基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法，具体包括获取疏散区域范围内的道路网信息，将道路划分为疏散干路和疏散支路，构建疏散区域的节点‑弧网络模型；基于可逆车道的设置方式，建立公共交通流在疏散干路上通行的约束条件；消除不同方向的公共交通流在道路交叉口处的交叉冲突点，建立公共交通流交叉口冲突消除约束条件；以所有疏散人群的总行驶距离最短为目标函数，建立基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型；选取遗传算法对模型进行求解，得到最优公交疏散路径规划方案。本发明专利技术的方法可以大幅度减少公交车辆在路段和交叉口处的延误，缩短公交车辆往返疏散的循环时间，提高公共交通的疏散效率。

Bus evacuation path planning method based on elimination of conflict between reversible lane and intersection

The invention discloses an evacuation route planning method of bus lane and reversible intersection conflict elimination based on road network information acquisition including the evacuation area, the road is divided into evacuation and evacuation branch roads, construction node network model arc evacuation area; mode of reversible lane is based on the constraints of public the traffic flow in the road traffic evacuation; public traffic intersection conflict points in intersection elimination in different directions, the establishment of public traffic intersection conflict elimination constraints; the total driving distance of all the shortest evacuation group as the objective function, build the bus lanes and the intersection of reversible conflict elimination of the evacuation route based on the programming model; select the genetic algorithm to solve the model to get the optimal bus evacuation route planning. The method of the invention can greatly reduce the delay of the bus at the road section and the intersection, shorten the cycle time of the bus evacuation, and improve the evacuation efficiency of the public traffic.

【技术实现步骤摘要】
基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法
本专利技术属于城市路网优化领域，尤其涉及一种基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法。
技术介绍
近年来，世界各地的突发灾害事件越来越多，各类天灾人祸严重威胁着城市居民的生命和财产安全，制约了社会经济的可持续发展。为应对各种灾害事件，保障城市居民的生命和财产安全，人们提出了应急疏散的概念。应急疏散的核心问题是如何在有限的道路网基础设施通行能力限制条件下，以及有限的安全时间范围内，以最快、最安全的方式，将受灾区域内人员转移到安全的地点。我国自然灾害频发，且作为发展中国家，人均机动车保有量低于发达国家，城市居民居住密度大，一旦发生灾害事件，面临极大的疏散压力，而公交车辆具有运量大，驾驶员技术专业，易于调度管理等特点，只有大幅度利用公共交通系统，科学合理地规划公交车辆的疏散路径，才能高效有序地完成应急疏散任务。在实际疏散情形中，由于数量限制，公交车辆需要往返于疏散起讫点之间来疏散人员，若是公交车辆在道路上与其他社会车辆混合行驶，则存在一定的行驶延误，若在交叉口处需要停车让行，则存在停车延误，这都会大大增加公交车辆的疏散往返时间，降低公交疏散效率，且存在一定的安全隐患。