兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法，所述方法包括：结合路网结构数据和路段监测数据构建交通路网模型；基于dijkstra算法分别生成常态下、扰动状态下各节点间最短时间路段路径集合；分别计算常态下、扰动状态下的路段介数中心性；根据常态下和扰动状态下的路段介数中心性计算局部错位值；根据扰动状态下路段平均通行时间与扰动状态下路段交通流量计算扰动状态下的全局网络效率；根据局部错位值与扰动状态下的全局网络效率，计算扰动状态下的城市交通道路网络韧性值。本发明专利技术通过耦合道路拓扑网络与交通流量，能动态反映和量化突发事件扰动情形下的交通网络性能变化，可以提高路网韧性评估的适用性和准确性。的适用性和准确性。的适用性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法


[0001]本专利技术属于道路交通网络安全领域，具体涉及一种兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法。

技术介绍

[0002]突发事件对于道路交通网络安全的破坏是即时、巨大的，研究城市交通路网韧性的目的是为了评估系统抵抗、适应、中断后维持正常功能水平并从冲击中恢复的能力，而提高系统韧性进而防灾减灾的关键在于准确合理的评估韧性。
[0003]已有的城市交通路网韧性评估方法往往选取网络拓扑指标、系统机能指标等单一层面指标，难以反映城市交通网络的复杂动态性，更难准确描述交通网络性能在突发事件扰动状态下的变化。公开号为CN114141017A的专利技术专利公开了一种考虑长短期路段性能的道路韧性衡量方法，其根据不同时段的通行速度计算路段的长期性能和短期性能，最终计算路段的长短期韧性，该方法可以同时考虑系统长期和短期性能损失，但是未综合考虑全局网络效率，也无法兼顾道路局部错位情况，无法动态反映交通网络性能的变化。
[0004]在国家加强防灾应急、提升交通网络系统韧性的大背景下，针对路段检测数据呈现扰动状态下的交通情景，需要一种能准确量化突发事件扰动情形下的交通网络性能变化的城市交通路网韧性评估方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法及系统，用于解决现有的城市交通路网韧性评估方法难以动态准确描述突发事件扰动情形下交通网络性能的变化的问题。
[0006]本专利技术第一方面，公开一种兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法，所述方法包括：结合路网结构数据和路段监测数据构建交通路网模型；根据路段监测数据分别计算各个路段常态下的平均通行时间和扰动状态下的平均通行时间，并基于dijkstra算法分别生成常态下、扰动状态下各节点间最短时间路段路径集合；分别根据常态下、扰动状态下各节点间最短时间路段路径集合和对应的路段交通流量计算常态下、扰动状态下的路段介数中心性；根据常态下的路段介数中心性和扰动状态下的路段介数中心性计算局部错位值；根据扰动状态下路段平均通行时间与扰动状态下路段交通流量计算扰动状态下的全局网络效率；根据局部错位值与扰动状态下的全局网络效率，计算扰动状态下的城市交通道路网络韧性值。
[0007]在以上技术方案的基础上，优选的，所述路网结构数据包括路网节点和边；
所述路段监测数据包括常态下的路段流量、扰动状态下路段流量、常态下的路段平均行驶车速和扰动状态下的路段平均行驶车速。
[0008]在以上技术方案的基础上，优选的，基于dijkstra算法分别生成常态下各节点间最短时间路段路径集合具体包括：设路网的节点集合为，i=1,2,...,N，N为节点总数，令初始节点计数集合，常态下各节点间的最短时间路段路径集合；从M中任选两个节点m
o
、m
d
分别作为路径起始节点、终止节点，并将m0、m
d
加入中，以常态下路段平均通行时间最短作为基准，利用dijkstra算法计算得到节点m
o
和m
d
之间的最短时间路段序列，令，k为m
o
和m
d
之间的节点总数，将路段序列加入R中；重复以上步骤直到初始集合M中所有节点都加入且中的每个节点均为N
‑
1个时，迭代结束，得到常态下各节点间的最短时间路段路径集合R，R的具体表达式如下：
[0009]其中，表示各节点间的最短时间路段路径集合中第q个路段序列，q=1,2,
…
,N*(N
‑
1)/2，N*(N
‑
1)/2表示各节点间的最短时间路段路径集合中路段序列的总数。
[0010]在以上技术方案的基础上，优选的，计算常态下的路段介数中心性的公式为：
[0011]其中，为第i个节点与第j个节点所表示的路段在常态下的介数中心性，为第i个节点与第j个节点所表示路段在常态下的交通流量，为第i个节点与第j个节点所表示的路段出现在节点m
o
、m
d
之间的最短时间路段路径集合子集中的数量，为节点m
o
、m
d
之间的最短时间路段路径集合子集的数量，N为节点总数；计算扰动状态下的路段介数中心性的公式为：
[0012]其中，为第i个节点与第j个节点所表示的路段在扰动状态下的介数中心性，为第i个节点与第j个节点所表示路段在扰动状态下的交通流量，为第i个节点与第j个节点所表示路段出现在节点m
