Nature子刊+1！北交大博士生一作！

喜报

2025年6月25日

我校系统科学学院高自友教授团队在

Nature Sustainability

发表了交通网络韧性

最新研究成果

李春鸿博士生为第一作者

这是我校 学生一作论文 首登

Nature Sustainability

该研究成果于2025年6月25日以“Adaptive capacity for multimodal transport network resilience to extreme floods”为题发表于Nature Sustainability（DOI：10.1038/s41893-025-01575-z）。高自友教授、贾斌教授为通讯作者，北京交通大学为第一通讯单位。

Nature Sustainability是Nature系列下专注于可持续性的TOP学术期刊（影响因子：32.8），也是能源、环境、社会等多个领域公认的顶尖期刊。

这是一项怎样的研究？

交交通通这就为大家介绍——

极端天气频发的今天，洪涝灾害对城市交通系统的威胁日益严峻。全球约 7.5% 的公路和铁路资产面临百年一遇的洪涝风险，一旦瘫痪，将引发社会、经济、环境的连锁危机。但现有研究大多聚焦于灾后恢复，却忽略了一个核心问题：交通系统如何在危机中主动调整、适应，甚至变革，以增强其应对极端灾害的韧性？

图1 洪涝灾害下城市多模式交通系统中适应性出行行为
为解决这一问题，李春鸿在两位教授的指导下，与国内外同行合作，构建了洪涝灾害下城市多模式交通网络韧性评估模型，并量化了城市交通在洪水中的生存策略和适应能力。基于警戒水位刻画基础设施对洪涝灾害的容忍阈值，并模拟拓扑网络结构的直接失效和间接失效，基于多智能体仿真模型刻画在城市综合交通系统组件失效后，乘客的出行行为的博弈和演化，包括路径调整和方式转换等自适应行为。团队将该模型应用到中国南京、德国汉堡和美国洛杉矶三个城市，模拟百万级乘客的自适应行为演化。

不同洪涝场景下的某个体自适应行为演化

图2 多模式交通网络结构和功能韧性

基于该模型，团队首先发现了城市多模式交通系统的结构相变和功能相变，即警戒水位（基础设施防水能力）的微小提升即可大规模提升拓扑结构的连通性、恢复大量的出行需求。且拓扑结构的相变并不一定导致功能需求的相变。

图3 多模式交通系统自适应行为模式

量化了不同的自适应行为，发现不同城市的交通子系统展现出不同的自适应机制。以南京市为例，小汽车系统主要通过路径调整应对洪水影响；而汉堡市则表现为大量的小汽车乘客转向公交系统（T大于等于1.8m时）。尽管各城市的交通子系统表现出不同的适应行为，但本文发现其遵循普适性自适应机制：方式间需求的迁移量由可通行需求规模及两类网络密度的差异共同决定。

图4 自适应能力量化

团队进一步量化自适应行为对韧性的效益，发现自适应行为在提升城市功能韧性方面发挥了关键作用，但其驱动因子不同。南京市和汉堡市的自适应机制中，方式转换在缓解需求损失方面起到了重要作用；而对于洛杉矶市而言，小汽车的路径转换则更为重要。个别场景中，自适应行为也可能产生负面效果，因其本质是有限交通资源下大量个体间非合作博弈的驱动结果。

图5 自适应能力干预

为解决自适应能力的负面效益，团队开发了一套宏观调控策略框架，通过引导自适应行为，从而有效提升交通系统自适应能力和功能韧性。

该研究得到了国家自然科学基金基础科学中心项目的支持。

李春鸿

北京交通大学

系统科学学院博士生

以第一作者身份发表学术1篇，专利2项。作为学生骨干，参与国家自然科学基金“基础科学中心”项目、国家自然科学基金重点专项（学生排序第一）、国家重点研发计划等课题。在读期间获得国家公派留学奖学金、“华为杯”第十八届中国研究生数学建模竞赛国家级二等奖（第一完成人），北京交通大学校级三好研究生，北京交通大学第十一届创新项目选拔大赛校级二等奖等。北京青希交通科技有限公司联合创始人兼股东，微信公众号“交通科研Lab”、“交通硕博学生汇”、“复杂系统的建模与仿真”等联合创始人兼内容创造者。

高自友

北京交通大学

系统科学学院教授

博士生导师

现任系统科学学院名誉院长

国家杰青，973项目首席科学家，国家自然科学基金委基础科学中心项目、创新研究群体带头人，俄罗斯自然科学院外籍院士。中国管理科学与工程学会理事长，中国系统工程学会副理事长、中国优选法统筹法与经济数学研究会副理事长等。其主要研究领域：系统科学、交通运输管理及管理科学与工程。成果获国家自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖、北京市科学技术奖、复旦管理学杰出贡献奖等。

贾斌

北京交通大学

系统科学学院教授

博士生导师

现任系统科学学院副院长

国务院学位委员会系统科学学科评议组召集人、入选国家高层次青年人才计划、国家优秀青年科学基金获得者。主要从事复杂交通系统建模、优化与管理等领域的研究工作，主持国家重点研发计划课题、国家级自然科学基金委专项、优青、面上、青年基金等各类项目10余项，获教育部自然科学和科技进步一等奖各1项、其他省部级科学技术二等奖2项、发明专利10余项，出版学术著作及教材5部。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41893-025-01575-z

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