[发明专利]基于双层交通网络模型抗拥塞方法

摘要

本发明公开了一种双层交通网络抗拥塞方法，该方法能够全面的刻画实际交通网络耦合动态特性，能够很大程度的缓解城市交通拥塞现象。本发明基于双层网络框架和UE配流数学模型对交通网络拥塞现象进行了建模和实证。一方面，通过拥塞系数来反映交通网络拥堵程度；另一方面，通过平均代价函数来反映交通网络效率。实证数据仿真表明了双层交通网络上下两层网络速度比与耦合系数密切相关，在实际的速度比下，本发明比现有技术的平均拥塞系数降低了14.28%，有效的提高了交通网络的抗拥塞能力。

主权项

1.一种双层交通网络抗拥塞方法，其特征是：该方法包括如下具体步骤：步骤1：基于耦合节点构造双层交通网络最短路径，具体包括：1)通过GIS采集的数据构建上下两层速度不同的双层交通网络，采用随机耦合方式对上下两层网络节点进行耦合；2)对于每一时刻，随机的从上下两层网络分别选择一个节点进行路由，判断其是否为耦合节点；3)耦合节点对应的换乘方式分别为：(1)若起始节点和目的节点均不存在耦合，乘客只有两种方式选择乘车：只利用上层公交网络或者换乘两次；(2)起始节点存在耦合，目的节点不存在耦合，乘客只有两种乘车方式：只利用上层公交网络或者换乘一次；(3)起始节点不存在耦合，目的节点存在耦合，乘客只有两种乘车方式：只利用上层公交网络或者换乘一次；(4)当起始节点和目的节点均存在耦合节点时，在选择起始节点和目的节点时对应有如下三种情况：起始节点和目的节点均选为上层网络节点，则乘客只有两种方式选择乘车：只利用上层公交网络或者换乘两次；目的节点选为上层，则乘客只有两种乘车方式：只利用上层公交网络或者换乘一次；起始节点选为上层，则乘客只有两种乘车方式：只利用上层公交网络或者换乘一次；4)根据选取的双层网络节点的耦合情况以及Dijstra算法来计算每对节点之间的最短路径,并将最短路径存储到一个路由矩阵中；5)根据起始节点和路由矩阵查询每个OD节点对之间的最短路径，如果每个OD节点对之间有多条最短路径，则取前k条最短路径，并记录每条路径的代价函数值，则得到最短的前k条路径；步骤2：元胞自动机模拟双层交通网络流量的生成根据步骤1中得到的双层交通网络，采用元胞自动机模型对双层交通网络进行模拟仿真，具体包括：(1)车辆加速过程；(2)车辆减速过程；(3)车辆随机慢化；(4)车辆位置更新；通过模拟仿真获得车辆数目的值，并将其归一化处理，得到交通网络流量；步骤3：建立双层交通网络配流模型基于步骤1的双层交通网络最短路径及步骤2中生成的交通流量，对双层交通网络采用UE均衡配流模型进行建模，在建模过程中采用BPR函数作为路段费用函数，以每一路段流量和代价函数之积的总和为目标函数，在每一个OD节点对需求量固定不变的条件下，使得总路段费用之和最小，得到了双层交通网络配流模型；步骤4：求解双层交通网络的配流算法利用Frank‑Wolfe方法求解双层交通网络配流模型，使得流量均衡分布在网络中；最后，计算平均拥塞系数、平均代价函数拥塞评价指标。