一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法及系统。所述方法包括：分别基于结构的策略和流的策略选选取道路得到各设定取样比例下的结构攻击目标道路集合、结构防护目标道路集合、流攻击目标道路集合和流防护目标道路集合；将所有集合进行组合得到多个攻防策略组合；根据攻防策略组合对拓扑图进行更新得到更新拓扑图，并计算更新拓扑图的最大连通子图；根据所有攻防策略组合对应的最大连通子图确定设定取样比例下的收益矩阵，并基于收益矩阵，以期望收益最大为目标得到防护者的均衡收益；根据各设定取样比例下防护者的均衡收益确定交通脆弱性。本发明专利技术能够确定复杂的、多变的交通风险场景的交通脆弱性。多变的交通风险场景的交通脆弱性。多变的交通风险场景的交通脆弱性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法及系统


[0001]本专利技术涉及城市交通
，特别是涉及一种基于攻防同时博弈的城市 交通脆弱性确定方法及系统。

技术介绍

[0002]在现有的交通仿真方法中，借助交通经典交通流模型或不同粒度的交通仿 真工具，可以针对特定场景进行交通系统脆弱性的仿真分析。然而，此类方法 仅能模拟特定场景，难以对未来可能发生具有高度不确定性的未知风险的场景 和更加复杂的“发生
‑
反应
‑
再反应”交互场景进行交通系统脆弱性的分析。
[0003]
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法 及系统，能够确定复杂的、多变的交通风险场景的城市交通脆弱性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法，包括：
[0007]构建城市交通网络的拓扑图并根据所述拓扑图确定各道路的边介数；所述 拓扑图中的点表示路口；所述拓扑图中的边表示各路口之间的道路；
[0008]获取各道路的速度集合，并根据各所述道路的速度集合确定所述道路的拥 堵频率；所述速度集合为每日设定时段内的相对行驶速度；
[0009]在多个不同的设定取样比例下，攻击者和防护者分别基于结构的策略选取 道路得到各设定取样比例下的结构攻击目标道路集合和结构防护目标道路集 合，分别基于流的策略选取道路得到各设定取样比例下的流攻击目标道路集合 和流防护目标道路集合；所述基于结构的策略为根据各所述道路的边介数选取 设定取样比例的道路；所述基于流的策略为根据各所述道路的拥堵频率选取设 定取样比例的道路；
[0010]对于任意一个所述设定取样比例，将所述结构攻击目标道路集合、所述结 构防护目标道路集合、所述流攻击目标道路集合和所述流防护目标道路集合进 行组合得到多个攻防策略组合；
[0011]对于所述设定取样比例对应的任意一个攻防策略组合，根据所述攻防策略 组合对所述拓扑图进行更新得到所述攻防策略组合对应的更新拓扑图，并计算 所述攻防策略组合对应的更新拓扑图的最大连通子图；
[0012]根据所述设定取样比例下所有所述攻防策略组合对应的更新拓扑图的最 大连通子图确定所述设定取样比例下的收益矩阵，所述收益矩阵包括各所述攻 防策略组合下攻击者的收益和防护者的收益；并基于所述设定取样比例下的收 益矩阵，以所述设定取样比例下攻击者的期望收益最大且防护者的期望收益最 大为目标得到所述设定取样比例下，均衡条件下防护者和攻击者的均衡收益； 所述均衡条件为所述攻击者和所述防护者达到
纳什均衡；
[0013]根据各所述设定取样比例下所述防护者的均衡收益确定所述城市交通网 络的脆弱性。
[0014]可选的，所述攻击者和防护者分别基于结构的策略选取道路得到各设定取 样比例下的结构攻击目标道路集合和结构防护目标道路集合，分别基于流的策 略选取道路得到各设定取样比例下的流攻击目标道路集合和流防护目标道路 集合，具体包括：
[0015]根据各道路的边介数对各所述道路进行排序，从大到小选取所述设定取样 比例的道路作为结构攻击目标道路集合；
[0016]根据各道路的边介数对各所述道路进行排序，从大到小选取所述设定取样 比例的道路作为结构防护目标道路集合；
