框架，用于评估城市道路交通系统的日常运行韧性。该框架将运行性能和结构依赖性整合在一个统一的建模体系中，从而可以从网络层面和道路层面进行韧性分析。这两种视角在理论上是等价的，共同捕捉了日常交通干扰下的道路异质性。
- (2)
提出了一种基于向量的方法，用于描述日常交通干扰下韧性的时空动态。通过将韧性变化分解为性能驱动和结构相关的成分，该方法提供了对道路层面韧性演变方向和强度的机制导向的描述。
本文的结构如下：第2节回顾了相关研究并指出了研究空白。第3节介绍了所提出的方法论。第4节介绍了研究区域、数据来源和评估结果，第5节进行了讨论和意义分析。第6节给出了结论。
文献综述
本节从两个角度回顾了现有研究：（1）交通系统韧性评估的方法论框架；（2）渗透理论在韧性相关分析中的应用。
方法论
为了解决现有研究中的空白，本研究提出了一个基于渗透的、基于需求的评估框架，用于评估URTS的日常运行韧性。该框架适用于使用历史交通数据进行回顾性评估，并结合了一种基于向量的方法来描述日常交通干扰下道路层面的韧性演变趋势。图1概述了本研究的整体框架。首先使用多源城市数据
案例研究
本节将所提出的框架应用于南京中心区域的道路网络，以证明其适用于大规模真实世界网络（图6）。在该案例研究中，使用基于15分钟道路性能数据和OD需求数据实施了所提出的框架。这些输入产生了两组一致的输出结果：在道路层面，限制链接的指标被总结为链接加权系数
解读日常交通干扰下的韧性动态
现有研究表明，交通系统的韧性不仅仅取决于静态的网络结构，还会随着运行条件和需求水平的变化而表现出明显的时间变化（Liu等人，2025）。将这一视角扩展到日常运营中，本研究表明韧性在不同类型的一天、高峰时段和季节性条件之间存在系统性的变化，反映了反复出现的出行规律和需求重新分配。
结论
本研究提出了一个基于需求的、基于渗透的框架，用于评估URTS网络的日常运行韧性。通过在统一的分析框架内同时考虑道路运行性能和需求引发的结构依赖性，该方法可以从网络层面和道路层面进行韧性评估。此外，还提出了一种基于向量的方法来描述韧性演变趋势，从而可以了解韧性的方向和大小。
CRediT作者贡献声明
齐艾：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、软件开发、方法论研究、形式分析、概念化。徐成城：撰写——审阅与编辑、监督、方法论研究、资金获取、概念化。汤浩：撰写——审阅与编辑、数据管理、概念化。文浩松：撰写——审阅与编辑、数据管理、概念化。彭昌：软件开发、数据管理、概念化。迈克尔·莱文：撰写——审阅与
代码可用性
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：52525204、52172343、52232012）、雄安新区科技创新计划（项目编号：2023XAGG0089）和河北省科技研究计划（项目编号：252F0802D）的支持。
