一種基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法。所述方法，是指應(yīng)用浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)獲取道路網(wǎng)絡(luò)交通流數(shù)據(jù)，將交通流數(shù)據(jù)作為路段權(quán)重，與道路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣結(jié)合生成有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)文件，進(jìn)而應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)仿真軟件輸出道路網(wǎng)絡(luò)不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，最后構(gòu)建有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)模型，將輸出的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)代入計(jì)算，獲得最終的可靠性評(píng)價(jià)值。本發(fā)明從宏觀角度入手將浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合去評(píng)價(jià)城市道路網(wǎng)絡(luò)的可靠性，使得路網(wǎng)點(diǎn)、線、面的交通流特征能夠一體化研究，有效的避免了從微觀動(dòng)力學(xué)角度去評(píng)價(jià)道路網(wǎng)絡(luò)可靠性的缺陷，使得城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性的評(píng)價(jià)更加完善。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于淳動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體是一種結(jié)合浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)和復(fù)雜網(wǎng) 絡(luò)理論，從宏觀角度入手去評(píng)價(jià)城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性的方法。

【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著城市化水平的日益提高，人們的出行需求迅速增加，導(dǎo)致現(xiàn)有城市道路系統(tǒng) 供不應(yīng)求，日常和偶發(fā)性的交通問(wèn)題愈來(lái)愈嚴(yán)重，極大的降低交通系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，對(duì)城市 功能的正常發(fā)揮和城市發(fā)展帶來(lái)不良影響。因此要研究城市道路網(wǎng)路可靠性評(píng)價(jià)方法對(duì)交 通管理者進(jìn)行道路網(wǎng)絡(luò)的管理與控制有著非常重要的意義。
[0003] 城市道路網(wǎng)絡(luò)的可靠性評(píng)價(jià)主要包括評(píng)價(jià)指標(biāo)和用于計(jì)算指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法?，F(xiàn)有 的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是連通可靠性、行程時(shí)間可靠性和路網(wǎng)容量可靠性這三個(gè)方面。連通可靠 性評(píng)價(jià)方法主要有二值法，即僅考慮路段連通或者中斷這兩種的極端運(yùn)行狀態(tài)以及后續(xù)郭 繼孚提出的"基于替代路徑的路網(wǎng)連通可靠性評(píng)價(jià)方法";針對(duì)行程時(shí)間可靠性的評(píng)價(jià)方法 代表是基于出行者路徑選擇的博弈論方法，但是該方法需要大量數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)量不足時(shí)無(wú) 法計(jì)算出行程時(shí)間閾值；路網(wǎng)容量可靠性評(píng)價(jià)方法主要有蒙特卡羅方法(Monte Carlo)，該 方法通過(guò)統(tǒng)計(jì)得到各路段的容量值，然后計(jì)算出路網(wǎng)最大通行能力，得到路網(wǎng)容量可靠性， 但是該方法也需要大量數(shù)據(jù)，否則無(wú)法算出容量閾值。上述評(píng)價(jià)方法都需要大量數(shù)據(jù)支持， 并且很多方法都涉及到獲取OD對(duì)數(shù)據(jù)，難以應(yīng)用到實(shí)際中。
[0004] 隨著智能交通的大力發(fā)展，應(yīng)用浮動(dòng)車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集成為交通數(shù)據(jù)的一個(gè)重 要來(lái)源，將其應(yīng)用在城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)中可以解決數(shù)據(jù)難以獲取等問(wèn)題。針對(duì)道路 可靠性評(píng)價(jià)，目前很多學(xué)者都是基于交通動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，不管是仿真還是數(shù)值模擬，都需 要建立復(fù)雜繁瑣的模型，并且較難與現(xiàn)實(shí)匹配，隨著復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的興起，很多學(xué)者驗(yàn)證了 交通網(wǎng)絡(luò)也具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基本特性，因此將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論引入城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行 研究具有重要的意義，可以從宏觀角度入手將交通特征與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合，把道路網(wǎng) 絡(luò)轉(zhuǎn)化成有向加權(quán)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，使得路網(wǎng)點(diǎn)、線、面的交 通流特征能夠達(dá)到一體化同步研究，有效的避免了以往從微觀動(dòng)力學(xué)角度去評(píng)價(jià)道路網(wǎng)絡(luò) 可靠性的缺陷，使得城市道路網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)更加完善。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法，該方 法從宏觀角度入手將交通特征與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合，把道路網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成有向加權(quán)的復(fù)雜 網(wǎng)絡(luò),通過(guò)對(duì)有向加權(quán)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)從而得到道路網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：這種基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法包含 以下步驟：
[0007] (1)獲取道路網(wǎng)絡(luò)交通流數(shù)據(jù)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)將浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)與城市道路 信息在時(shí)間、空間上對(duì)應(yīng)，最終得到所需的實(shí)時(shí)道路交通流數(shù)據(jù)。
[0008] (2)構(gòu)建道路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣文件，利用道路網(wǎng)絡(luò)路段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路段物理信息生 成有向的鄰接矩陣文件。