o
、m
d
之间的扰动状态下最短时间路段路径集合子集中的数量，为节点m
o
、m
d
之间的扰动状态下最短时间路段路径集合子集的数量。
[0013]在以上技术方案的基础上，优选的，所述计算局部错位值的公式为：
[0014]其中，表示局部错位值，分别为第i个节点与第j个节点所表示路段在常态下、在扰动状态下的介数中心性。
[0015]在以上技术方案的基础上，优选的，所述计算扰动状态下的全局网络效率的公式为：
[0016]其中，Q为所有路段在扰动状态下交通流量总和，为第i个节点与第j个节点所表示的路段在扰动状态下的平均通行时间。
[0017]在以上技术方案的基础上，优选的，所述计算扰动状态下的城市交通道路网络韧性值的公式为：
[0018]其中，Resilicence为韧性值，a、b为常量。
[0019]本专利技术第二方面，公开一种兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估系统，所述系统包括：路网构建模块：用于结合路网结构数据和路段监测数据构建交通路网模型；路径计算模块：用于根据路段监测数据分别计算各个路段常态下的平均通行时间和扰动状态下的平均通行时间，并基于dijkstra算法分别生成常态下、扰动状态下各节点间最短时间路段路径集合；错位值计算模块：用于分别根据常态下、扰动状态下各节点间最短时间路段路径集合和对应的路段交通流量计算常态下、扰动状态下的路段介数中心性；根据常态下的路段介数中心性和扰动状态下的路段介数中心性计算局部错位值；全局网络效率计算模块：用于根据扰动状态下路段平均通行时间与扰动状态下路段交通流量计算扰动状态下的全局网络效率；韧性值计算模块：用于根据局部错位值与扰动状态下的全局网络效率，计算扰动状态下的城市交通道路网络韧性值。
[0020]本专利技术第三方面，公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如本专利技术第一方面所述的方法。
[0021]本专利技术第四方面，公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使计算机实现如本专利技术第一方面所述的方法。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法，其特征在于，所述方法包括：结合路网结构数据和路段监测数据构建交通路网模型；根据路段监测数据分别计算各个路段常态下的平均通行时间和扰动状态下的平均通行时间，并基于dijkstra算法分别生成常态下、扰动状态下各节点间最短时间路段路径集合；分别根据常态下、扰动状态下各节点间最短时间路段路径集合和对应的路段交通流量计算常态下、扰动状态下的路段介数中心性；根据常态下的路段介数中心性和扰动状态下的路段介数中心性计算局部错位值；根据扰动状态下路段平均通行时间与扰动状态下路段交通流量计算扰动状态下的全局网络效率；根据局部错位值与扰动状态下的全局网络效率，计算扰动状态下的城市交通道路网络韧性值。2.根据权利要求1所述的兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法，其特征在于，所述路网结构数据包括路网节点和边；所述路段监测数据包括常态下的路段流量、扰动状态下路段流量、常态下的路段平均行驶车速和扰动状态下的路段平均行驶车速。3.根据权利要求1所述的兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法，其特征在于，基于dijkstra算法生成常态下各节点间最短时间路段路径集合具体包括：设路网的节点集合为，i=1,2,...,N，N为节点总数，令初始节点计数集合，常态下各节点间的最短时间路段路径集合为；从M中任选两个节点m
o
、m
d
分别作为路径起始节点、终止节点，并将m0、m
d
加入中，以常态下路段平均通行时间最短作为基准，利用dijkstra算法计算得到节点m
o
和m
d
之间的最短时间路段序列，令，k为m
o
和m
d
之间的节点总数，将路段序列加入R中；重复以上步骤直到初始集合M中所有节点都加入且中的每个节点均为N
‑
1个，迭代结束，得到常态下各节点间的最短时间路段路径集合R，R的具体表达式如下：；其中，表示各节点间的最短时间路段路径集合中第q个路段序列，q=1,2,
…
,N*(N
‑
1)/2，N*(N
‑
1)/2表示各节点间的最短时间路段路径集合中路段序列的总数。4.根据权利要求3所述的兼顾全局效率与局部错位的城市交通路网韧性评估方法，其特征在于，计算常态下的路段介数中心性的公式为：；其中，为第i个节点与第j个节点所表示的路段在常态下的介数中心性，为第i
个节点与第j个节点所表示路段在常态下的交通流量，为第i个节点与第j个节点所表示的路段出现在节点m
o
、m
d
之间的最短时间路段路径集合子燃动集...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学全，黄震，宋力，刘兵，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：