一種宏觀—微觀結(jié)合的環(huán)路交通可靠性仿真方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及路網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種宏觀微觀結(jié)合的評(píng)估城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著道路網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)路網(wǎng)可靠性的5種評(píng)價(jià)方法中，有的只能用于計(jì)算某種專(zhuān)門(mén)的路網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)，如終端可靠性評(píng)估方法和吸收馬爾科夫鏈方法；有的則可以用于計(jì)算多種路網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)，如博弈論技術(shù)、蒙特卡羅方法和微觀交通仿真方法。另外，針對(duì)交通事故評(píng)價(jià)，這些方法還可以根據(jù)是否需要預(yù)先知道突發(fā)事件發(fā)生的概率分為確定性方法和非確定性方法兩類(lèi)。其中，確定性方法不需要知道突發(fā)事件發(fā)生的概率，事件概率本身是分析結(jié)果的一部分，這也使得確定性分析方法非常易于使用，但是它只能給出概率的上下限。確定性分析方法只能用于一小部分的可靠性分析，而非確定性分析方法的應(yīng)用范圍更為廣泛。現(xiàn)有的各種評(píng)價(jià)方法優(yōu)缺點(diǎn)綜述如下:
[0003]終端可靠性評(píng)估方法只能用來(lái)計(jì)算連通性，是通過(guò)應(yīng)用圖論的相關(guān)知識(shí)，在計(jì)算出路段可靠性的基礎(chǔ)上計(jì)算出路網(wǎng)的可靠性。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是需要的數(shù)據(jù)少，可以直接計(jì)算出路網(wǎng)的可靠性，并且只受限于路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，影響因素較少。但它在計(jì)算過(guò)程中是將路網(wǎng)分解成串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行分析的，而對(duì)于龐大的路網(wǎng)而言，一方面很難將其分解成串、并聯(lián)系統(tǒng)，另一方面隨著路網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，計(jì)算量也呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，因此，它不適合大規(guī)模路網(wǎng)的計(jì)算。
[0004]博弈論法可以用于分析路網(wǎng)破壞最嚴(yán)重情況下的路網(wǎng)性能，可用來(lái)計(jì)算使用者滿(mǎn)意度可靠性和行程時(shí)間可靠性等指標(biāo)。影響該方法的因素有:道路使用者、出行者的路徑選擇行為，出行費(fèi)用和道路使用者可獲得的信息等。它的優(yōu)點(diǎn)是充分考慮了出行者的路徑選擇行為和路網(wǎng)容量的限制。但是作為一種確定性方法，它只能給出路網(wǎng)可靠性的邊界值。
[0005]蒙特卡羅方法是以概率統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，以隨機(jī)抽樣為主要手段來(lái)求解復(fù)雜方程的模擬方法。該方法在路網(wǎng)可靠性研宄中用來(lái)計(jì)算行程時(shí)間可靠性、路網(wǎng)容量可靠性等評(píng)價(jià)指標(biāo)。其顯著優(yōu)點(diǎn)是可以求解復(fù)雜問(wèn)題的分析解，通過(guò)模擬自變量的隨機(jī)行為來(lái)識(shí)別應(yīng)變量的隨機(jī)行為。隨著各種變量對(duì)路網(wǎng)運(yùn)行性能影響分析的深入，以及各種事件對(duì)路段通行能力和連通性影響分析的深入，在未來(lái)的路網(wǎng)可靠性研宄中，蒙特卡羅方法會(huì)發(fā)揮更大的作用。
[0006]吸收馬爾科夫鏈方法主要用于計(jì)算遭遇可靠性，它可以區(qū)分在完成一次OD出行過(guò)程中遭遇路段衰退的出行者以及沒(méi)有遭遇路段衰退的出行者。但由于此方法不需要嚴(yán)格區(qū)別路徑是全部失效或部分失效，因此不能夠計(jì)算行程時(shí)問(wèn)和出行費(fèi)用的可靠性。
[0007]相對(duì)于前述基于交通均衡分配的算法(如蒙特卡羅方法)，微觀交通仿真方法能夠模擬路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化，因此，在進(jìn)行短期的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的模擬方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性。并且因其采用微觀交通仿真模型對(duì)實(shí)際路網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行的模擬，因此，能夠比較真實(shí)地反映路網(wǎng)中各種影響因素對(duì)路網(wǎng)性能的影響。然而，在由于微觀交通仿真模型在構(gòu)建分析路網(wǎng)、進(jìn)行模型校正以及模型輸入等方面需要大量的數(shù)據(jù)，這就使得微觀交通仿真模型的準(zhǔn)確性受到現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的制約。
