城市路网级联失效负载再分配方法组成比例

本发明专利技术提供一种城市路网级联失效负载再分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、初始化有向加权网络，确定网络中所有边的通行能力；步骤二、调查网络中所有边的初始负载，利用BPR函数计算各边的初始权重；步骤三、在t时刻从网络中选取一条边作为失效边，获得失效边上的负载；步骤四、在t+1时刻，将失效边上的负载分配至相邻边上；步骤五、计算相邻边t+1时刻的负载；判断在t+1时刻各相邻边是否处于过饱和状态，若所有相邻边的负载小于各相邻边的最大通行能力，则级联失效终止，否则重复步骤四直至所有相邻边的负载小于其通行能力。本发明专利技术考虑了城市道路交通的有向性及路段阻抗，构建了一个加权有向的城市道路交通网络拓扑网络图。

Method of cascaded failure load redistribution in urban road network

【技术实现步骤摘要】
城市路网级联失效负载再分配方法
本专利技术涉及一种城市路网级联失效负载再分配方法。
技术介绍
城市路网级联失效是当城市道路交通网络遇到一些突发事件，从而引起其他道路拥堵甚至导致城市路网大面积瘫痪的现象。2002年，Moreno等人最早针对无标度网络提出一种网络级联失效的模型，通过赋予每个节点一个安全阈值并假设在节点的负荷超过设定的安全阈值时，定义节点发生失效。并将其负荷平均地传送给与其连接的无故障节点，将这些故障的节点从网络图中除去，通过研究发现对于较小的负荷，其级联失效的规模较小。2005年，Kinney等人对北美电力网络进行了失效分析，采用将网络中负荷最大的节点移除的方式对网络进行节点失效模拟，模拟结果发现，移除的节点会导致网路中其他节点过载，最终导致网络的性能相较正常状态降低许多，并且网络效率降低的比例会随着节点过载容许参数的减少而增大；针对随机网络图，Watts采用二值影响模型进行了网络的相继故障分析。国内，吴建军等在约束局部模型的基础上将交通网络的部分特例考虑其中，针对城市交通网络建立了三种不同移除条件下的级联失效模型。王正武等将城市路网定义为由上层出行网络和下层道路网络共同组成的双层网络结构，但对于节点或边容量的定义上，仍旧采用传统的正比于节点或边初始流量的方法。张喜平研究了基于引力场路由的复杂路网的动态配流方法，为对偶结构的路网进行动态流量分配，提出了基于引力场路由策略的复杂网络级联失效的负载—容量模型。城市道路交通网络的级联失效现象可以辅助决策者在面对突发事件时制定合理的城市道路管理政策、措施，便于出行者对路径的选择；同时对于预防城市道路交通网络大面积瘫痪、提升路网可靠性具有重要的意义。现有技术中，关于级联失效条件下负载重新分配的方法有：(1)通过计算邻居节点在初始容量基础上可承担最大的流量与所有邻居节点可承担的最大流量的比值来进行分配的；(2)针对与崩溃节点相邻的各个非崩溃节点，作为崩溃节点所对应的各个待分配节点，获得各个待分配节点来自崩溃节点的分配负载以及占崩溃节点负载的比例，直至待分配节点的负载小于负载上限；(3)根据通信网络和电力网络中的设备信息抽象简化为耦合网络拓扑模型，根据耦合网络的特点建立节点容量模型，攻击网络中的节点，引起通信网节点和边的失效，将失效节点的容量按照最近邻分配和全局分配两种方式进行重新分配。上述方法中，第一种方法实质上是根据邻居节点的容量与所有邻居节点的容量的比来进行负载重新分配的。第二种方法是通过计算各个待分配节点占崩溃节点负载的比例来将负载重新分配的。第三种方法是一种基于电网条件下建立的耦合网络拓扑图，其中对于负载的分配采用了两种方式，一种是最近邻分配，另一种是全局分配，忽略了网络本身的特性，可能会引起更为严重的级联失效现象。解决城市路网级联失效现象的方法主要是通过对失效路段容量重新分配。在计算容量再分配时，主要有两种，一种是依据其相邻的节点和边剩余容量的比例重新分配到失效节点和边的邻接节点和边上；另一种则是将失效边从网络中删除后重新根据用户平衡的规则进行流量分配。(1)依据相邻节点和边剩余容量的比例重新分配假设t时刻邻接节点j和邻接边ej获得的负载为Δj、则Δj和如下式所示；式中：τi为失效节点i的所有邻接节点；为失效边ei的所有邻接边；为t时刻失效节点i边ei上的负载；为节点和边的负载传播函数。(2)用户平衡规则重新分配式中，为出发地r，目的地s的OD间第k条路径的阻抗，为选择概率，qrs为OD对间所有被选路径的容量，为邻居节点被分配的容量。利用相邻节点和边剩余容量的比例重新分配可以将失效路段容量快速分配出去，但可能会引起路网再次失效，对于大规模路网会导致瘫痪；利用用户平衡的方法进行配流需要建立在出行者对于整个网络阻抗的精确把握，但往往这些是很难实现的。城市道路交通网络是一个加权有向的网络，将失效节点或边直接从网络中移除并不符合城市道路交通网络。城市道路交通网络具有拥挤特性，只从失效边的数量来反映失效程度并不能够充分体现节点或边失效对于道路交通网络的影响。以上两种方法均有上述局限性，为改善城市道路交通级联失效现象，提出了基于负载容量模型的城市路网级联失效时负载重分配方法。
技术实现思路
根据上述提出的利用相邻节点和边剩余容量的比例重新分配可以将失效路段容量快速分配出去，但可能会引起路网再次失效，对于大规模路网会导致瘫痪；利用用户平衡的方法进行配流需要建立在出行者对于整个网络阻抗的精确把握，但往往这些是很难实现的；城市道路交通网络是一个加权有向的网络，将失效节点或边直接从网络中移除并不符合城市道路交通网络；城市道路交通网络具有拥挤特性，只从失效边的数量来反映失效程度并不能够充分体现节点或边失效对于道路交通网络的影响的技术问题，而提供一种城市路网级联失效负载再分配方法。本专利技术主要考虑了城市道路交通的有向性及路段阻抗，构建了一个加权有向的城市道路交通网络拓扑网络图；在已有的负载—容量失效模型基础上，考虑了失效负载的局部优先分配规则，建立了城市道路交通网络路段失效模型；对于网络中节点的失效的求解，可结合道路交通实际情况，将节点的失效等价的转化为路段的失效，构建了城市道路交通网络节点的失效模型。本专利技术采用的技术手段如下：一种城市路网级联失效负载再分配方法，包括如下步骤：步骤一、初始化有向加权网络G，确定网络中所有边的通行能力步骤二、调查网络中所有边的初始负载利用BPR函数计算各边的初始权重步骤三、在t时刻从网络中选取一条边eij作为失效边，获得失效边eij上的负载步骤四、在t+1时刻，将失效边上的负载分配至相邻边上；步骤五、计算相邻边t+1时刻的负载；判断在t+1时刻各相邻边是否处于过饱和状态，若所有相邻边的负载小于各相邻边的最大通行能力，则级联失效终止，否则重复步骤四直至所有相邻边的负载小于其通行能力。进一步地，步骤二中，所述初始权重满足如下公式：式中，为路段eij上的初始权重，利用BPR函数确定；tij为路段eij上的自由行程时间；表示路段eij上的交通流量；表示路段eij的通行能力；α、β分别为BPR函数的参数。进一步地，步骤三中，所述失效边上的负载满足如下公式：式中，为失效边eij上的负载；表示路段eij上的初始交通流量。进一步地，步骤四中，所述相邻边为与失效路段相连的路段，包括两类，第一类为与失效边方向完全相反或近似相反的相邻边；第二类为与失效边方向夹角小于θ的相邻边，其中，所述θ大于或等于90°。进一步地，分配到第一类所有相邻边的负载占失效边上总负载的ε倍，分配到第二类所有相邻边上的总负载为失效边上总负载的(1-ε)倍，其中每个同类相邻边被分配的负载为此相邻边占所有此类相邻边权重的比例；当失效路段不存在相邻路段时，所述失效路段为一条断头路，不进行失效的负载的分配，所述失效路段无法影响到其他路段。进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市路网级联失效负载再分配方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、初始化有向加权网络G，确定网络中所有边的通行能力