[0017]根据各道路的拥堵频率对各所述道路进行排序，从大到小选取所述设定取 样比例的道路作为流攻击目标道路集合；
[0018]根据各道路的拥堵频率对各所述道路进行排序，从大到小选取所述设定取 样比例的道路作为流防护目标道路集合。
[0019]可选的，所述根据各所述道路的速度集合确定所述道路的拥堵频率，具体 包括：
[0020]根据所述道路的速度集合确定所述道路的拥堵时刻；
[0021]根据所述拥堵时刻和所述设定时段确定所述道路的日拥堵频率；
[0022]根据所述道路多日的日拥堵频率计算所述道路的拥堵频率平均值；
[0023]确定所述道路的拥堵频率平均值为所述道路的拥堵频率。
[0024]可选的，所述将所述结构攻击目标道路集合、所述结构防护目标道路集合、 所述流攻击目标道路集合和所述流防护目标道路集合进行组合得到多个攻防 策略组合，具体包括：
[0025]将所述结构攻击目标道路集合分别与所述结构防护目标道路集合和所述 流防护目标道路集合进行组合得到两个攻防策略组合；
[0026]将所述流攻击目标道路集合分别与所述结构防护目标道路集合和所述流 防护目标道路集合进行组合得到两个攻防策略组合。
[0027]可选的，所述根据所述攻防策略组合对所述拓扑图进行更新得到所述攻防 策略组合对应的更新拓扑图，具体包括：
[0028]根据所述攻防策略组合对各所述道路的实际运行速度进行更新得到各所 述道路的更新速度，所述实际运行速度为所述速度集合内任一时刻的相对行驶 速度；
[0029]根据各所述道路的更新速度对所述拓扑图进行更新得到所述攻防策略组 合对应的更新拓扑图。
[0030]一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定系统，包括：
[0031]边介数确定模块，用于构建城市交通网络的拓扑图并根据所述拓扑图确定 各道路的边介数；所述拓扑图中的点表示路口；所述拓扑图中的边表示各路口 之间的道路；
[0032]拥堵频率确定模块，用于获取各道路的速度集合，并根据各所述道路的速 度集合确定所述道路的拥堵频率；所述速度集合为每日设定时段内的相对行驶 速度；
[0033]攻防策略目标选择模块，用于在多个不同的设定取样比例下，攻击者和防 护者分别基于结构的策略选取道路得到各设定取样比例下的结构攻击目标道 路集合和结构防护
目标道路集合，分别基于流的策略选取道路得到各设定取样 比例下的流攻击目标道路集合和流防护目标道路集合；所述基于结构的策略为 根据各所述道路的边介数选取设定取样比例的道路；所述基于流的策略为根据 各所述道路的拥堵频率选取设定取样比例的道路；
[0034]攻防策略组合确定模块，用于对于任意一个所述设定取样比例，将所述结 构攻击目标道路集合、所述结构防护目标道路集合、所述流攻击目标道路集合 和所述流防护目标道路集合进行组合得到多个攻防策略组合；
[0035]最大连通子图确定模块，用于对于所述设定取样比例对应的任意一个攻防 策略组合，根据所述攻防策略组合对所述拓扑图进行更新得到所述攻防策略组 合对应的更新拓扑图，并计算所述攻防策略组合对应的更新拓扑图的最大连通 子图；
[0036]均衡收益确定模块，用于根据所述设定取样比例下所有所述攻防策略组合 对应的更新拓扑图的最大连通子图确定所述设定取样比例下的收益矩阵，所述 收益矩阵包括各所述攻防策略组合下攻击者的收益和防护者的收益；并基于所 述设定取样比例下的收益矩阵，以所述设定取样比例下的攻击者的期望收益最 