[发明专利]基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法

说明书

本发明涉及基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，本发明针对交通网络的拥堵现象，结合复杂网络的方法对传统的交通路网研究进行创新，在具有时变性的交通路网中，以自定义权重密度和邻居密度来优化交通网络量化方法，结合逾渗理论和复杂网络理论来评估交通网络的通行效率。本发明利用复杂网络理论可以将交通网络的研究简化，直观地描述拥堵现象，深入地分析路网的拓扑结构并探究交通流性质，从而为现代交通路网研究提供不同的方法和视角；复杂网络与逾渗理论相结合可以拓宽交通网络研究的领域，创建新颖的方法，为交通问题的解决提供理论依据，并起到指导作用。

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法。

背景技术

随着城市经济的快速发展，机动车保有量呈现快速增加的状态，而不断增加的城市道路始终无法承载大量的交通流，导致城市正常的交通出行严重受阻，交通拥堵频发。特别是在大城市，交通拥堵已经成为常态。交通拥堵以及随之而来的环境污染及能源短缺等问题已经成为影响城市发展和市民生活水平的重大问题。

作为现代城市交通管理的一个极其重要的手段之一，对瓶颈路段的识别和管理将在一定程度上决定着城市道路车辆运行的效率。然而车辆在过饱和交通状态下的通行效率极低，能源消耗极大，这样就制约了城市的发展，因此我们要在现有交通流模型的基础上进行路网分析，结合更为合理的逾渗理论来实现瓶颈路段的识别，给交通管制提供一定的指导作用，以达到对关键拥堵路段的识别和通行效率的优化。

城市交通是一个非常复杂的系统，涉及到路网结构和车辆的运行等各个部分，若是考虑其中的所有因素，这样不方便我们直接对其进行研究。我们需要结合交通流模型，对路网和车辆进行分析和研究。复杂网络模型是一种计算简便，易于理解且能够对交通中的大部分特性进行描述的经典模型。其还具有易于扩展的特性，我们可以在该模型的基础上利用权重密度和邻居密度来分析拥堵的传播性，以及引进物理学的逾渗理论，以达到对关键拥堵路段的识别和通行效率的优化。

以交通流建模方式来解决城市网络的拥堵问题近几年来逐渐成为研究者们的研究热点，且取得了相应的成果。基于复杂网络的交通拥堵研究也逐渐受到各学者的青睐和关注。Albert等人提出了一种与节点的有效介数结合的微观拥堵模型，并利用真实的交通数据来识别实际路网中的拥堵热点。Takahiro Ezaki等人发现了交通拥堵的自发性变化，通过控制节点的有效和失效来研究拥堵节点如何影响整个路网，最后发现临界情况并挖掘出导致路网拥堵的瓶颈路段。Qi等人同样利用交通流数据来研究路网里的瓶颈路段是如何变化和转移的。这些以实际数据为基础的研究为我们理解城市交通系统提供了很好的见解和思路。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，本发明针对交通网络的拥堵现象，结合复杂网络的方法对传统的交通路网研究进行创新，在具有时变性的交通路网中，以自定义权重密度和邻居密度来优化交通网络量化方法，结合逾渗理论和复杂网络理论来评估交通网络的通行效率。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，包括如下步骤：

(1)以地理信息数据为基础的原始法建立路网模型；

(2)对原生交通数据进行异常数据清洗、路段匹配、数据融合和均值计算，将道路的平均行车速度作为模型中对应路段的权重；

(3)利用权重密度和邻居密度指标优化交通网络建模方法；

(4)在复杂网络的基础上，利用逾渗理论量化评估拥堵路段交通路网状态。

作为优选，所述的地理信息数据包括路口信号机位置的经度和纬度，路段的起点路口和终点路口；在建立路网模型的过程中，通过路口的信号机点位来确定每个路口的经纬度，通过道路的起点路口和终点路口确立路口与路口之间的连接关系；接着，采用原始法进行构建，以所有路口作为节点，以所有道路作为连边。