[0009] (3)獲取不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，將（1)所得實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)與（2)生 成的道路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣文件輸入仿真軟件，得到時(shí)空對(duì)應(yīng)的有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)文件， 利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)仿真軟件進(jìn)行仿真模擬，實(shí)時(shí)輸出所研究道路網(wǎng)絡(luò)不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) 特征參數(shù)。
[0010] (4)構(gòu)建有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)模型對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)， 將（3)輸出的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)代入評(píng)價(jià)模型計(jì)算，獲得最終的可靠性評(píng)價(jià)值，即可靠度。 [0011] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0012] 1.在宏觀層面上去評(píng)價(jià)道路網(wǎng)絡(luò)的可靠性，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論角度去研究道路網(wǎng) 絡(luò)，并且將交通流特征加入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，將道路網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為有向加權(quán)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，使 得路網(wǎng)點(diǎn)、線、面的交通流特征能夠達(dá)到一體化同步研究，有效的避免了以往從微觀動(dòng)力學(xué) 角度去評(píng)價(jià)道路網(wǎng)絡(luò)可靠性的缺陷。
[0013] 2.通過(guò)將浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)與道路信息在時(shí)間和空間對(duì)應(yīng)得到所研究路網(wǎng)、所研究時(shí)間 下的實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)，將其作為權(quán)重與路網(wǎng)鄰接矩陣相結(jié)合輸入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，仿真 模擬就可得到整個(gè)路網(wǎng)隨時(shí)間變化的特征參數(shù)，進(jìn)而利用評(píng)價(jià)模型得到每一時(shí)刻的可靠度 以及一定時(shí)間段的可靠度，達(dá)到了評(píng)價(jià)的目的。本發(fā)明可為交通管理和交通控制提供理論 基礎(chǔ)，為路網(wǎng)故障預(yù)警以及恢復(fù)提供決策支持。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】：
[0014] 圖1基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法流程圖
[0015] 圖2復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

【具體實(shí)施方式】：
[0016] 下面通過(guò)附圖來(lái)說(shuō)明【具體實(shí)施方式】
[0017] 圖1為基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法流程圖。該方法主要包括 以下步驟：
[0018] 步驟一：獲取道路網(wǎng)絡(luò)交通流數(shù)據(jù)，應(yīng)用裝備有車(chē)載全球定位系統(tǒng)的浮動(dòng)車(chē)系統(tǒng)， 定期記錄在其行駛中的位置、速度和方向。按照一定的規(guī)律將道路網(wǎng)絡(luò)劃分為一定數(shù)目的 路段，然后利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)使得浮動(dòng)車(chē)的數(shù)據(jù)與道路路段在時(shí)間和空間上對(duì)應(yīng)，最 終得到所需的道路交通流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0019] 步驟二：構(gòu)建道路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣文件，具體過(guò)程如下：
[0020] 將道路網(wǎng)絡(luò)按一定規(guī)律劃分成不同的路段，由路段的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可得到各路段之間 的連接關(guān)系，然后利用路段基本物理特性（包括路段的上下行信息和路段長(zhǎng)度）生成有向 的道路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣{為，其中k為道路網(wǎng)絡(luò)按照一定規(guī)律所劃分的路段個(gè)數(shù)，i，j = 1，2, . . . k。若路段i與路段j相連并且路段j為路段i的下游路段，則矩陣中對(duì)應(yīng)的元素 ay. = 1，其他路段連接情況矩陣中對(duì)應(yīng)的元素為= 0。這樣整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系就 可以用一個(gè)有向矩陣來(lái)表不。
[0021] 步驟三：獲取實(shí)時(shí)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)軟件將步驟二所得的鄰接 矩陣轉(zhuǎn)換成復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)文件。將步驟一所得各路段實(shí)時(shí)的交通流數(shù)據(jù)，按照研究所需進(jìn) 行計(jì)算處理后將其作為權(quán)重值導(dǎo)入對(duì)應(yīng)時(shí)刻、對(duì)應(yīng)路段的復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)文件，進(jìn)而了生成 有向加權(quán)道路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)文件，接下來(lái)將其導(dǎo)入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)仿真軟件中，利用仿真相關(guān)操作指 令生成所需的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，具體特征參數(shù)有最短路徑、聚類(lèi)系數(shù)、介數(shù)等。
[0022] 步驟四：構(gòu)建有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)模型對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行評(píng) 價(jià)。由步驟三得到的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)計(jì)算出每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值，應(yīng)用可靠性指標(biāo)權(quán)重 測(cè)度模塊得到所研究道路網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)間變化的最終可靠度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性 的評(píng)價(jià)。
[0023] (1)其中復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示，共包括三個(gè)方面，分別為 連通性、抗毀性和有效性。
[0024] 連通性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括連通效能E和連通系數(shù)K，計(jì)算方法如下：
[0025] 連通效能：

【權(quán)利要求】