[0008]本發(fā)明在現(xiàn)有研宄狀況的基礎(chǔ)上，從道路網(wǎng)絡(luò)行程時(shí)間可靠性計(jì)算的角度的提出了一種微觀仿真與宏觀模擬結(jié)合的方法一一首先在微觀/中觀層進(jìn)行交通仿真，并在宏觀層完成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模擬分析，二者結(jié)合完成對(duì)了網(wǎng)絡(luò)從宏觀到微觀的仿真模擬；同時(shí)在數(shù)據(jù)層利用歷史數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互、矯正，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)可靠性的仿真與評(píng)估，完成數(shù)據(jù)融合。
[0009]專(zhuān)利號(hào)為200910198320的申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N宏觀/中觀層、微觀層、交互解釋器、一致性維護(hù)器組成的交通系統(tǒng)多分辨率建模仿真系統(tǒng)與方法，與本發(fā)明的區(qū)別之處在于，本發(fā)明體系中強(qiáng)調(diào)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)融合比對(duì)技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化仿真復(fù)雜度，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)層級(jí)劃分和關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵邊識(shí)別的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的仿真粒度進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，大幅度提升了路網(wǎng)可靠度仿真模擬的可信度和準(zhǔn)確性，有助于提升仿真算法的有效性和簡(jiǎn)潔度，在交通可靠性的相關(guān)仿真與研宄中具有重要意義。
[0010]本發(fā)明在宏觀-微觀各層級(jí)數(shù)據(jù)的處理上，主要借助了交通數(shù)據(jù)融合中的特征層融合與決策層融合的方式。數(shù)據(jù)融合技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)按時(shí)序獲得的若干觀測(cè)信息，在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合，以完成所需的決策和評(píng)估任務(wù)而進(jìn)行的信息處理技術(shù)。其手段分為數(shù)據(jù)層融合，即直接在采集到的原始數(shù)據(jù)層上進(jìn)行的融合、在各種傳感器的原始測(cè)報(bào)未經(jīng)預(yù)處理之前進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合與分析；特征層融合，即中間層次的融合，它先對(duì)來(lái)自傳感器的原始信息進(jìn)行特征提取(特征可以是目標(biāo)的界限、方向、速度等)，然后對(duì)特征信息進(jìn)行綜合分析和處理，優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)可觀的信息壓縮、有利于實(shí)時(shí)處理，且由于所提取的特征直接與決策分析有關(guān)，因而融合結(jié)果能最大限度的給出決策分析所需要的特征信息。特征層融合一般采用分布式或集中式的融合體系。特征層融合可分為目標(biāo)狀態(tài)融合和目標(biāo)特性融合兩大類(lèi)；決策層融合，即融合通過(guò)不同類(lèi)型的交通狀態(tài)量，每個(gè)數(shù)據(jù)集在本地完成基本的處理，其中包括預(yù)處理、特征抽取、識(shí)別或判決，以建立對(duì)所觀察目標(biāo)的初步結(jié)論，然后通過(guò)關(guān)聯(lián)處理進(jìn)行決策層融合判決，最終獲得聯(lián)合推斷結(jié)果。
[0011]本發(fā)明在仿真模塊完成特征層面融合，對(duì)交通量向量進(jìn)行仿真、存儲(chǔ)與提取；在宏觀層則進(jìn)行決策層融合，側(cè)重提取交通向量中的可靠性參數(shù)，達(dá)到宏觀與微觀數(shù)據(jù)的高度融合的目的，計(jì)算可靠性；在數(shù)據(jù)層綜合三種融合方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分類(lèi)，實(shí)現(xiàn)多層矯
IHo

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明申請(qǐng)保護(hù)的項(xiàng)目主要包括下述部分:
[0013]1.一種宏觀一一微觀結(jié)合的環(huán)路可靠性仿真方法。該方法包括其特征在于，包括如下步驟:接受可靠性評(píng)估指令，根據(jù)該可靠性評(píng)估指令從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，獲得路網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息和相關(guān)節(jié)點(diǎn)、路段具體交通流信息；根據(jù)各所述連接路段的可靠性系數(shù)和所述節(jié)點(diǎn)的可靠性系數(shù)確定各個(gè)關(guān)鍵瓶頸點(diǎn)的可靠性參數(shù)；根據(jù)所述連接路段的可靠性系數(shù)和所述關(guān)鍵瓶頸點(diǎn)的可靠性系數(shù)確定各條路徑的可靠性參數(shù)。
