一种路网多类型监测设备组合布设方法技术

本发明专利技术属于交通信息采集技术领域，公开了一种路网多种类型监测设备组合优化布设方法。该方法首先根据具体路网结构建立道路交通网拓扑关系图，根据路网拓扑关系图，按照组合成本最小化原则、组合布设路径全覆盖原则以及组合布设路径区分原则，建立多类型监测设备组合布设非线性规划模型，求解该模型，得到安装连续监测设备的路段集合和安装点式监测设备的路段集合。按照本发明专利技术提供的方法组合布设多种类型监测设备，能够在实现路网流信息全覆盖的情况下使得组合成本最小化，降低路网信息采集系统的建设和维护费用。此外，该方法得到的路径流信息为唯一流，能够避免盲目追求全覆盖而缺乏对不同路径的区分，提高了交通信息采集系统的经济性和技术性。

A Method of Setting up Multi-type Monitoring Equipment in Road Network

The invention belongs to the technical field of traffic information acquisition, and discloses a method for optimizing the combination and layout of various types of monitoring equipment in road network. Firstly, the method establishes the road traffic network topology diagram according to the specific road network structure. According to the road network topology diagram, according to the principle of combination cost minimization, the principle of full coverage of combined layout paths and the principle of differentiation of combined layout paths, a non-linear programming model of multi-type monitoring equipment combination layout is established, and the model is solved to obtain the road segment set and safety of installing continuous monitoring equipment. Road section collection of point-loading monitoring equipment. According to the method provided by the invention, a variety of types of monitoring equipment are combined and arranged, which can minimize the combination cost and reduce the construction and maintenance cost of the road network information acquisition system under the condition of realizing full coverage of road network flow information. In addition, the path flow information obtained by this method is the only flow, which can avoid blind pursuit of full coverage and lack of distinction between different paths, and improve the economy and technology of the traffic information acquisition system.

