一种断头路打通后路网效率增益预测方法技术

本发明专利技术提出一种断头路打通后路网效率增益预测方法，包括道路网络矢量数据的预处理；根据道路网提取断头路；将道路网划分成数个子社区；将断头路与所在的子社区进行匹配；模拟单组断头路打通前后，子社区内流量分配后的平衡状态；根据打通前后路网平衡状态，计算断头路增益指数；对下一单组断头路进行处理，直到实现所有的断头路组打通后路网效率增益预测。本发明专利技术通过自动将路网划分成子社区来计算断头路打通后的增益性，避免路网规模带来的影响；并通过对OD需求的约束，有效关注容易引发级联失效的路网节点；通过约束增益性统计单元为有车当量通过的道路，避免了没有流量的道路参与运算，能够有效合理地衡量打通断头路对于路网效率的增益性。路网效率的增益性。路网效率的增益性。

【技术实现步骤摘要】
一种断头路打通后路网效率增益预测方法


[0001]本专利技术涉及一种交通道路网优化评估方法领域，尤其涉及一种断头路打通后路网效率增益预测方法。

技术介绍

[0002]随着城市发展模式由“增量”转入“存量”后，已无足量空间给予道路大规模的“扩容改造”，打通现有的断头路用于改善路网微循环，更新城市规划。作为城市道路工程的内容之一，需要使用合理的智能化方法来自动量化评估打通断头路的收益，并将其运用于实际优化应用。
[0003]预测打通道路带来的增益，传统的做法是计算改善网络后，最短出行路径变化。计算路网的效率改变情况时，通常是在道路网络上模拟流量分配，计算未改善网络和改善网络两个状态的差异。当路网范围过大时，打通断头路对长距离交通流量影响甚微；在较小范围内计算，会放大断头路的影响，不同规模的路网会影响增益的评估。
[0004]本专利技术提出一种断头路打通后路网效率增益预测方法，可以自动将路网划分成子社区来计算断头路打通后的增益性，避免路网规模带来的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术通过提供一种断头路打通后路网效率增益预测方法，解决了现有技术中打通断头路后路网效率增益性受路网规模影响的问题。
[0006]本专利技术提供一种断头路打通后路网效率增益预测方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、道路网络矢量数据的预处理；
[0008]步骤2、根据道路网提取断头路；
[0009]步骤3、将道路网划分成数个子社区；
[0010]步骤4、将断头路与所在的子社区进行匹配；
[0011]步骤5、模拟单组断头路打通前后，子社区内流量分配后的平衡状态；
[0012]步骤6、根据打通前后路网平衡状态，计算断头路增益指数；
[0013]步骤7、重复步骤5
‑
6对下一单组断头路进行处理，直到实现所有的断头路组打通后路网效率增益预测。
[0014]而且，所述步骤1中道路网络矢量数据的预处理，包括排除拓扑错误、将路段转为用头尾节点和边表示的图数据结构。
[0015]而且，所述步骤2的实现方式包括如下子步骤，
[0016]步骤2.1，根据拓扑特征筛选出道路网中仅有一个悬挂点的路段特征边；
[0017]步骤2.2，根据预设的距离阈值，对筛选出的路段特征边进行线延伸操作；
[0018]步骤2.3，将线延伸后能与已有道路衔接的特征边视为待打通的断头路并保留；
[0019]步骤2.4，遍历所有的路段特征边，重复步骤2.2
‑
2.3；
[0020]步骤2.5，遍历所有断头路，将能够通过节点衔接的断头路视为一组。
[0021]而且，所述步骤3的实现方式包括如下子步骤，
[0022]步骤3.1，根据道路网拓扑图节点坐标和边权重数据，计算时间成本矩阵T和权重矩阵W如下，
[0023][0024]其中，i，j表示路网拓扑图中的不同节点，t
ij
表示节点i，j连接的路段的自由通行的时间，w
ij
表示节点i，j连接的路段的权重，length(i,j)是节点i，j连接的路段长度，speed(i,j)是节点i，j连接的路段限速，speed
max
和speed
min
是路段限速的最大值和最小值；
[0025]步骤3.2，将道路网中的互异的两节点设定为OD点对，使用广度优先搜索算法查找所有OD对上的最短路径，获得最短路径矩阵S如下，
[0026]S＝(s
ij
),s
ij
＝{p1,p2,
…
,p
n
}
[0027]其中i，j表示路网拓扑图中的不同节点，s
ij
为节点i,j间最短路径的节点集合，节点i,j间最短路径中依次包括节点p1,p2,
…
,p
n
，n表示最短路径中节点数目，；
[0028]步骤3.3，使用最短路径矩阵S计算每个路段的中介中心性；
[0029]步骤3.4，在路网中移除最大中介中心性的路段p，并计算模块度Q；
[0030]步骤3.5，获取路网的当前社区个数N，并更新路网用于重新计算矩阵T和W；重复步骤3.1
‑
3.5，直到模块度达到最大值Q
max
结束迭代。
[0031]而且，步骤3.4采用的模块度Q计算公式如下，
[0032][0033]其中，u、v表示不同的社区结构，e