1. 基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，將浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù) 處理得到的交通流數(shù)據(jù)與由道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與物理特性得到的鄰接矩陣輸入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) 仿真軟件，把道路網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成有向加權(quán)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，仿真輸出復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，最后應(yīng)用 有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，輸出結(jié)果。主要包括如下步驟： 步驟一、獲取道路網(wǎng)絡(luò)交通流數(shù)據(jù)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)將浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)與城市道路 信息在時(shí)間、空間上對(duì)應(yīng)，得到道路網(wǎng)絡(luò)不同時(shí)刻下的交通流數(shù)據(jù)。 步驟二、構(gòu)建道路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣文件，利用道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路段物理特性生成道 路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣文件。 步驟三、獲取復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，將步驟一所得的道路網(wǎng)絡(luò)交通流數(shù)據(jù)作為路段權(quán)重， 與步驟二生成的道路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣結(jié)合生成有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)文件，應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)仿 真軟件進(jìn)行仿真模擬，實(shí)時(shí)輸出復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)。 步驟四、構(gòu)建有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)模型并對(duì)相應(yīng)道路網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行 評(píng)價(jià)，將步驟三輸出的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)代入計(jì)算，獲得最終的可靠性評(píng)價(jià)值。有向加權(quán)復(fù) 雜道路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)模型由兩部分組成，一部分是可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，另一部分是可 靠性指標(biāo)權(quán)重測(cè)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法，其特 征在于，所述步驟一，具體是指：應(yīng)用裝備有車(chē)載全球定位系統(tǒng)的浮動(dòng)車(chē)系統(tǒng)，定期記錄在 其行駛中的位置、速度和方向，按照一定的規(guī)律將道路網(wǎng)絡(luò)劃分為一定數(shù)目的路段，然后利 用地理信息系統(tǒng)技術(shù)使得浮動(dòng)車(chē)的數(shù)據(jù)與道路路段在時(shí)間和空間上對(duì)應(yīng)，最終得到所需的 實(shí)時(shí)道路網(wǎng)絡(luò)交通流數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法，其特 征在于，所述步驟二，具體是指：由步驟一按照一定規(guī)律劃分成不同路段的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到各 路段之間的連接關(guān)系，然后利用路段基本物理特性（包括路段的上下行信息和路段長(zhǎng)度） 生成有向的道路網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣，整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)各路段的連接關(guān)系以及路段屬性就可以用一 個(gè)鄰接矩陣來(lái)表示。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法，其特 征在于，所述步驟三，具體是指：首先利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)軟件將步驟二所得的鄰接矩陣轉(zhuǎn)換成有 向復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)文件。然后將步驟一所得各路段實(shí)時(shí)的交通流數(shù)據(jù)，按照研究所需進(jìn)行計(jì) 算處理后將其作為權(quán)重值導(dǎo)入對(duì)應(yīng)時(shí)刻、對(duì)應(yīng)路段的有向復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)文件，進(jìn)而了生成 有向加權(quán)復(fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)文件，接下來(lái)將其導(dǎo)入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)仿真軟件中，利用仿真相關(guān)操作指 令生成所需的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)的城市道路復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)方法，其特 征在于，所述步驟四中可靠性指標(biāo)權(quán)重測(cè)度具體是指： 步驟三生成的某一道路網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)是對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻的一系列值，將其分 別代入可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系計(jì)算得到相應(yīng)時(shí)刻的每一評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值，因此要想求得某一 道路網(wǎng)絡(luò)在一定時(shí)間段內(nèi)的可靠度，需要利用客觀賦權(quán)法中的熵值法進(jìn)行權(quán)重測(cè)度。首先 選取某一道路網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)有m組不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)下的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，評(píng)價(jià)指標(biāo)為η個(gè)，建 立如下指標(biāo)特征數(shù)據(jù)矩陣{Xj mxn，其中h表示應(yīng)用第i組復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)計(jì)算所得的 第j個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值（I < i < m，I < j < 6)。
ο) 第一步，由于不同指標(biāo)量綱和數(shù)量級(jí)不同，因此需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
(2) 第二步：計(jì)算第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值：
(3) 式中：k = 1/lnm，O < Si < 1 (4) 第三步：計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重為：
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104392094SQ201410551146
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】王云鵬, 鹿應(yīng)榮, 張亞男, 魯光泉, 田大新, 余貴珍, 于海洋, 王馨 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)