1.2　研究内容与思路

1.2.1　研究内容

本书以弹复性作为恢复决策的效果评价指标，将公路网络灾后恢复决策优化问题归结为一个弹复性优化问题，进行了系统深入的研究。本书采用循序渐进的方法，将研究分为三个部分，具体内容如下。

（1）基于弹复性的网络恢复选择与排程集成问题优化方法。对交通系统的研究往往会首先把它抽象成为一个无向的或有向的网络拓扑结构图，因此第一部分研究先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以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）。并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，结合求解用户均衡配流问题的Frank-Wolfe算法和研究内容（1）中的GA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章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、研究内容（1）中的GA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。

1.2.2　研究思路

本书的核心思想是通过优化公路网络的弹复性，得到最佳的公路网络灾后恢复选择与排程集成决策，以便取得最佳的恢复效果。采用提出问题—分析问题—解决问题—方法验证的研究思路，技术路线如图1.1所示。首先，通过文献调研和案例调研，提出公路网络灾后恢复决策优化问题。然后，根据系统工程的思想分析解决问题的关键点，这些关键点分别是度量恢复效果、恢复选择与排程集成决策、刻画各恢复阶段特点，并由此给出问题解决思路。在解决问题阶段，遵循先易后难的原则，基于弹复性工程、优化建模、图论、网络优化、并行机调度问题、GA算法等理论方法，提出未考虑公路网络各恢复阶段特点和用户出行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。之后，基于用户均衡配流、随机优化、蒙特卡洛模拟、Frank-Wolfe算法等理论方法，将基于弹复性的网络恢复选择与排程集成决策优化模型拓展为基于弹复性的公路网络应急恢复阶段决策优化模型，设计求解算法，并通过案例验证模型和算法的有效性，解决应急恢复阶段的公路网络恢复决策优化问题。最后，基于均衡出行分布和交通配流组合分析、路网容量优化、一维搜索方法、凸组合算法等理论方法，将基于弹复性的网络恢复选择与排程集成决策优化模型拓展为基于弹复性的公路网络全面恢复阶段决策优化模型，设计求解算法，并通过案例验证模型和算法的有效性，解决全面恢复阶段的公路网络恢复决策优化问题。

图1.1　技术路线

1.2.3　本书篇章结构

根据上述研究内容和技术路线，本书的篇章结构如图1.2所示。

第1章：绪论。介绍研究背景，提出研究问题，在此基础上明确研究意义、主要研究内容和技术路线。

第2章：国内外相关工作研究进展。围绕以下两个方面对国内外现有研究进展进行综述：一是弹复性以及与弹复性相关的研究；二是网络恢复决策优化问题的研究。另外，还介绍了双层规划、交通网络用户行为分析等一些本书用到的理论、建模和求解方法。

第3章：基于弹复性的公路网络灾后恢复决策优化问题分析。对本书研究问题进行界定，分析该决策优化问题中的难点，并给出问题解决思路。

图1.2　本书篇章结构

第4章：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。建立基于弹复性的网络恢复选择与排程集成决策优化模型，并设计求解算法。

第5章：基于弹复性的公路网络应急恢复阶段决策优化方法。将第4章的优化模型拓展为基于弹复性的公路网络应急恢复阶段决策双层优化模型，设计求解算法，并通过案例验证模型和算法的有效性，解决应急恢复阶段的公路网络恢复决策优化问题。

第6章：基于弹复性的公路网络全面恢复阶段决策优化方法。将第4章的优化模型拓展为基于弹复性的公路网络全面恢复阶段决策三层优化模型，设计求解算法，并通过案例验证模型和算法的有效性，解决全面恢复阶段的公路网络恢复决策优化问题。

第7章：结论与展望。总结研究工作和创新点，并对研究的局限性和未来的研究工作进行展望。