uv
是路网中连接社区结构u和社区结构v的路段；w
uv
表示的是社区结构u和v间路段权重的平均值；所得A
u
是连接到社区结构u中节点的加权路段的分数。
[0034]而且，所述步骤4中，如果头尾节点不在同一社区内，判定断头路跨社区，跨社区的断头路将被视为两个社区组成的组合社区内部断头路。
[0035]而且，所述步骤5的实现方式包括如下子步骤，
[0036]步骤5.1，根据断头路所在的社区，选取该社区内有跨社区路段连接的节点以及社区内范围外入境悬挂点，两两间构造OD出行需求；
[0037]步骤5.2，构造出行时间成本函数，根据如下BPR函数：
[0038][0039]其中a表示路段，t
a
表示在自由通行下的时间，T
a
表示在一定车流X
a
,道路通行能力C
a
下通过路段a的时间，变量β和n分别取0.15和4；
[0040]步骤5.3，根据步骤5.1的出行需求，使用连续平均法分别对断头路打通后的道路网以及原始道路网进行流量分配；
[0041]步骤5.4，输出两个道路网在流量分配后达到平衡时，路网中每段路段上的交通信息。
[0042]而且，步骤5.1中，构建出行需求的点由跨社区路段连接的节点以及社区内范围外入境悬挂点构成。
[0043]而且，步骤5.3中，以整体出行时间最小化作为约束条件，整体出行时间成本下降
小于预设阈值，作为连续平均法迭代收敛条件，分别对断头路打通后的道路网以及原始道路网进行流量分配。
[0044]而且，所述步骤6计算断头路增益指数采用公式如下，
[0045][0046]其中，A为路段的集合，x
a
、T
a
为路段a上的车流当量和通过的时间成本，N
a
为在此次流量分配中X
a
>0的路段的总数，e为流量平衡时的路段平均速率；I
b
为断头路b的增益指数，e
before
为原始路网下流量平衡时的路段平均速率，e
after
为打通断头路后流量平衡时的路段平均速率，Δe为打通断头路前后的路段平均速率差异。
[0047]与现有技术相比，本专利技术的优点：
[0048](1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种断头路打通后路网效率增益预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、道路网络矢量数据的预处理；步骤2、根据道路网提取断头路；步骤3、将道路网划分成数个子社区；步骤4、将断头路与所在的子社区进行匹配；步骤5、模拟单组断头路打通前后，子社区内流量分配后的平衡状态；步骤6、根据打通前后路网平衡状态，计算断头路增益指数；步骤7、重复步骤5
‑
6对下一单组断头路进行处理，直到实现所有的断头路组打通后路网效率增益预测。2.根据权利要求1所述的一种断头路打通后路网效率增益预测方法，其特征在于：所述步骤1中道路网络矢量数据的预处理，包括排除拓扑错误、将路段转为用头尾节点和边表示的图数据结构。3.根据权利要求1所述的一种断头路打通后路网效率增益预测方法，其特征在：所述步骤2的实现方式包括如下子步骤，步骤2.1，根据拓扑特征筛选出道路网中仅有一个悬挂点的路段特征边；步骤2.2，根据预设的距离阈值，对筛选出的路段特征边进行线延伸操作；步骤2.3，将线延伸后能与已有道路衔接的特征边视为待打通的断头路并保留；步骤2.4，遍历所有的路段特征边，重复步骤2.2
‑
2.3；步骤2.5，遍历所有断头路，将能够通过节点衔接的断头路视为一组。4.根据权利要求1所述的一种断头路打通后路网效率增益预测方法，其特征在于：所述步骤3的实现方式包括如下子步骤，步骤3.1，根据道路网拓扑图节点坐标和边权重数据，计算时间成本矩阵T和权重矩阵W如下，其中，i，j表示路网拓扑图中的不同节点，t
ij
表示节点i，j连接的路段的自由通行的时间，w
ij
表示节点i，j连接的路段的权重，length(i，j)是节点i，j连接的路段长度，speed(i，j)是节点i，j连接的路段限速，speed
max
和speed
min
是路段限速的最大值和最小值；步骤3.2，将道路网中的互异的两节点设定为OD点对，使用广度优先搜索算法查找所有OD对上的最短路径，获得最短路径矩阵S如下，S＝(s
ij
)，s
ij
＝{p1，p2，...，p
n
}其中i，j表示路网拓扑图中的不同节点，s
ij
为节点i，j间最短路径的节点集合，节点i，j间最短路径中依次包括节点p1，p2，...，p
n
，n表示最短路径中节点数目，；步骤3.3，使用最短路径矩阵S计算每个路段的中介中心性；步骤3.4，在路网中移除最大中介中心性的路段p，并计算模块度Q；步骤3.5，获取路网的当前社区个数N，并更新路网用于重新计算矩阵T和W；重复步骤3.1
‑
3.5，直到模块度达到最大值Q<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳东，何伟涛，赵剑，姚雪东，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：