[发明专利]基于复杂网络沙堆模型的城市路网机理关联规划方法

说明书

本发明公开了一种基于复杂网络沙堆模型的城市路网机理关联规划方法。该方法提出了一种结合复杂网络理论中“沙堆雪崩”模型，分析城市交通网络的“拥堵”分布情况，帮助了解交通道路之间的拥堵作用机理，发现在城市道路的设计、规划过程中存在的缺陷。该方法首先建立城市道路网机理关联模型，考虑道路自身的交通疏导能力，以及对拥堵起相关性作用的动态因素，通过归一化等操作，合理的将这些因素考虑到该关联模型中；通过系统仿真，模拟出城市道路的演化机理过程，借助于复杂网络理论中沙堆模型的分析过程，呈现城市道路拥堵后，拥堵的演化传播过程，进而从整体了解整个城市道路网设计、规划的合理性，为城市道路规划的进一步优化提供科学依据。

技术领域

本发明涉及交通规划、设计领域，特别是涉及一种基于复杂网络沙堆模型的 城市路网机理关联规划方法。

背景技术

随着社会的快速发展和城市化进程的加快，城市道路网络规模变得日益庞大 而复杂，交通拥堵问题也越来越严重。很多城市试图通过新建、改建、扩宽道路、 增加交通诱导等方式解决交通拥堵问题，但是效果并不显著，究其原因在于这些 城市道路本身的设计就不合理、规划就缺乏科学性。因此，准确的未来交通状态 预测对于城市交通的规划、设计的具有重要的意义和应用价值，通过设计高效、 稳定的动态路由规划方法，对于提高路网整体吞吐量及缓解交通拥堵程度，具有 重要的科学意义。道路网络的结构特征对交通流传递过程具有重要影响，故深入 认知道路网络的结构并揭示交通流的内在运行和拥堵机理对于未来挖掘高效、可 靠的交通诱导策略具有重要的理论和现实意义。

发明内容

本发明的目的是结合复杂网络理论中“沙堆雪崩”模型，分析城市交通网络 的“拥堵”分布情况，帮助了解交通道路之间的拥堵作用机理，进而帮助在城市 道路的设计、规划过程中有效的发觉道路设计中的缺陷，从而最终优化出一张高 效的城市规划道路网或者修改现有道路中的缺陷，提高城市道路运行效率。本发 明所采用的技术方案如下：

基于复杂网络沙堆模型的城市路网机理关联规划方法，其特征在于，所述方 法包括如下步骤：

步骤(1)：建立城市道路网单向的有向网络集合，城市道路网络被抽象成单 向的有向网络集：其中V为网络节点集合，所 述网络节点代表交通路口集合；

步骤(2)：根据实际情况确定城市中各段道路自身承载能力

其中，公式(1)、(2)中假设发生拥堵的路段i受后侧连接的路段的影响因 子为对左转、右转影响因子为和对前方路段的影响因 子为n_{i_front},n_{i_left},n_{i_right},n_{i_back}∈R⁺表示拥堵道路i连接的前行、左 行、右行以及后方汇入的道路数量，R⁺为正整数集，k_back、k_left、k_right、k_front表示与拥堵的路段i中有k_back条汇入道路以及k_left,k_right,k_front条左、右、前行道路；

公式(3)中，各路段的承载能力为η_i，道路i的长度为l_i、单向车道数量为p_i、与道路i连接的前行、左行、右行的道路数量分别为n_{i_front},n_{i_left},n_{i_right}。 后方汇入的道路数量为n_{i_back}、红绿灯时长为公式(4)、(5)中，l^max,t^max,p^max,表示所规划城市 道路网中最长的道路长度、最久的红绿灯时长、最大单向车道数、以及各道路中 连接的最多前行、后方汇入、左行、右行的道路数量。