因此，如何在公交疏散路径规划中，考虑给予公交车辆独立路权，减少行驶延误，并消除其在交叉口处的交叉冲突，避免停车延误，从而提高公共交通的疏散效率，已成为亟待解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法，尽可能减少公交车辆在路段与交叉口处的延误，合理规划公交疏散路径，缩短公交车辆往返疏散的循环时间，提高公共交通的疏散效率。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法，具体包括以下步骤：(1)构建疏散区域的节点-弧网络模型；(2)基于可逆车道的设置方式，建立公共交通流在疏散干路上通行的约束条件；(3)建立公共交通流交叉口冲突消除的约束条件；(4)以所有疏散人群的总行驶距离最短为目标函数，建立基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型；(5)选取遗传算法对基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型进行求解，得到最优的公交疏散路径规划方案。步骤(1)中具体包括：步骤1.1：获取疏散区域范围内的道路网信息，包括道路长度、道路单向车道数N、公交疏散起点的待疏散人群数和公交疏散终点容量信息；步骤1.2：将疏散区域内单向车道数N≥2的道路划分为疏散干路，将单向车道数N＜2的道路划分为疏散支路；步骤1.3：构建疏散区域的节点-弧网络模型。步骤(2)中具体包括：步骤2.1：两端节点相同，但通行方向相反的两条疏散干路路段不可同时设置公交专用可逆车道，具体约束条件如下：zij+zji≤1式中，zij为公交专用可逆车道设置变量，当时zij＝1，说明路段(j,i)上设有公交专用可逆车道，且该公交专用可逆车道的通行方向为i→j，当zij＝0时，说明路段(j,i)上没有设置可逆车道；步骤2.2：两端节点相同，但通行方向相反的两条疏散干路路段中，其中任意一路段设置了公交专用可逆车道，那么该路段一定设置一条与可逆车道方向相反的公交专用车道，则公交车辆在这两条路段所示的通行方向上均可通行，具体约束条件如下：xij≤K(zij+zji)式中，xij为通行方向i→j上分配到的公共交通流量，K为一个极大数。步骤(3)中具体包括：步骤3.1：绘制疏散干路交叉口网络示意图；步骤3.2：为每个交叉口网络示意图建立其交叉口内部路段间的二元交叉方阵；步骤3.3：从所有二元交叉方阵中提取记为“1”的元素，这些元素所对应的两条交叉口内部路段间存在交叉冲突点，消除交叉冲突点，只允许其中一条通行，具体约束条件如下：yjm+ynr≤1xjm≤Kyjm式中，yjm为交叉口渠化设置变量，当yjm＝1时，表示交叉口内部路段(j,m)可以通行，反之为0，K为一个极大数。步骤(4)具体包括：以所有疏散人群的总行驶距离最短为目标函数，建立基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型如下：其中，Z为公交车辆的总行驶距离，Γi表示节点i下游的节点集合，Γi-1表示节点i上游的节点集合。步骤(5)具体包括：步骤5.1：染色体编码，将疏散干路路段、之路路段和交叉口内部路段作为染色体中的基因；步骤5.2：初始化种群，令种群代数N＝0；步骤5.3：计算种群内的染色体适应度；步骤5.4：算法终止准则检验；检查现有的种群代数是否满足代数更新要求，若满足，转入步骤5.7；反之，转入步骤5.5；步骤5.5：执行遗传算子，对初始种群进行选择、交叉计算，得到新的子一代染色体；步骤5.6：种群更新，将子一代染色体集中地加入种群，并根据种群规模限制剔除种群内适应度较低的染色体，形成新一代种群，并更新种群代数N＝N+1；步骤5.7：染色体解码，对种群内适应度最优的染色体进行解码，得到公交疏散路径规划方案。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术建立的疏散区域节点-弧网络模型中，用一个虚拟终点连接所有的公交疏散终点后，可以按照单终点路网模型的路径规划方法，直接进行路径规划，而不用首先将待疏散人群分配到指定的公交疏散终点后，再进行路径规划。(2)本专利技术在规划公交疏散路径的同时，选取合适路段设置公交专用可逆车道，保障公共交通独立路权、减少行驶延误的同时充分利用了道路资源；在道路交叉口处通过封闭车道和限制转向控制，消除不同方向的公共交通流在交叉口处汇集而产生的交叉冲突点，使得公交车辆在交叉口处能够无需停车让行连续行驶，避免了公交车辆在交叉口处由于信号控制产生的停车延误，从而显著缩短了公交车辆往返疏散的循环时间，提高公共交通的疏散效率。