[0014]2.根據(jù)權(quán)利要求1所述仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上對(duì)交通環(huán)路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可靠性進(jìn)行評(píng)估的方法評(píng)估道路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可靠性，其特征在于，包括如下步驟:其特征在于，根據(jù)所述元件信息生成各節(jié)點(diǎn)的可靠性系數(shù)，包括步驟:根據(jù)所述道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息生成表征連接線(xiàn)路可靠性的鄰接矩陣，通過(guò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和路段的微觀仿真，生成表征所述節(jié)點(diǎn)、路段信息的網(wǎng)絡(luò)可靠性的節(jié)點(diǎn)系數(shù)矩陣和路段權(quán)重矩陣。
[0015]3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的評(píng)估道路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可靠性的方法，其特征在于，根據(jù)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息以及線(xiàn)路長(zhǎng)度、地理信息確定所述鄰接矩陣；根據(jù)所述線(xiàn)路和交叉口的類(lèi)型、級(jí)別確定所述節(jié)點(diǎn)系數(shù)矩陣。根據(jù)權(quán)利I所述的評(píng)估道路網(wǎng)可靠性的方法，其特征在于，所述確定各個(gè)節(jié)點(diǎn)的可靠性參數(shù)包括步驟:確定最高級(jí)道路網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的可靠性參數(shù)；根據(jù)上一級(jí)道路網(wǎng)和本級(jí)道路網(wǎng)的連接以及本級(jí)道路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的連接確定本級(jí)道路網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的可靠性參數(shù)。
[0016]4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的評(píng)估道路網(wǎng)可靠性的方法，其特征在于，在所述根據(jù)各所述連接線(xiàn)路的可靠性系數(shù)和各所述節(jié)點(diǎn)的可靠性系數(shù)確定各個(gè)節(jié)點(diǎn)的可靠性參數(shù)后還包括步驟:根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的重要性對(duì)其可靠性參數(shù)進(jìn)行映射計(jì)算得到各節(jié)點(diǎn)的可靠性指數(shù)。
[0017]5..一種評(píng)估道環(huán)路路網(wǎng)可靠性的系統(tǒng)。其特征在于，包括:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于接收可靠性評(píng)估指令，根據(jù)該可靠性評(píng)估指令獲得道路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息和相關(guān)的節(jié)點(diǎn)與路段信息；節(jié)點(diǎn)域路段系數(shù)生成模塊，用于根據(jù)所述道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息生成各連接線(xiàn)路的可靠性系數(shù)；可靠性計(jì)算模塊，用于根據(jù)各所連接線(xiàn)路的可靠性系數(shù)和各所述節(jié)點(diǎn)的可靠性系數(shù)確定各個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的可靠性。
[0018]6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的評(píng)估道路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可靠性的系統(tǒng)，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)和線(xiàn)路生成模塊根據(jù)道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息生成表征連接線(xiàn)路可靠性的連接矩陣，根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)和線(xiàn)路信息生成表征節(jié)點(diǎn)可靠性的節(jié)點(diǎn)系數(shù)矩陣。
[0019]7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的評(píng)估道路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可靠性的系統(tǒng)，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)和線(xiàn)路系數(shù)生成模塊根據(jù)道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息所生成模塊根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣髦岛徒煌餍畔ⅰ⒌乩硇畔⒋_定所述鄰接矩陣