[发明专利]一种基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法

说明书

本发明公开了一种基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法，包括如下步骤：基于城市道路网络拓扑结构，分别采用原始法和对偶法构建城市路网拓扑模型；基于城市路网拓扑模型和浮动车GPS数据，从“宏观‑中观‑微观”层面出发，生成道路韧性的关键性能指标，构建动态拓扑网络，利用渗流理论探究城市交通拥堵扩散的内在机理，确定路网最小要求性能；结合道路韧性演变曲线，用时间序列中每个时刻道路韧性的损失来表征道路运行状态，从系统的角度分析交通状态的演变过程，识别拥堵扩散的临界阈值。本发明有助于交管部门开展大面积交通拥堵事件的预警和防控工作，避免城市交通大面积瘫痪。

技术领域：

本发明涉及城市交通管理与控制领域，尤其涉及一种基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法，进一步属于道路交通运行状态评价技术领域。

背景技术：

城市交通系统对自然和人为因素造成的扰动、中断和崩溃非常敏感，因此构建韧性交通系统在建设韧性城市中具有重要的地位。交通拥堵是城市道路网络最常见的风险隐患，以城市路网这一关键基础设施为研究对象，对其韧性的提高主要依赖于对大面积拥堵事件的及时预警和防控措施，能有效避免城市大面积交通瘫痪，其中最关键的问题在于城市道路交通运行状态的实时评估。

随着智能感知技术的蓬勃发展，城市道路交通运行状态的评价始终是交通领域的研究热点。多数研究采用速度、延误时间指数、严重拥堵里程比例、行程时间指数等作为主要评价指标。现有的评价方法主要分两类：一种是通过对交通流数据进行数理统计与数据挖掘，随后基于阈值划分进行评价；另一种是用机器学习或深度学习算法(如模糊逻辑、神经网络、聚类分析等)识别交通运行状态。

以上这些方法在实际应用过程中往往存在以下问题：

(1)发布对象偏向社会公众，缺乏面向管理者的评估指标。不论是互联网公司(百度、高德)还是各地交通部门发布的道路交通运行指数，其目标主要是通俗易懂地向出行者反映路网交通状态及拥堵情况，但发布的内容很难从管理者角度跟踪评价路段运行态势演变情况。常用的评估指标体系为一维结构，均从交通运行强度维度进行评估，相关指标如行程延时指数、交通运行指数、行程速度等，缺乏同时考虑时间和空间两个维度的综合指标，解决从系统角度量化城市道路交通运行状态的问题。

(2)分析方法尚未考虑交通系统的韧性特性。随着我国城市数字化转型的全面推进，各大城市相继构建基于全面感知的城市智慧交通平台，能够实现城市道路交通运行状态的实时感知。然而，现有的交通状态评价方法尚未从城市交通网络层面考虑交通系统的韧性特性，缺乏对交通拥堵时空特性的深入挖掘，无法研判路网大面积拥堵扩散的临界阈值，难以支撑交管部门开展大面积交通拥堵事件的预警和防控工作。

以上这些方法的局限在于没有动态考虑城市路网交通状态的演变过程，挖掘道路网络结构和运行状态之间的相互关系，从管理者的角度研判大面积拥堵扩散的临界阈值。交通系统具有典型的动态特征，某个路段的拥堵可以视为系统组件的失效，而某些组件的失效又会影响到周边相连的组件，引起一系列级联失效(拥堵传播)现象，最终导致路网大面积交通瘫痪。对于城市道路网络，渗流理论可以用来研究路网的局部连通状态和全局连通状态的关系，实现对拥堵传播过程的数字化建模。根据渗流理论，路网存在一个相变阈值。此时，若路段交通拥堵无法得到有效控制，拥堵将在路网上呈现急剧扩散的趋势。因此，本发明从韧性城市的要求出发，通过道路的韧性损失来评估道路交通运行状况，从系统的角度分析了交通状态的演变过程。利用渗流理论，分析城市道路网络结构和运行状态之间的相互关系，探究城市交通拥堵扩散的内在机理，识别拥堵扩散的临界阈值，对城市大面积拥堵事件的及时预警和防控发挥重要作用。

发明内容：

为了弥补现有技术问题，本发明的目的是提供一种基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评价方法，利用城市浮动车GPS数据和路网数据，通过分析道路网络结构和交通运行状态之间的相互关系，探究城市交通拥堵扩散的内在机理；建立基于韧性视角下的城市道路交通运行状态评估方法，从系统的角度分析交通状态的演变过程，实时评估城市道路交通运行状态，识别拥堵扩散的临界阈值。