大且防护者的期望收益最大为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法，其特征在于，包括：构建城市交通网络的拓扑图并根据所述拓扑图确定各道路的边介数；所述拓扑图中的点表示路口；所述拓扑图中的边表示各路口之间的道路；获取各道路的速度集合，并根据各所述道路的速度集合确定所述道路的拥堵频率；所述速度集合为每日设定时段内的相对行驶速度；在多个不同的设定取样比例下，攻击者和防护者分别基于结构的策略选取道路得到各设定取样比例下的结构攻击目标道路集合和结构防护目标道路集合，分别基于流的策略选取道路得到各设定取样比例下的流攻击目标道路集合和流防护目标道路集合；所述基于结构的策略为根据各所述道路的边介数选取设定取样比例的道路；所述基于流的策略为根据各所述道路的拥堵频率选取设定取样比例的道路；对于任意一个所述设定取样比例，将所述结构攻击目标道路集合、所述结构防护目标道路集合、所述流攻击目标道路集合和所述流防护目标道路集合进行组合得到多个攻防策略组合；对于所述设定取样比例对应的任意一个攻防策略组合，根据所述攻防策略组合对所述拓扑图进行更新得到所述攻防策略组合对应的更新拓扑图，并计算所述攻防策略组合对应的更新拓扑图的最大连通子图；根据所述设定取样比例下所有所述攻防策略组合对应的更新拓扑图的最大连通子图确定所述设定取样比例下的收益矩阵，所述收益矩阵包括各所述攻防策略组合下攻击者的收益和防护者的收益；并基于所述设定取样比例下的收益矩阵，以所述设定取样比例下攻击者的期望收益最大且防护者的期望收益最大为目标得到所述设定取样比例下，均衡条件下防护者和攻击者的均衡收益；所述均衡条件为所述攻击者和所述防护者达到纳什均衡；根据各所述设定取样比例下所述防护者的均衡收益确定所述城市交通网络的脆弱性。2.根据权利要求1所述的一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法，其特征在于，所述攻击者和防护者分别基于结构的策略选取道路得到各设定取样比例下的结构攻击目标道路集合和结构防护目标道路集合，分别基于流的策略选取道路得到各设定取样比例下的流攻击目标道路集合和流防护目标道路集合，具体包括：根据各道路的边介数对各所述道路进行排序，从大到小选取所述设定取样比例的道路作为结构攻击目标道路集合；根据各道路的边介数对各所述道路进行排序，从大到小选取所述设定取样比例的道路作为结构防护目标道路集合；根据各道路的拥堵频率对各所述道路进行排序，从大到小选取所述设定取样比例的道路作为流攻击目标道路集合；根据各道路的拥堵频率对各所述道路进行排序，从大到小选取所述设定取样比例的道路作为流防护目标道路集合。3.根据权利要求1所述的一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法，其特征在于，所述根据各所述道路的速度集合确定所述道路的拥堵频率，具体包括：根据所述道路的速度集合确定所述道路的拥堵时刻；根据所述拥堵时刻和所述设定时段确定所述道路的日拥堵频率；根据所述道路多日的日拥堵频率计算所述道路的拥堵频率平均值；
确定所述道路的拥堵频率平均值为所述道路的拥堵频率。4.根据权利要求1所述的一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法，其特征在于，所述将所述结构攻击目标道路集合、所述结构防护目标道路集合、所述流攻击目标道路集合和所述流防护目标道路集合进行组合得到多个攻防策略组合，具体包括：将所述结构攻击目标道路集合分别与所述结构防护目标道路集合和所述流防护目标道路集合进行组合得到两个攻防策略组合；将所述流攻击目标道路集合分别与所述结构防护目标道路集合和所述流防护目标道路集合进行组合得到两个攻防策略组合。5.根据权利要求1所述的一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定方法，其特征在于，所述根据所述攻防策略组合对所述拓扑图进行更新得到所述攻防策略组合对应的更新拓扑图，具体包括：根据所述攻防策略组合对各所述道路的实际运行速度进行更新得到各所述道路的更新速度；根据各所述道路的更新速度对所述拓扑图进行更新得到所述攻防策略组合对应的更新拓扑图。6.一种基于攻防同时博弈的城市交通脆弱性确定系统，其特征在于，包括：边介数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大庆，孙志远，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：