Διερεύνηση της συσχέτισης μεταξύ μετρικών αξιολόγησης της ανθεκτικότητας σε αστικά οδικά δίκτυα

Περδικούρης, Ανδρέας; Perdikouris, Andreas

dc.contributor.author	Περδικούρης, Ανδρέας	el
dc.contributor.author	Perdikouris, Andreas	en
dc.date.accessioned	2025-04-11T08:06:25Z
dc.date.available	2025-04-11T08:06:25Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61673
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29369
dc.rights	Default License
dc.subject	Αποδοτικότητα	el
dc.subject	Κρισιμότητα	el
dc.subject	Ανθεκτικότητα	el
dc.subject	Θεωρία γράφων	el
dc.subject	Μακροσκοπική προσομοίωση	el
dc.subject	Efficiency	en
dc.subject	Criticality	en
dc.subject	Resilience	en
dc.subject	Graph theory	en
dc.subject	Macroscopic simulation	en
dc.title	Διερεύνηση της συσχέτισης μεταξύ μετρικών αξιολόγησης της ανθεκτικότητας σε αστικά οδικά δίκτυα	el
dc.title	Investigation of urban road network resilience metrics and their relationship	en
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Τα τελευταία χρόνια τα επιστημονικά άρθρα που αφορούν την ανθεκτικότητα των συγκοινωνιακών δικτύων έχουν αυξηθεί σημαντικά σε αριθμό. Αυτό αποδεικνύει κατά συνέπεια, την σπουδαιότητα της συγκεκριμένης έννοιας. Παράλληλα όμως, η ανθεκτικότητα παρουσιάζεται στην βιβλιογραφία ως ένας πολύπλοκος όρος λόγω των πολλαπλών ορισμών που της αποδίδονται. Οι υπάρχουσες έρευνες εξετάζουν την ανθεκτικότητα από διάφορες οπτικές όπως για παράδειγμα την επίδραση που μπορεί να έχουν σε αυτή διαταραχές ή αστοχίες του συστήματος. Η ανθεκτικότητα μπορεί να διερευνηθεί μέσω μετρικών όπως η στιβαρότητα, η προσαρμοστικότητα, ο πλεονασμός, η αποδοτικότητα, η αξιοπιστία, η ετοιμότητα, η ανακτησιμότητα, η ευπάθεια και η κρισιμότητα. Η παρούσα διπλωματική εργασία βασίζεται σε κάποιες από τις εν λόγω μετρικές (αποδοτικότητα, ευπάθεια και κρισιμότητα) και ειδικότερα στην ερμηνεία των σχέσεων που είναι δυνατόν να αναπτυχθούν μεταξύ τους κατά την εμφάνιση αστοχιών στο δίκτυο, σε επίπεδο συνδέσμων. Αρχικά, για την καλύτερη οργάνωση της εργασίας, αναπτύχθηκε μία μεθοδολογική προσέγγιση τεσσάρων βημάτων που περιγράφει το σύνολο των ενεργειών που ακολουθούνται για την ολοκλήρωσή της και περιλαμβάνει αρχικά τη δημιουργία του δικτύου στο οποίο πραγματοποιήθηκαν τα πειράματα της εργασίας. Το δίκτυο αυτό είναι ο εσωτερικός δακτύλιος του κέντρου της Αθήνας. Αποτελείται από 1293 κόμβους/διασταυρώσεις και 2572 άκρες/συνδέσμους. Το συγκεκριμένο δίκτυο χρησιμοποιήθηκε ως κατευθυνόμενος μη σταθμισμένος άκυκλος γράφος και ως μακροσκοπικό οδικό δίκτυο. Ο κατευθυνόμενος γράφος σχεδιάστηκε σε ένα πακέτο προγραμματισμού προσανατολισμένο σε γράφους ενώ το μακροσκοπικό οδικό δίκτυο εφαρμόστηκε σε έναν προσομοιωτή κυκλοφορίας. Ο γράφος κατασκευάστηκε σε περιβάλλον της γλώσσας προγραμματισμού R. Το αρχικό στάδιο για την δημιουργία του ήταν η εισαγωγή των συντεταγμένων των κόμβων και του συνόλου των διαδρομών από και προς κάθε κόμβο, στον κώδικα. Έπειτα, μέσω κατάλληλης επεξεργασίας αυτών των δεδομένων στο RStudio, έγινε η χάραξη του γράφου. Αναφορικά με το μακροσκοπικό οδικό δίκτυο, αυτό εφαρμόστηκε στο Aimsun Next το οποίο είναι ένα λογισμικό μοντελοποίησης πολλαπλής ανάλυσης που προσφέρει εργαλεία για την υλοποίηση έργων συγκοινωνιακών μεταφορών. Όσον αφορά στην ποσοτικοποίηση της ανθεκτικότητας, αυτή πραγματοποιήθηκε βάσει συγκεκριμένων εξισώσεων. Επιπλέον, διατυπώθηκαν και οι εξισώσεις με τις οποίες υπολογίστηκαν οι κεντρικότητες που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία (κεντρικότητα βαθμού (degree centrality), κεντρικότητα