[发明专利]一种基于渗流分析的城市交通网络可靠性预测方法

权利要求书

1.一种基于渗流分析的城市交通网络可靠性预测方法，其特征在于：它包含以下步骤：

步骤一：基于城市交通网络拓扑结构和历史时期城市交通运行数据，构建历史时期交通流的动态网络；

步骤二：基于构建的历史时期交通流动态网络，运用渗流分析方法计算城市交通动态网络的渗流阈值，并以此作为衡量历史时期城市交通网络可靠性的评价指标；

步骤三：基于不同历史时期的渗流阈值，计算各时期渗流阈值均值的距平值，并以此作为区分历史时期城市交通网络可靠性为高及低的依据；

步骤四：基于历史时期城市交通网络可靠性的高低，运用渗流分析方法对比历史时期高可靠城市交通运行状态和低可靠交通运行状态中的拥堵子团的演化规律，并依此预测实时城市交通网络可靠性；

在步骤四中所描述的“基于历史时期城市交通网络可靠性的高低，运用渗流分析方法对比历史时期高可靠城市交通运行状态和低可靠交通运行状态中的拥堵子团的演化规律，并依此预测实时城市交通网络可靠性”，具体步骤包括：

(1)根据城市交通网络可靠性状态将不同时段的城市交通演化过程分类；

根据步骤三计算的距平值的正负将不同历史时期的城市交通系统运行状态的演化过程划分为高可靠演化过程和低可靠演化过程；

(2)分析城市交通网络的拥堵子团的微观演化过程；

依据实际交通需求水平设置判断路段是否拥堵的相对速度水平的标准值Q，如果一路段的权值r_ij(t)≥Q，i表示当前路段的起点，j表示当前路段的终点，r_ij(t)表示t时刻当前路段的相对速度值，相对速度值作为拓扑网络中当前路段在当前时刻的权值,则认为该路段是畅通的；否则，则认为该路段是拥堵的；在此基础上，分析拥堵n元组的数量随时间的演化情况；这里的拥堵n元组指的是由n条同方向的拥堵路段构成的集合；根据实际道路运行情况设定适当的阈值N，通过研究分析n≤N的所有拥堵n元组在一天及一天中一时段内的数量变化过程，将推导出宏观规模的交通网络可靠性下降是如何由微观规模的拥堵单元即拥堵n元组合并形成的；根据渗流理论，小规模的拥堵单元有两种合并方式，且这两种合并方式的不同会最终导致系统属性的不同：一种是小规模的子团具有高的吸引力，倾向于吸引相似规模的小拥堵单元进行合并，这意味着小拥堵单元会逐渐扩大其规模，之后迅速合并产生一个“突变式的”宏观网络规模级别的全局交通拥堵，此时城市交通网络可靠性低；另一种是小规模的子团具有低的吸引力，网络中已经存在的大的拥堵子团会具备大的吸引力吸引周围的子团进行合并，而小的拥堵子团的合并会相对受到抑制，这意味着大的拥堵子团会缓慢增加其规模，其要产生大规模全局交通拥堵的变化过程相对于前种情形而言是缓和，甚至慢于城市交通网络的自恢复过程，以至于实际无法形成全局交通拥堵的情形，此时城市交通网络可靠性高；这两种情形所对应的拥堵n元组的数量变化是：当n取值小时，前者会在一段时间内表现为相对于后者的拥堵n元组的数量迅速减少的趋势；

(3)预测实时交通运行状态的演化方向；

基于实时交通运行数据，观察实时交通动态网络中拥堵n元组数量随时间的变化，并与历史时期对应的相同时段的高可靠和低可靠的宏观交通状态的拥堵n元组的数量变化曲线数据进行类比分析；如果实时数据中的拥堵n元组数量变化曲线与历史数据中高可靠交通状态的拥堵n元组的变化曲线的相关性高，则预测实时交通状态将在可预测时段内演化得为可靠；否则，则预测实时交通状态将演化得为不可靠，需要对此进行预警。