【技术特征摘要】
1.一种城市路网级联失效负载再分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、初始化有向加权网络G，确定网络中所有边的通行能力
步骤二、调查网络中所有边的初始负载利用BPR函数计算各边的初始权重
步骤三、在t时刻从网络中选取一条边eij作为失效边，获得失效边eij上的负载
步骤四、在t+1时刻，将失效边上的负载分配至相邻边上；
步骤五、计算相邻边t+1时刻的负载；判断在t+1时刻各相邻边是否处于过饱和状态，若所有相邻边的负载小于各相邻边的最大通行能力，则级联失效终止，否则重复步骤四直至所有相邻边的负载小于其通行能力。


2.根据权利要求1所述的城市路网级联失效负载再分配方法，其特征在于，步骤二中，所述初始权重满足如下公式：



式中，为路段eij上的初始权重，利用BPR函数确定；tij为路段eij上的自由行程时间；表示路段eij上的交通流量；表示路段eij的通行能力；α、β分别为BPR函数的参数。


3.根据权利要求1所述的城市路网级联失效负载再分配方法，其特征在于，步骤三中，所述失效边上的负载满足如下公式：



式中，为失效边eij上的负载；表示路段eij上的初始交通流量。


4.根据权利要求1所述的城市路网级联失效负载再分配方法，其特征在于，步骤四中，所述相邻边为与失效路段相连的路段，包括两类，第一类为与失效边方向完全相反或近似相反的相邻边；第二类为与失效边方向夹角小于θ的相邻边，其中，所述θ大于或等于90°。


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【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞军，张佳垚，田杭，刘淼，姬帆，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21