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是疏散区域节点-弧网络模型示意图；图3是公交专用可逆车道设置方式示意图；图4是疏散干路交叉口网络示意图；图5是交叉口内部路段的二元交叉方阵示意图；图6是优化后的公交疏散路径示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如图1所示是本专利技术的流程图，具体包括以下步骤：(1)构建疏散区域的节点-弧网络模型；(2)基于可逆车道的设置方式，建立公共交通流在疏散干路上通行的约束条件；(3)建立公共交通流交叉口冲突消除约束条件；(4)以所有疏散人群的总行驶距离最短为目标函数，建立基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型；(5)选取遗传算法对基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型进行求解，得到最优的公交疏散路径规划方案。针对现有技术的不足，尽可能减少公交车辆在路段与交叉口处的延误，合理规划公交疏散路径，缩短公交车辆往返疏散的循环时间，提高公共交通的疏散效率。下面结合图2-6，对本专利技术具体实施案例进一步说明。(1)构建疏散区域的节点-弧网络模型。与交通管理部门及城市规划部门联系，结合百度地图，获取疏散区域范围内的道路网信息，以及公交疏散起点的待疏散人群数和公交疏散终点容量信息，将道路划分为疏散干路和疏散支路两类，从而构建疏散区域的节点-弧网络模型，如图2所示。具体步骤如下：步骤1.1：与交通管理部门及城市规划部门联系，结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)构建疏散区域的节点‑弧网络模型；(2)基于可逆车道的设置方式，建立公共交通流在疏散干路上通行的约束条件；(3)建立公共交通流交叉口冲突消除的约束条件；(4)以所有疏散人群的总行驶距离最短为目标函数，建立基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型；(5)选取遗传算法对基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型进行求解，得到最优的公交疏散路径规划方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)构建疏散区域的节点-弧网络模型；(2)基于可逆车道的设置方式，建立公共交通流在疏散干路上通行的约束条件；(3)建立公共交通流交叉口冲突消除的约束条件；(4)以所有疏散人群的总行驶距离最短为目标函数，建立基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型；(5)选取遗传算法对基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划模型进行求解，得到最优的公交疏散路径规划方案。2.根据权利要求1所述的基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法，其特征在于：所述步骤(1)中具体包括：步骤1.1：获取疏散区域范围内的道路网信息，包括道路长度、道路单向车道数N、公交疏散起点的待疏散人群数和公交疏散终点容量信息；步骤1.2：将疏散区域内单向车道数N≥2的道路划分为疏散干路，将单向车道数N＜2的道路划分为疏散支路；步骤1.3：构建疏散区域的节点-弧网络模型。3.根据权利要求2所述的基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法，其特征在于：所述步骤1.3中具体包括：步骤1.3.1：用网络节点k表示疏散区域内的公交疏散起点，dk为公交疏散起点k待疏散的人群数，疏散区域内所有的公交疏散起点k组成公交疏散起点集，记为NO；步骤1.3.2：用网络节点i表示疏散干路交叉口的一个进口道，疏散区域内所有的交叉口进口道节点i组成了交叉口进口道节点集，记为NI；步骤1.3.3：用网络节点a表示疏散支路与疏散干路的接入点，所有的疏散支路接入节点a组成疏散支路接入节点集，记为NA；步骤1.3.4：用网络节点s表示公交疏散终点，Vs为公交疏散终点s的容量，所有的公交疏散终点s组成了公交疏散终点集，记为S；步骤1.3.5：用实线弧段表示疏散干路，虚线弧段表示疏散支路，用相应弧段连接上述所有的网络节点，所有疏散干路路段组成了疏散干路路段集，记为AR，所有疏散支路路段组成了疏散支路路段集，记为AB；步骤1.3.6：用虚拟终点s*连接疏散区域内所有的公交疏散终点，且虚拟终点s*与其他网络节点均不直接连通，并假定连接公交疏散终点s与虚拟终点s*的道路具有无穷大的通行能力和零出行时间，该假想道路用虚线弧段表示。4.根据权利要求1所述的基于可逆车道与交叉口冲突消除的公交疏散路径规划方法，其特征在于：所述步骤(2)中具体包括：步骤2.1：两端节点相同，但通行方向相反的两条疏散干路路段不可同时设置公交专用可逆车道，具体约束条件如下：zij+zji≤11式中，zij为公交专用可逆车道设置变量，当时zij＝1，说明路段(j,i)上设有公...

【专利技术属性】
技术研发人员：任刚，段婷婷，卢佳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32