Integrating the concept of Generic Resilience in urban road network traffic management

Abstract

Modern urban mobility faces increasing challenges due to the rising frequency of natural disasters, aging infrastructure, complex traffic patterns, and the integration of technologies such as collaborative and autonomous vehicles. The concept of resilience in road networks is gaining significant importance as an indicator of a system’s ability to absorb disruptions, adapt, and efficiently recover its functionality. This dissertation develops an innovative framework for analyzing the resilience of urban road networks, called REACT, which combines theoretical models, advanced simulations, and machine learning techniques to create a comprehensive methodology for quantifying the impact of disruptions (e.g., floods, accidents) on network resilience and evaluating optimal traffic management strategies. To achieve this goal, a novel Link Importance index is proposed and evaluated, incorporating structural characteristics of the network (centrality, connectivity) and operational parameters (traffic flow, travel times). The application of the REACT framework to the Athens network demonstrated that the proposed approach can accurately predict the reduction in network performance under various disruption scenarios and suggest optimal traffic management measures. The methodology is adaptable to different urban environments, opening new possibilities for specialized transportation system management.

Η σύγχρονη αστική κινητικότητα βρίσκεται αντιμέτωπη με ολοένα και περισσότερες προκλήσεις, λόγω της αυξανόμενης συχνότητας φυσικών καταστροφών, της γήρανσης των υποδομών, της πολυπλοκότητας των κυκλοφοριακών μοτίβων και της ενσωμάτωσης τεχνολογιών όπως τα συνεργατικά και αυτόνομα οχήματα. Η έννοια της ανθεκτικότητας (resilience) στα οδικά δίκτυα αποκτά ιδιαίτερη σημασία ως δείκτης της ικανότητας ενός συστήματος να απορροφά διαταραχές, να προσαρμόζεται και να ανακτά αποδοτικά τη λειτουργικότητά του. Η παρούσα διατριβή αναπτύσσει ένα καινοτόμο πλαίσιο ανάλυσης της ανθεκτικότητας αστικών οδικών δικτύων, το REACT, που συνδυάζει θεωρητικά μοντέλα, προηγμένες προσομοιώσεις και τεχνικές μηχανικής μάθησης με στόχο τη δημιουργία μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας ποσοτικοποίησης της επίδρασης διαταραχών (π.χ. πλημμύρες, ατυχήματα) στην ανθεκτικότητα του δικτύου και αξιολόγησης των βέλτιστων στρατηγικών διαχείρισης κυκλοφορίας. Για την επίτευξη του στόχου, προτείνεται και αξιολογείται ένας καινοτόμος δείκτης σημαντικότητας συνδέσμων οδικών δικτύων (Link Importance), ο οποίος ενσωματώνει δομικά χαρακτηριστικά του δικτύου (κεντρικότητα, συνδετικότητα) και λειτουργικές παραμέτρους (κυκλοφοριακή ροή, χρόνοι διαδρομής). Η εφαρμογή του πλαισίου REACT στο δίκτυο της Αθήνας έδειξε ότι η προτεινόμενη προσέγγιση μπορεί με ακρίβεια να προβλέψει την μείωση της απόδοσης του δικτύου υπό διαφορετικά σενάρια διαταραχών και να προτείνει τη βέλτιστη εφαρμογή μέτρων διαχείρισης κυκλοφορίας. Η μεθοδολογία είναι προσαρμόσιμη σε διαφορετικά αστικά περιβάλλοντα, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για την εξειδικευμένη διαχείριση μεταφορικών συστημάτων.