【技术实现步骤摘要】
一种路网多类型监测设备组合布设方法
本专利技术涉及交通信息采集
，尤其涉及一种路网多类型监测设备组合布设方法。
技术介绍
在交通系统中，道路交通监测设备是获取路网交通流信息的最重要的方式，因此路网中交通监测设备的布设方式将直接影响采集到的路网交通流信息的数量和质量。其中，路网指的是在一定区域内，由各种道路组成的相互联络、交织成网状分布的道路系统。目前，常用的道路交通监测设备有点式监测设备(如传感线圈)和连续监测设备(如视频监测系统)两大类。其中，点式监测设备能够获取交通量、速度、占有率等交通流信息，安装成本和维护成本较低；相比于点式监测设备，连续监测设备能够获取到除交通量、速度、占有率等之外的交通流信息，例如，车辆经过路段的时间、车牌等，但其安装成本和维护成本高昂。因此，在庞大的路网内的每条路段均安装先进的连续监测设备是不现实的。考虑到此，可以在路网中组合布设两类监测设备，从而在实现路网流信息全覆盖的同时，保证安装和维护成本较小。然而，现有的交通监测设备布设方法均是针对单一类型的监测设备的布设(如单一的传感线圈)，没有考虑两种类型以上监测设备的组合布设，同时也未实现对路网流信息的全覆盖。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种路网类型多监测设备组合布设方法，能够在实现路网流信息全覆盖的情况下使得组合成本最小化，降低路网信息采集系统的建设和维护费用。此外，该方法得到的路径流信息为唯一流，能够避免盲目追求全覆盖而缺乏对不同路径的区分，提高了交通信息采集系统的经济性和技术性。为达到上述目的，本专利技术采用如下方案：步骤1，根据路网结构，建立路网拓扑关系图。路网拓扑关系图由路网中的交叉口及交叉口间的路段组成，路网的交叉口中存在至少1个起点和至少1个终点，1个起点和1个终点构成1个OD对，从1个起点到1个终点先后经过的路段构成1条路径，1个OD对之间存在至少1个条路径。步骤2，对于路网拓扑关系图中的任一路径ri，定义布尔变量表示路径ri是否经过路段a；若路径ri经过路段a，则取1；若路径ri不经过路段a，则取0；路段a为路网拓扑关系图中的任一路段。对于路网拓扑关系图中的任一路段a，定义布尔变量xa表示路段a是否安装有连续监测设备，定义布尔变量ya表示路段a是否安装有点式监测设备；其中，当路段a安装有连续监测设备时，xa取1；当路段a未安装连续监测设备时，xa取0；当路段a安装有点式监测设备时，ya取1；当路段a未安装点式监测设备时，ya取0；xa和ya不同时取1。步骤3，根据路网拓扑关系图，按照组合成本最小化原则、组合布设路径全覆盖原则以及组合布设路径区分原则，建立多类型监测设备组合布设非线性规划模型：minΣa∈Ac1xa+Σa∈Ac2ya其中，c1为单一连续监测设备的成本，c2为单一点式监测设备成本；A为网络拓扑关系图中所有路段构成的集合，R为网络拓扑关系图中所有路径构成的集合；rj和rk为路网拓扑关系图中的任一路径；Rs为通过Uc能够识路径的集合，Rc为通过Uc能够识别的路径的集合；US为安装连续监测设备路段的集合，Uc为安装点式监测设备路段的集合；∪为取并集，∩为取交集，为空集；ξc为布尔变量，表示Hc是否满秩，Hc满秩时为1，Hc不满秩时为0；Hc为Uc与路径关联的矩阵；步骤4，求解多类型监测设备组合布设非线性规划模型，得到安装连续监测设备的路段集合和安装点式监测设备的路段集合。基于本专利技术提出的一种路网多种类型监测设备组合优化布设方法，在路网中组合布设监测设备，首先根据具体路网结构建立道路交通网络拓扑关系图，按照组合成本最小化原则、组合布设路径全覆盖原则以及组合布设路径区分原则，建立多类型监测设备组合布设非线性规划模型，然后求解多类型监测设备组合布设非线性规划模型，得到安装连续监测设备的路段集合和安装点式监测设备的路段集合。本专利技术在建立模型时，依据的是组合成本最小化原则、组合布设路径全覆盖原则以及组合布设路径区分原则，因此，按照本专利技术提供的方法求解的安装连续监测设备和安装点式监测设备的集合，能够在实现路网流信息全覆盖的情况下使得组合成本最小化，降低路网信息采集系统的建设和维护费用。此外，该方法得到的路径流信息为唯一流，能够避免盲目追求全覆盖而缺乏对不同路径的区分，提高了交通信息采集系统的经济性和技术性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种路网多类型监测设备组合布设方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种示意性的路网拓扑关系图；图3为本专利技术实施例提供的一种求解单一连续监测设备全覆盖布设规划模型的流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种求解多类型监测设备组合布设非线性规划模型的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1所示为本专利技术实施例提供的一种路网多类型监测设备组合布设方法的流程示意图。参见图1，本专利技术实施例提供的路网多类型监测设备组合布设方法包括以下步骤：步骤1，根据路网结构，建立路网拓扑关系图。其中，路网拓扑关系图由路网中的交叉口及交叉口间的路段组成，路网的交叉口中存在至少1个起点和至少1个终点，1个起点和1个终点构成1个OD对，从1个起点到1个终点先后经过的路段构成1条路径，1个OD对之间存在至少1条路径。示例性的，以图2所示的路网拓扑关系图为例，该路网包括五个交叉口，分别为交叉口①至交叉口⑤，其中交叉口①为起点，交叉口④和⑤为终点；七个路段，分别为路段1至路段7；两个OD对，分别为OD对①-④和OD对①-⑤；六条路径，分别为路径r1至路径r6，其中，路径r1由路段1和4构成，路径r2由路段1、3和6构成，路径r3由路段2和6构成，路径r4由路段1和5构成，路径r5由路段1、3和7构成，路径r6由路段2和7构成。路径r1、r2及r3为OD对①-④之间的路径，路径r4、r5及r6为OD对①-⑤之间的路径。步骤2，对于路网拓扑关系图中的任一路径ri，定义布尔变量表示路径ri是否经过路段a；对于路网拓扑关系图中的任一路段a，定义布尔变量xa表示路段a是否安装有连续监测设备，定义布尔变量ya表示路段a是否安装有点式监测设备。其中，若路径ri经过路段a，则取1；若路径ri不经过路段a，则取0；路段a为路网拓扑关系图中的任一路段；当路段a安装有连续监测设备时，xa取1；当路段a未安装连续监测设备时，xa取0；当路段a安装有点式监测设备时，ya取1；当路段a未安装点式监测设备时，ya取0；xa和ya不同时取1。步骤3，根据路网拓扑关系图，按照组合成本最小化原则、组合布设路径全覆盖原则以及组合布设路径区分原则，建立多类型监测设备组合布设非线性规划模型。其中，多类型监测设备组合布设非线性规划模型为：minΣa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种路网多类型监测设备组合布设方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据路网结构，建立路网拓扑关系图；所述路网拓扑关系图由路网中的交叉口及交叉口间的路段组成，路网的交叉口中存在至少1个起点和至少1个终点，1个起点和1个终点构成1个OD对，从1个起点到1个终点先后经过的路段构成1条路径，1个OD对之间存在至少1个条路径；步骤2，对于所述路网拓扑关系图中的任一路径ri，定义布尔变量

