[发明专利]基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法

权利要求书

1.基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以地理信息数据为基础的原始法建立路网模型；

(2)对原生交通数据进行异常数据清洗、路段匹配、数据融合和均值计算，将道路的平均行车速度作为模型中对应路段的权重；

(3)利用权重密度和邻居密度指标优化交通网络建模方法；其中，利用权重密度实现对交通网络建模方法的优化和改进；在加权有向的网络中定义权重密度的概念，以此量化交通网络的权重分布稀疏程度，即：

其中，n_ij代表了连边i→j的邻居连边数量，其中邻居连边包括连边i→j和连边j→i；代表了连边i→j和连边j→i的权重之和；Γ_i是节点i的所有邻居节点集合，Γ_j是节点j的所有邻居节点集合；

所述在步骤(3)中，利用邻居密度实现对交通网络建模方法的优化和改进；以邻居密度量化交通网络路段之间的相关性，

即：

其中，L_ij指以节点i为终点的邻居连边数和以节点j为起点的邻居连边数之和，其中邻居连边不包括连边i→j和j→i；ω_jk代表了连边j→k的权重；ω_k′i代表了连边k'→i的权重；Γ_i是节点i的所有邻居节点集合，Γ_j是节点j的所有邻居节点集合；

(4)在复杂网络的基础上，利用逾渗理论量化评估拥堵路段交通路网状态。

2.根据权利要求1所述的基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，其特征在于：所述的地理信息数据包括路口信号机位置的经度和纬度，路段的起点路口和终点路口；在建立路网模型的过程中，通过路口的信号机点位来确定每个路口的经纬度，通过道路的起点路口和终点路口确立路口与路口之间的连接关系；接着，采用原始法进行构建，以所有路口作为节点，以所有道路作为连边。

3.根据权利要求1所述的基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，其特征在于：所述步骤(2)设计权重时，首先需要对道路与切分的线段进行数据匹配，将道路所包含的线段和速度数据中的线段进行匹配融合；其次，在速度数据中，对每个线段的速度数据进行处理，一方面是时间戳的筛选、清洗和处理，将24小时的时间跨度筛选为6点至23点的时间范围；另一方面，将单位时间间隔从秒计算至小时，对单位小时内的所有数据进行均值计算；最后，将线段整合为整个道路，对与道路相匹配的所有线段进行均值计算，以此作为路段的权重。

4.根据权利要求1所述的基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，其特征在于：所述在步骤(4)中，将物理学的逾渗理论与复杂网络结合，量化评估拥堵路段交通路网，具体如下：

(A)在加权有向网络中，定义阈值q并确定连边规则去除不满足权重条件的路段；

(B)在q约束下的交通网络中，利用深度搜索算法对网络进行强连通子图的划分；将网络分割成若干个独立的集团，集团内节点的数量代表了集团的规模大小；

(C)遍历阈值q，在强连通子图的划分结果中提取规模最大的集团和次级大集团；将集团规模随阈值q的变化进行统计处理，并获取次级大集团突变的临界阈值点q_c，以此作为交通网络的最大通行效率。

5.根据权利要求4所述的基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，其特征在于：所述连边规则的公式如下所示：

其中，r_ij定义为路段i→j当前速度与该路段最大限制速度的比值，也就是速率比或者相对速度；路段最大限制速度是指一天当中该路段的最大行车速度；e_ij代表了路段i→j有效与否，1代表路段i→j有效、可通达，0代表路段i→j失效、断开；变量q是一个可调参量，规定在r_ij≥q时，路段处于有效状态，保留路段所有的状态信息，且路段是可通达的；在r_ij＜q时，路段处于失效状态，该路段不可通达。

6.根据权利要求4所述的基于复杂网络的拥堵路段建模和评估方法，其特征在于：所述的深度搜索算法对网络进行强连通子图的划分具体为：在给定时间段和给定阈值下的路网中选取任意一个节点，通过深度搜索来挖掘该节点能够达到的最远节点，且保证每个节点都只能到达一次；然后将原本的路径进行反转，原本的终点作为起点，再次通过DFS算法进行搜索路径，判断该终点能否以一定路径到达原来的起点；如果可以，则这两个节点在一个连通子图内，反之则不是。