今天给大家分享一篇合作专家深圳大学马丁老师最近出版在地理信息科学经典期刊IJDE的一篇文章，主要关注基于路划模型表征的城市路网韧性。
摘要
城市道路网络鲁棒性是城市基础设施建设需考虑的关键因素，其好坏与城市系统能否在冲击下正常运作息息相关。本研究立足于此，基于道路网络的路划模型表征，测度中国20个主要城市的道路网络鲁棒性，为路网拓扑研究提供新视角。研究显示：（1）20个城市的道路网络均表现出复杂性，包括无标度性和小世界特征；（2）根据两个关键中心性度量（度和介数）的幂律分布结果，研究设计了一种基于街道stroke-based表征的蓄意攻击策略。该策略攻击下的道路网络鲁棒性表现为一种单调递减特征的曲线，反映了网络连接性和效率的变化。这些新的鲁棒性测度不仅为城市结构和功能提供了有价值的见解，而且对实际的道路规划和城市复原力战略也具有重要意义。
In this study, we explore the robustness of urban road networks, a crucial aspect of urban infrastructure whose failure can significantly disrupt urban functionality. Our approach offers a fresh perspective on network robustness by focusing on intrinsic street hierarchies within stroke-based representations across 20 major Chinese cities. These networks exhibit common complex properties, such as being scale-free and small-world. We determine street hierarchies based on the power law distribution of two key graph centrality measures: degree and betweenness. Our methodology involves a targeted attack strategy, sequentially removing roads from the highest to the lowest hierarchy in each urban street network. This process yields robustness profiles characterized by monotonic decreasing curves, which reflect changes in network connectivity and efficiency. The profiles not only provide valuable insights into urban structure and function, but also offer significant implications for practical road planning and urban resilience strategies.
引用: Ma D, Deng Z, Zhang C, et al. Analyzing road network robustness in major Chinese cities through hierarchical stroke-based representations[J]. International Journal of Digital Earth, 2024, 17(1): 2375536.
方法
（1）根据道路网络特征，计算得到路划模型表征的街道网络（二者区别见下图）。
（2）测度路划模型表征下街道网络的中介中心性和度中心性。检查上述两种中心性的无标度特征和小世界特征。
（3）根据中介中心性和度中心性的Scaling层次特征对路划模型表征的道路进行分组。蓄意攻击策略创新地采取根据组别重要性由高到低移除。以右图为例，优先移除红色道路，次之移除黄色道路，最后移除浅蓝色道路。鲁棒性的测度则通过网络效率和最大连通子图实现。
（4）分析国内20个主要城市依据两种中心性蓄意攻击的鲁棒性变化曲线。
图 原始路网和路划模型表征路网区别
图 文章整体分析框架
重要结果结论图表和解释
基于路划模型表征的20个主要城市街道网络检验结果：无标度特征和小世界特征明显，路段的度中心性和中介中心性α值均在1到3之间，ht指数均大于3，有明显长尾特征。
基于路划模型表征的20个主要城市街道网络鲁棒性检验结果：对于最大连通子图-图（a）和（b），由度中心性或中介中心性衡量的前10%重要道路在维持网络连接方面发挥了至关重要的作用。对于网络效率-图（c）和（d），只有前1%的街道占主要效率。这表明在大多数城市，网络效率比网络连接更容易受到有针对性的攻击的影响。
此外，我们比对了20个城市的道路网络鲁棒性和路网密度，发现二者之间并不存在统计意义的相关关系（Spearman相关性分析的p值远大于 0.05）。这挑战了传统直觉观点——路网越密，鲁棒性越大。同时也呼应了同济颜文涛老师的相关研究。
方法应用探讨
研究提出的新鲁棒性测度思路在具体的城市更新案例中有所体现，同时也为城市规划者提供了一种宝贵的工具来评估其设计策略的有效性。图（a）、（c）、（e）是现状路网，图（b）、（d）、（f）是规划方案路网。可以看到规划路网在攻击下的网络效率得到了显著增强。此外，无论是基于何种中心性的鲁棒性分析，更新后路网结构都更具弹性，具体体现为相对延迟的网络崩溃速度。