【技术特征摘要】
1.一种路网多类型监测设备组合布设方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据路网结构，建立路网拓扑关系图；所述路网拓扑关系图由路网中的交叉口及交叉口间的路段组成，路网的交叉口中存在至少1个起点和至少1个终点，1个起点和1个终点构成1个OD对，从1个起点到1个终点先后经过的路段构成1条路径，1个OD对之间存在至少1个条路径；步骤2，对于所述路网拓扑关系图中的任一路径ri，定义布尔变量表示路径ri是否经过路段a；若路径ri经过路段a，则取1；若路径ri不经过路段a，则取0；路段a为所述路网拓扑关系图中的任一路段；对于所述路网拓扑关系图中的任一路段a，定义布尔变量xa表示路段a是否安装有连续监测设备，定义布尔变量ya表示路段a是否安装有点式监测设备；其中，当路段a安装有连续监测设备时，xa取1；当路段a未安装连续监测设备时，xa取0；当路段a安装有点式监测设备时，ya取1；当路段a未安装点式监测设备时，ya取0；xa和ya不同时取1；步骤3，根据路网拓扑关系图，按照组合成本最小化原则、组合布设路径全覆盖原则以及组合布设路径区分原则，建立多类型监测设备组合布设非线性规划模型：min∑a∈Ac1xa+∑a∈Ac2ya其中，c1为单一连续监测设备的成本，c2为单一点式监测设备成本；A为所述网络拓扑关系图中所有路段构成的集合，R为所述网络拓扑关系图中所有路径构成的集合；rj和rk为所述路网拓扑关系图中的任一路径；Rs为通过Uc能够识路径的集合，Rc为通过Uc能够识别的路径的集合；US为安装连续监测设备路段的集合，Uc为安装点式监测设备路段的集合；∪为取并集，∩为取交集，为空集；ξc为布尔变量，表示Hc是否满秩，Hc满秩时为1，Hc不满秩时为0；Hc为Uc与路径关联的矩阵；步骤4，求解所述多类型监测设备组合布设非线性规划模型，得到安装连续监测设备的路段集合和安装点式监测设备的路段集合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4包括以下步骤：(4.1)根据所述网络拓扑关系图，按照布设路径全覆盖原则以及布设路径区分原则，建立所述单一连续监测设备全覆盖布设规划模型：(4.2)求解所述单一连续监测设备全覆盖布设规划模型，得到安装单一连续监测设备的路段集合；(4.3)利用所述安装单一连续监测设备的路段集合，求解所述多类型监测设备组合布设非线性规划模型，得到安装连续监测设备的路段集合和安装点式监测设备的路段集合。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(4.2)包括以下子步骤：(4.2a)初始化：令U表示安装单一连续监测设备的路段集合，并将U初始化为空集；令表示集合U在集合A中的补集；(4.2b)计算并输入所述网络拓扑关系图的路径-路段关联矩阵Hrl：其中，m表示网络拓扑关系图中的路径个数，n表示网络拓扑关系图中的路段个数，表示路径ri是否经过第l个路段的布尔变量，若路径ri经过第l个路段，取1；若路径ri不经过第l个路段，取0；i∈[1,2,...,m]，l∈[1,2,...,n]；(4.2c)根据所述路径-路段关联矩阵Hrl，生成路径区分矩阵H_differ；其中，所述路径区分矩阵H_differ为路径-路段关联矩阵Hrl的列向量两两相减构成的矩阵，令则所述路径区分矩阵i、j∈{1,2,...,m}且i≠j，H_differ为的矩阵，表示从m个不同元素中任取2个元素并成...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建蓓，单东辉，张志伟，叱干都，骆中斌，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61