εγγύτητας (closeness centrality), κεντρικότητα ενδιαμεσότητας (betweenness centrality)). Έπειτα, ξεκίνησε η διαδικασία των πειραμάτων. Το πρώτο βήμα ήταν η ποσοτικοποίηση των μετρικών και των κεντρικοτήτων κατά την κανονική αδιατάρακτη λειτουργία του δικτύου. Μετά, εφαρμόστηκε μία επαναληπτική διαδικασία κατά την οποία τα δομικά στοιχεία του δοκιμαστικού δικτύου της Αθήνας αφαιρέθηκαν διαδοχικά από τον γράφο και από το μακροσκοπικό μοντέλο Aimsun του δικτύου, ενώ παράλληλα υλοποιείτο η ποσοτικοποίηση των μετρικών σε κάθε επανάληψη. Η ίδια διαδικασία ακολουθήθηκε και στο επόμενο βήμα, λαμβάνοντας όμως υπόψιν μόνο τους πρώτους 20 κόμβους που είχαν την υψηλότερη κεντρικότητα εγγύτητας (closeness centrality) και κεντρικότητα ενδιαμεσότητας (betweenness centrality) αντίστοιχα, κατά την τυπική λειτουργία του δικτύου. Το τελευταίο στάδιο των πειραμάτων ήταν ο προσδιορισμός των συντομότερων διαδρομών των πρώτων 20 ζευγών Προέλευσης - Προορισμού του δικτύου, που είχαν την υψηλότερη ζήτηση. Επιπρόσθετα, υπολογίστηκε η αποδοτικότητα των 20 κόμβων με τις υψηλότερες κεντρικότητες εγγύτητας και κεντρικότητες ενδιαμεσότητας αντίστοιχα, αλλά και η αποδοτικότητα των συντομότερων διαδρομών των 20 ζευγών. Κατόπιν, οι ποσοτικοποιημένες μετρικές της ανθεκτικότητας ερμηνεύθηκαν στατιστικά μέσω μη εποπτευόμενων και εποπτευόμενων τεχνικών. Ειδικότερα, μετρήθηκαν για την αποδοτικότητα, την ευπάθεια και την κρισιμότητα διάφορες παράμετροι όπως οι μέσες τιμές, τα τυπικά σφάλματα κ.α. Τέλος, αναλύθηκαν στατιστικά πέντε συναρτήσεις που αφορούν τις λειτουργικές τάξεις (functional classes) των συνδέσμων του εξεταζόμενου δικτύου. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων της εργασίας δείχνει ότι η αποδοτικότητα και η ευπάθεια είναι χαμηλότερα διασκορπισμένες σε σύγκριση με την κρισιμότητα και ότι οι τιμές τους είναι σημαντικά χαμηλότερες σε σύγκριση με την κρισιμότητα (ειδικά όταν λαμβάνεται υπόψιν η ευπάθεια). Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι κατά την προκαταρκτική ανάλυση παρουσιάστηκε το Παράδοξο Braess. Ακόμη, μια μεθοδολογία ομαδοποίησης βασισμένη στον αλγόριθμο k-means δείχνει ότι η σχέση μεταξύ αποδοτικότητας, ευπάθειας και κρισιμότητας μπορεί να εμποδίζει την εμφάνιση ορισμένων πιο περίπλοκων ιδιοτήτων, που όμως μπορούν να προσεγγιστούν με την ενσωμάτωση κάποιων μεταβλητών που σχετίζονται με την κυκλοφορία, όπως είναι ο κυκλοφοριακός φόρτος ή η χωρητικότητα. Επιπλέον, η κοινή ανάλυση της κρισιμότητας και της αποτελεσματικότητας καταδεικνύει μια πολυωνυμική σχέση μεταξύ του λόγου του δείκτη Σημασίας Στοιχείου Δικτύου (Network Component Importance index) και του δείκτη αποδοτικότητας (δείκτης Σημασίας Συνδέσμου - Link Importance indicator) και του κυκλοφοριακού φόρτου κάθε συνδέσμου του δικτύου. Ολοκληρώνοντας την επεξεργασία των δεδομένων των πειραμάτων, προέκυψαν κάποια ενδιαφέροντα σημεία για την περαιτέρω διερεύνηση του εξεταζόμενου θέματος. Η μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να επικεντρωθεί στην εφαρμογή της μεθοδολογικής προσέγγισης και των ευρημάτων της παρούσας διπλωματικής εργασίας και σε άλλα αστικά οδικά δίκτυα. Αυτό θα οδηγήσει τόσο στην ανάπτυξη του διαθέσιμου συνόλου δεδομένων, με πληροφορίες για την αποτελεσματικότητα, την ευπάθεια και την κρισιμότητα διαφόρων δικτύων, όσο και στην επαλήθευση των προγνωστικών τιμών που έχουν προταθεί εντός των επομένων κεφαλαίων.	el
heal.classification	Κατεύθυνση συγκοινωνιολόγου μηχανικού	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-11-04
