[发明专利]一种基于异常检测的道路网络脆性评价方法

说明书

本发明提出了一种基于异常检测的城市路网脆性评价方法，步骤如下：A：基于异常检测识别城市路网中的异常边；B：提出基于异常指数的路网脆性评价方法；C：提出基于异常区域的路网脆性评价方法；D：分析城市路网脆性的演化特征。本发明利用路网实际运行数据，构建出一种基于异常检测的路网脆性评价方法，该方法可使决策者直观地分析异常的产生期、传播期、恢复期，从而选择合理的调控时机；根据异常区域的地理分布情况，优先进行重点区域调控；挖掘出常发性异常路段，提出路段级别的防控及疏导措施，从而避免或减少路网脆性带来的危害；具有实时性、系统性、易研判、应用广等优点。

技术领域

本发明提出了一种基于异常检测的道路网络脆性评价方法，它涉及一种基于异常检测的道路网络脆性评价方法，属于可靠性与交通科学的交叉技术领域。

背景技术

随着汽车保有量不断增加，交通资源供给与出行需求之间严重失衡，道路拥堵问题日益加剧。以北京为例，目前，早晚高峰时路网中超过90％的路段处于饱和或超饱和状态；路网平均负荷度已达70％，其中干道系统则超过90％。在路网自身运行状况已十分紧张的情况下，自然灾害、交通事故等外部干扰更是会对路网造成极大的影响。当前交通问题频发、路网结构复杂等因素使得路网的脆性容易被激发，从而带来一系列社会危害。减小这种危害的关键首先在于如何全面、深入地对道路网络脆性进行评价。因此，提出一种合理、有效的路网脆性评价方法变得尤为关键。

传统的路网脆性评价方法主要是通过情景假设或者按照某种特征顺序(随机、基于度或介数)来模拟路网的局部失效，然后根据某些评价指标分析整体路网在局部失效前后的变化情况。传统的路网脆性评价方法在局部失效场景的构建和评价指标的选取这两个方面存在局限性。首先，传统路网脆性评价方法的局部失效场景过于抽象，即未根据异常(如灾害、早晚高峰)发生时的路网运行数据来刻画局部失效的实际情况，这样往往会忽略实际异常发生时局部失效之间的相互影响。其次，传统路网脆性的评价指标也存在局限性。这些评价指标一般可分为只考虑路网拓扑结构的脆性评价指标和考虑路网运行功能的脆性评价指标。其中，第一类指标主要从网络结构连通度的角度来评价路网脆性，包括平均路径长度、度分布、聚类系数等；这类指标的局限性在于，只从静态拓扑结构的角度衡量路网的脆性，忽略了路网上的交通流，使得指标的实用性不高。第二类考虑路网运行功能的脆性评价指标往往是基于出行者的角度，如考虑局部失效对出行者的可达性、出行时间的影响；这类指标的局限性主要有两点，一是这类指标的计算建立在出行轨迹完成的基础上，使得指标不具备实时性，二是这类指标忽略了不同局部异常之间的相互作用关系，没有从全局角度评价路网脆性，难以支持路网管理决策。

综上，目前的路网脆性评价方法主要存在以下问题。首先，在路网局部异常的识别上，上述指标往往从情景假设或仿真的角度，而没有从实际数据中挖掘路网的局部异常如何产生；其次，上述指标往往忽略了局部异常之间的相互作用，难以发现路网脆性的传播机理，进而不能从全局视角评价路网脆性；第三，在评价路网脆性时，考虑路网结构的传统脆性指标为静态指标，不能动态评价路网脆性，而考虑运行功能的传统脆性指标大多从出行者视角出发，难以支持路网管理决策。

本发明针对以上问题提出了一种有效的解决方案。本方案基于异常检测技术从实际运行数据中实时地识别出路网的异常路段，在此基础上，提出异常指数以从宏观角度评价路网脆性，进一步，引入异常子图的概念，挖掘由异常路段组成的异常区域，以从不同角度评价路网脆性，分析路网脆性的传播机理。本发明采用的基于异常检测的道路网络脆性评价方法，解决了现有的路网脆性评价方法抽象、静态、实时性不强、较难支持管理决策等局限性。

发明内容