[發明專利]一種基于多維網絡熵的道路交通安全評估方法

有效

• 申請號: 202010819311.6
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111967760B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 王建強;黃荷葉;崔明陽;許慶;李克強;楊奕彬;谷子青;高博麟;鄭四發
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/30
• 代理公司: 北京匯智勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11346
• 代理人: 石輝;趙立軍

1.一種基于多維網絡熵的道路交通安全評估方法，其特征在于，包括：

步驟1，根據待評估的道路交通系統中的交通要素，構建系統網絡C，所述系統網絡C具有節點和將所述節點連接起來的耦合邊，所述節點對應為所述交通要素；

步驟2，將所述系統網絡C進行模塊劃分，每一個模塊為由至少三條所述耦合邊圍成的封閉區域，每一所述模塊包含至少一個連通子圖；

步驟3，根據所述節點和耦合邊的屬性，對各所述節點和耦合邊賦予權重，并采用下式(1)描述模塊M_j中節點i的節點度

式中，z_i表示與節點i相連的耦合邊z，表示模塊M_j中與節點i相連的耦合邊z的權重，表示模塊M_j中節點i的權重，表示模塊M_j中與節點i相連的耦合邊z的總邊數；

步驟4，構建由下式(2)表示的道路交通系統態勢安全模型S(t)：

其中,N表示t時刻所述系統網絡C中的連通子圖k的總數，n表示t時刻所述系統網絡C中的節點i的總數，m表示t時刻所述系統網絡C中的模塊M_j中的總數，T(C)表示t時刻的所述系統網絡C中的所有節點的節點度之和，T(C_k,t)表示t時刻所述系統網絡C中的連通子圖k中所有節點的節點度之和，表示t時刻連通子圖k的三維結構熵，表示節點i的質量，v_i為節點i的速度，v_i+1為節點i+1的速度，N_j表示模塊M_j中所有節點的節點度之和，n_j表示模塊M_j包含的節點i的總數，e_j表示有且只有一個端點與M_j中節點相連的邊數；

步驟5，采用下式(5)計算安全威脅對所述系統網絡造成的影響程度ΔE_H：

ΔE_H＝H_s³(C_k,t+Δt)-H_s³(C_k,t) (5)

式中，H_s³(C_k,t)表示t時刻的所述系統網絡C中的連通子圖k的三維網絡熵勢，H_s³(C_k,t+Δt)表示t+Δt時的所述系統網絡C中的連通子圖k的三維網絡熵勢；

步驟6，根據式(2)，采用式(6)計算三維網絡熵勢變化量ΔS：

ΔS＝S(t+Δt)-S(t) (6)

步驟7，根據影響程度ΔE_H和三維網絡熵勢變化量ΔS，輸出實時風險評估結果，ΔE_H越大，則所述道路交通系統的風險等級越高，ΔS越大，則所述道路交通系統的的潛在風險越高。

2.如權利要求1所述的基于多維網絡熵的道路交通安全評估方法，其特征在于，所述步驟3中的“根據所述節點和耦合邊的屬性，對各所述耦合邊賦予權重”的方法包括：

根據所述耦合邊兩端的所述節點之間的距離以及物理和社會屬性，判斷所述耦合邊的強弱，所述耦合邊被判定為弱耦合邊時，權重取值范圍設置為(0,0.5]；所述耦合邊被判定為強耦合邊時，權重取值范圍設置為(0.5,1]；。

3.如權利要求1所述的基于多維網絡熵的道路交通安全評估方法，其特征在于，所述步驟3中的“根據所述節點和耦合邊的屬性，對各所述節點賦予權重”的方法包括：

根據所述節點的物理和社會屬性，所述節點分為顯性節點和隱形節點，所述顯性節點包括所述交通要素中的交通參與者，所述隱形節點包括道路約束條件，所述顯性節點的權重的取值范圍設置為(0.5,1]，所述隱形節點的權重的取值范圍設置為(0,0.5]。

4.如權利要求1至3中任一項所述的基于多維網絡熵的道路交通安全評估方法，其特征在于，所述步驟4中的“H_s³(C)”的具體構建過程包括：

步驟41，根據步驟1中的所述系統網絡C，構建考慮道路交通系統在時間維度上變化所引起的混亂程度變化的一維網絡熵H_s，其描述為式(7)：

其中，d_i表示節點i的度，p_i為節點i的節點度占所述系統C中的所有節點的節點度之和的權重；

步驟42，構建考慮道路交通系統在時間維度和空間維度上變化所引起的混亂程度變化的二維網絡熵H_s²(C)，H_s²(C)通過將式(8)描述的t時刻連通子圖k的二維結構熵H_s²(C_k,t)累加獲得：

步驟43，構建考慮道路交通系統在時間維度、空間維度和物理維度變化所引起的混亂程度變化的三維網絡熵通過將式(3)描述的H_s³(C_k,t)累加獲得。