heal.abstract	Η ανθεκτικότητα είναι μία σύνθετη έννοια, η οποία διατυπώνεται μέσω πολλαπλών ορισμών και μετρικών. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μετρικές είναι η αποδοτικότητα (efficiency) και η κρισιμότητα (criticality) του δικτύου που εξετάζουν την επίδραση που έχει η αφαίρεση ενός δομικού στοιχείου από ένα γράφο/δίκτυο στη λειτουργία του. Η αποδοτικότητα είναι ένα τοπολογικό χαρακτηριστικό του δικτύου που λαμβάνει υπόψη τις συντομότερες διαδρομές μεταξύ των κόμβων ενώ, η κρισιμότητα εστιάζει στις μεταβλητές που σχετίζονται με ζήτηση για μετακινήσεις. Στην παρούσα εργασία, η αλληλεπίδραση μεταξύ αποδοτικότητας και κρισιμότητας διερευνάται εκτενώς μέσω μιας σειράς πειραμάτων μακροσκοπικής κυκλοφορίας στο οδικό δίκτυο του κέντρου της πόλης της Αθήνας. Για την ποσοτικοποίηση της αποδοτικότητας, της ευπάθειας (vulnerability) και της κρισιμότητας χρησιμοποιήθηκε μια επαναληπτική προσέγγιση όπου, ανά επανάληψη, αφαιρείτο ένας σύνδεσμος του δικτύου. Η ποσοτικοποίηση των προαναφερθέντων μετρικών διερευνάται περεταίρω, αρχικά μέσω μίας παρόμοιας επαναληπτικής διαδικασίας, κατά την οποία αφαιρούνται κόμβοι που είχαν υψηλή κεντρικότητα εγγύτητας (closeness centrality) και κεντρικότητα ενδιαμεσότητας (betweenness centrality) και έπειτα, μέσω του προσδιορισμού για κάποιους συγκεκριμένους κόμβους, των μεταξύ τους συντομότερων διαδρομών. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα των πειραμάτων αναλύονται στατιστικά, χρησιμοποιώντας τεχνικές μηχανικής μάθησης χωρίς επίβλεψη και με επίβλεψη. Τα ευρήματα δείχνουν ότι υπάρχει μια πολυωνυμική σχέση μεταξύ του λόγου της κρισιμότητας προς την απόδοση και του κυκλοφοριακού φόρτου (traffic volume). Τέλος, ερμηνεύονται οι επιπτώσεις αυτών των ευρημάτων στη διαχείριση της κυκλοφορίας και του δικτύου.	el
heal.abstract	Resilience is a complex term, bearing multiple definitions and resilience-related metrics. The most commonly utilized metrics are network efficiency and criticality that examine the impact that the removal of a structural element of a graph/ network has on its operation. Efficiency addresses this term from a topological aspect and takes into account the shortest paths between the nodes, whereas criticality focuses on transportation-related variables like travel demand. In the present thesis, the interrelation between efficiency and criticality is further researched through a series of simulation experiments on the Athens city-center urban transportation network. For the quantification of efficiency, vulnerability, and criticality an iterative approach is used where per iteration, one link of the network was removed. In addition, the quantification of the above metrics is further studied, first through a similar iterative procedure, in which nodes with high closeness centrality and betweenness centrality are removed, and then by identifying for some specific nodes, the shortest paths between them. The outputs of the experiments are then statistically analyzed, using unsupervised and supervised machine learning techniques. Findings reveal that a polynomial relationship between the ratio of criticality over efficiency, and traffic volume exists. Finally, the implications of these findings to traffic and network management were interpreted.	en
heal.advisorName	Βλαχογιάννη, Ελένη	el
heal.committeeMemberName	Βλαχογιάννη, Ελένη	el
heal.committeeMemberName	Γιαννής, Γιώργος	el
heal.committeeMemberName	Γκιοτσαλίτης, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Μεταφορών και Συγκοινωνιακής Υποδομής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false