[發明專利]一種基于滲流分析的城市交通脆性評估方法

有效

• 申請號: 201910405972.1
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110232818B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 李大慶;曾冠文
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于滲流分析的城市交通脆性評估方法，其特征在于：具體包含以下步驟：

步驟一：基于城市道路網絡拓撲信息和實時交通運行數據，構建實時城市交通流網絡；

步驟二：基于構建的實時城市交通流網絡，運用滲流分析方法，分析城市交通功能網絡在不同道路擁堵率下的交通運行水平；

步驟三：基于城市交通功能網絡的擁堵率與運行水平的關系，分析系統在滲流臨界點附近的標度關系，并以此為依據確定城市交通脆性；

在步驟一中，具體做法包括以下內容：

1.1基于城市地圖道路信息，構建城市交通拓撲網絡：將城市道路系統中的所有道路抽象為連邊，將道路與道路之間的交叉路口抽象為節點，并根據城市地圖中各道路和路口的連接關系，將“節點—連邊”相應的連接起來，構建一個基于城市道路網絡拓撲信息的底層拓撲網絡；

1.2基于實時交通運行數據，給上述底層拓撲網絡中的各連邊賦予代表道路運行狀態的權值：根據各條道路測定的實時交通運行數據；給上一子步驟得到的底層網絡賦予權值；考慮到城市道路等級水平的差異，以道路運行水平的相對值作為賦值依據；依據一條道路的最大限速計算其相對速度值，具體公式為：

其中，i和j分別表示某一條道路的起點和終點，r_ij(t)表示t時刻該道路的相對速度值，v_ij(t)表示t時刻該道路的實時測定速度值，表示當前道路的最大限速值；將計算所得的相對速度值作為底層拓撲網絡中各道路在當前時刻的權值，由此構建一個能代表當前時刻城市交通系統運行狀態的城市交通流網絡；

注意在此步驟中，考慮到實時數據采集中不可避免的源數據缺失問題，需要運用一預定的方法對缺失的運行數據進行補償；

在步驟二中，具體包括以下內容：

分析城市交通功能網絡的滲流過程，得到城市交通功能網絡的最大連通子圖尺寸隨擁堵率的變化關系：對于一個給定時刻，在上述已經構建好的城市交通流網絡中，將所有邊按照其權值從小到大進行排序；設置擁堵率f的值從0到1連續變化，對于每一個給定的擁堵率f，將速度最小的f比例的道路設置為擁堵道路，將其從原道路網絡中刪除，而其他道路設置為暢通道路，將其保留下來，這樣的剩余網絡是一個代表城市交通能實現正常運輸功能的交通功能網絡；對這一交通功能網絡用深度優先搜索諸遍歷方法，找出其中的最大連通子圖；這一過程中需要記錄每一個擁堵率，設為f下對應的城市交通功能網絡的最大連通子圖尺寸，設為G；注意這里子圖尺寸的計算方式為子圖中包含的節點數目除以網絡初始狀態時，即f＝0時所包含的節點數目；根據滲流理論，最大連通子圖尺寸G的大小能衡量當前城市交通網絡的運行水平高低，G值越大說明城市交通網絡的運行水平越高；反之則越低；

在步驟三中，具體內容包括：

3.1確定城市交通功能網絡的臨界擁堵率的范圍：在f屬于[0.1,0.4]的變化區間內時，G的下降明顯，因而待定臨界擁堵率的選定的范圍確定為f_c^k∈[0.1,0.4]；

3.2通過標度規律，確定城市交通功能網絡的臨界擁堵率作為其脆性指標：依據上述子步驟得到的臨界擁堵率可能存在的f的范圍，將其中的每一個f值依此設定為待定臨界擁堵率f_c^k，并將其對應的G設定為待定臨界最大子圖尺寸G_c^k，在雙對數坐標下根據|G–G_c^k|～|f-f_c^k|^β擬合所有有效G-f數據點，即只選擇所有f小于f_c^k的G-f組合，并計算對應的擬合優度參數，依此作為擬合效果的評價標準；使用R²作為擬合優度的參考值；R²的值在0到1之間變化，值越大說明擬合優度越高；選擇擬合優度最高的R²所對應的f_c^k值，即為當前時刻城市交通脆性指標為f_c；進一步驗證f_c附近的標度關系。