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专利号: 2021113705388
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 信号装置
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤一:基于城市道路网络拓扑结构,分别采用原始法构建城市路网拓扑模型和对偶法构建城市路网拓扑模型;

步骤二:基于城市路网拓扑模型和浮动车GPS数据,从“宏观‑中观‑微观”层面出发,融合宏观的路段拓扑指标、中观的属性指标和微观的性能指标生成综合评价指标,作为表征道路韧性的关键性能指标,设为P(t);

步骤三:基于关键性能指标,构建动态拓扑网络,利用渗流理论分析道路网络结构和交通运行状态之间的相互关系,探究城市交通拥堵扩散的内在机理,计算动态网络的相变阈值,确定路网最小要求性能;

步骤四:根据关键性能指标和最小要求性能,结合道路韧性演变曲线,构建基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评估方法;用时间序列中每个时刻道路韧性的损失来表征道路运行状态,从系统的角度分析交通状态的演变过程,识别拥堵扩散的临界阈值。

2.根据权利要求1所述的基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,步骤一所述的原始法构建城市路网拓扑模型:是指从实际城市道路网络中抽象出节点和连边,通常将城市道路管理系统划分的各个路段抽象为拓扑网络的连边,将路段与路段之间的连接路口抽象为拓扑网络的节点,则城市道路系统中各个路段之间的连接关系可以用一个拓扑网络来表示。

3.根据权利要求1所述的基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,步骤一所述的对偶法构建城市路网拓扑模型:与原始法构建城市路网拓扑模型相反,是指以路段为拓扑结构中的节点,以路段之间的交叉点为拓扑结构中的边,重点体现每条路段之间的相互衔接关系,能够突出道路网络结构特征及拓扑特性。

4.根据权利要求1所述的基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,所述的步骤二融合路段拓扑指标包括度中心性、接近中心性和中介中心性;属性指标包括路段车道数和是否含有公交专用道;性能指标为相对速度。

5.根据权利要求4所述的基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,所述的度中心性指给定节点在网络中与之直接连接的节点个数;接近中心性指某个节点到网络中其余所有节点的最短路径距离之和的倒数;中介中心性指网络中所有节点对的最短路径中经过该节点的比例。

6.根据权利要求4所述的基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,所述的相对速度在指t时刻当前路段的实时速度值与路段的最大限速值的比值。

7.根据权利要求1所述的基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,利用主成分分析将多维指标转化为路段关键性能指标,表征道路韧性的关键性能指标P(t)具体公式为:

其中,wi为第i个指标的权重,通过对融合路段拓扑指标、属性指标和性能指标依次进行归一化处理,建立指标之间的相关系数矩阵,计算相关系数矩阵的特征值与特征向量,通过主成分分析得到各项指标的权重;Ii(t)为t时刻第i个指标,其中,I1:度中心性;I2:接近中心性;I3:中介中心性;I4:车道数;I5:公交专用道;I6(t):相对速度。

8.根据权利要求1所述的基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,步骤三其具体做法包括以下内容:(1)分析城市动态拓扑网络的渗流过程:将计算所得的P(t)作为原始法构建的拓扑网络中当前路段在当前时刻的权值;将各个时刻带权值的城市交通拓扑网络作为一个集合,就构成了城市动态拓扑网络,所述的动态指的是具有时间属性;每一个时刻,在建立的动态拓扑网络中,给定一个控制变量,设其为P(q),则每一条道路分成两种状态:畅通即P(t)≥P(q)和拥堵即P(t)<P(q);保留拓扑网络中畅通的边,移除拥堵的边,则剩下的网络就是t时刻由各个运行状况良好的连边和节点组成的强连通集团,强连通集团指的是一个边和节点的集合,这个集合中任意两个节点之间至少存在一条由若干交通流处于畅通状态的边首尾相接形成的畅通路径;通过设置P(q)值从0到1以一定的间隔不断变化,可以观察到宏观网络自由流崩溃并分裂成局部自由流的渗流过程;

(2)根据渗流过程确定城市交通动态网络的相变阈值:根据渗流理论,在控制变量P(q)值从0到1的变化过程中,存在某一个特定的阈值,此时网络中的次大连通集团的尺寸会达到最大值,次大连通集团的尺寸为包含的连边或是节点的数量,网络结构会发生相变,对应的P(q)值就是相变阈值,记为P(qc),其从网络的角度反映了交通流的运行效率。

9.根据权利要求1或8所述的基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法,其特征在于,将计算所得的P(t)作为原始法构建的拓扑网络中当前路段在当前时刻的权值,对于每个时刻的带权的动态拓扑网络,统计每个时刻的渗流阈值P(qc),计算路网最小要求性能,公式如下:

其中,MRP为路网最小要求性能,n为时间间隔总数,α为上周所有时间间隔下的P(qc)的平均值。