[发明专利]一种基于历史信息预测和缓解公共交通网络拥塞的方法

权利要求书

1.一种基于历史信息预测和缓解公共交通网络拥塞的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)构建公交-地铁双层换乘网络；

2)在公交-地铁双层换乘网络中计算最短路径；

3)在最短路径中，计算乘客在公交网络中从节点i到节点j需要的等待时间，用于反映从节点i到j的交通拥塞程度；

4)在公交-地铁双层换乘网络中，定义一个代价函数Cost_ij(t)，衡量从节点i投递包到其邻居节点j需要的代价，其中，t为时间步；

5)计算公交-地铁双层换乘网络中每个节点的介数，作为该节点所代表的线路上所有节点在公交-地铁双层换乘网络中所有边的权值；如果两个节点同时属于多条线路，则将所有权值相加，将计算的结果设置为公交-地铁双层换乘网络中边的权值W_ij；

6)在公交-地铁双层换乘网络中，节点i将包投递到目标节点k在最短路径上需要的代价Cost_ik(t)定义为

7)定义获取公交-地铁双层换乘网络中节点i到其邻居节点j的拥塞信息的时间延迟为时延，考虑时延影响的路由策略表示为

其中，R_ij表示乘客在公交网络中从节点i到节点j需要的等待时间，T_ij表示从节点i到节点j的乘车时间，α为一个在[0,1]范围内可调的参数；Δt是时间延迟；

8)通过节点i到其各邻居节点j的历史拥塞信息来预测当前时刻从节点i到其各个邻居节点j的包的数量；

9)定义基于公交-地铁双层换乘网络中的历史信息来为当前时刻节点i选择下一节点时的代价函数，代价函数定义如下：

Cost_ij'(t) ＝αR_ij'(t) +(1-α)T_ij

其中R_ij'(t)表示为t时刻乘客等车时间的预测值，

P_ij'(t) 为t时刻从节点i到节点j的预测乘客人数，C_ij(t)表示在t时刻从节点i到节点j一辆车通行的人数，L_x表示节点i与节点j所在的共同线路上的节点数，W_ij为公交-地铁双层换乘网络中边的权值。

2.根据权利要求1所述的基于历史信息预测和缓解公共交通网络拥塞的方法，其特征在于：步骤1)中，定义G＝(G₁,G₂,L)来表示公交-地铁双层换乘网络，G₁＝(V₁,E₁)，G₂＝(V₂,E₂)均为无向连通网络，L代表网络层数，V₁代表第一层网络的节点集合，E₁代表第一层网络的连边集合，V₂代表第二层网络的节点集合，E₂代表第二层网络的连边集合。

3.根据权利要求2所述的基于历史信息预测和缓解公共交通网络拥塞的方法，其特征在于：在公交-地铁双层换乘网络中，假设所有节点均可以同时生成包和投递包，且包在每个节点的排队队列充分长，包在网络中的处理过程遵循先进先出原则，每条边在每个时间步内能传递的包的数量B服从泊松分布。

4.根据权利要求3所述的基于历史信息预测和缓解公共交通网络拥塞的方法，其特征在于：在公交-地铁双层换乘网络中，网络中包的传输过程如下：

包的生成：在每个时间步t，在网络中随机选择P个节点生成包，这些节点共生成A个包，P≤A，每个包随机选择除其源节点外的目的节点，每个新产生的包排在其源节点队列的最末端；

包的投递：在每个时间步t，每个节点i按照设计的路由策略将其队列中的包投递给相应的邻居节点j，如果节点i投递到某一邻居节点的包的数量小于这两个节点间的连边的带宽B_ij，则投递成功；否则遵循先进先出原则，超出带宽的包将滞留在网络中；

包的移除：在每个时间步t，网络中的包都在向它的目的节点投递，当一个包到达它的目的节点后，它将在网络中被移除；包停留在网络中的时间不仅与源节点到目的节点的距离相关，也与网络中包的总量相关。