基于复杂网络的城市路网可靠性分析

为分析城市路网中线路的重要程度,采用对偶拓扑方法,将路段抽象为节点,将交叉口抽象为网络边,对实际路网进行拓扑结构转换。应用复杂网络节点度、边介数等特征指标及网络可靠性指标评价城市路网结构特征。最后,分别在蓄意攻击和随机故障条件下,对济南市区路网的连通可靠性进行了实证研究。     

路网拓扑脆弱性及关键路段分析

在发生地震等特大事件时,一条或多条路段可能完全丧失其功能,路网、起讫点对(OD对)之间是否连通成为最关键的问题.根据网络的拓扑结构来研究路网承受异常事件的能力.将通信领域内提出的最小割频度向量的指标引入路网拓扑脆弱性评价中,该指标对不同的网络具有可比性,能反映路网结构特征,并且能考虑路段本身承受灾害能力的差异对拓扑脆弱性的影响.给出网络拓扑脆弱性指标定义及计算方法,并用示例路网进行演算,结果表明该指标具有可比性和有效性.利用该指标对路网上的关键路段进行分析,并通过在指标计算中考虑路段抗灾害能力来评价路段抗灾害能力提高后拓扑脆弱性的改善效果.     

基于拓扑结构/自适应模糊决策的地图匹配算法

给出了基于节点信息的路网空间拓扑结构的具体描述形式．引入相关性概念，提出了一种基于道路几何信息的自适应模糊决策地图匹配算法．通过待配路段两两之间隶属度值的比较与模糊排序以及测度因子参数的适应性调整，使算法在道路几何分布复杂，且较为密集的区域，仍具有较强的适应能力．根据模糊决策后各路段隶属度值的分布情况，提出了将拓扑结构匹配算法划分为决策、校验、弃用等3个应用时段的拓扑结构／自适应模糊决策组合匹配算法的整体设计思路．对实际跑车数据的仿真处理结果表明，该算法较好地解决了地图匹配算法中相互矛盾的算法的计算效率与算法的可靠性之间的协调问题．     

震后城市路网关键路段识别

地震灾害会对城市路网带来结构破坏和功能失效,在震后初期资源有限的条件下,识别出路网中的关键路段以优先抢修,对恢复路网可靠性和提升救援效率至关重要.本文采用畅通可靠度作为衡量指标,结合交通需求和供给两个维度,构建评估城市路网抗震可靠性的贝叶斯网络模型,求解模型得到震后路网中的薄弱路段和重要路段,最后结合两者识别出震后路网中的关键路段,为决策管理部门提供震后应急救援和震前路网维护的理论依据.以某区域局部路网为示例,设定地震影响,定量分析该路网的抗震可靠性并识别出路网中的关键路段,验证该模型的可行性.     

城市交通路网数据模型的构建及其拓扑结构的研究

基于图论的思想,根据节点、路段和转向这三个主要的网络要素构建了一个城市交通路网模型,并将其抽象成带转向的赋权有向图.同时,通过一个含4节点、8路段的示例路网着重研究了交通路网拓扑结构的五种表达方式.研究表明,路网拓扑结构的表达方式不能单靠各方法的时间空间复杂度来决定,还需权衡问题求解算法的特点.     

包含立交匝道信息的高速公路网络复杂拓扑结构研究

在以往的路网拓扑研究中,立交和出入口一般都只被看成一个节点来处理,没有涉及具体的匝道信息,但随着路网规模的扩大及基于路网拓扑的安全性分析、通达性研究、交通标志设置、紧急情况处置、模拟仿真和车辆导航等需求的不断增加,原来单层结构的拓扑关系已经不能满足这些应用要求,另一方面,由于原来路网拓扑结构相对比较简单,导致相应的最佳路径搜寻算法都很复杂.在总结已完成项目的基础上,从交通工程角度研究了一种包含具体匝道信息的多层次高速公路路网复杂拓扑结构,包含路段/节点、匝道/出入口、方向节点等内容,满足地理数据文件(GDF)标准格式要求,可支持新一代基于复杂路网结构的多种应用,采用双向链表建立的数据结构,方便增减高速公路、立交或者出入口等对象,在此基础上研究了一种适应复杂路网架构的路径搜索算法,为基于所提出的复杂路网拓扑应用提供了可能.     

包含立交匝道信息的高速公路网络复杂拓扑结构

在以往的路网拓扑研究中,立交和出入口一般都只被看成一个节点来处理,没有涉及具体的匝道信息,但随着路网规模的扩大及基于路网拓扑的安全性分析、通达性研究、交通标志设置、紧急情况处置、模拟仿真和车辆导航等需求的不断增加,原来单层结构的拓扑关系已经不能满足这些应用要求,另一方面,由于原来路网拓扑结构相对比较简单,导致相应的最佳路径搜寻算法都很复杂.在总结已完成项目的基础上,从交通工程角度研究了一种包含具体匝道信息的多层次高速公路路网复杂拓扑结构,包含路段/节点、匝道/出入口、方向节点等内容,满足地理数据文件(GDF)标准格式要求,可支持新一代基于复杂路网结构的多种应用,采用双向链表建立的数据结构,方便增减高速公路、立交或者出入口等对象,在此基础上研究了一种适应复杂路网架构的路径搜索算法,为基于所提出的复杂路网拓扑应用提供了可能.     

城市主干道路网的复杂网络特性

以复杂网络理论为基础,把复杂网络与城市交通网络结合,研究城市主干路网的空间拓扑结构以及路网结构特性.以大连市主干路网为例,通过Ucinet计算城市主干路网的节点度、聚类系数、平均路径长度、网络效能等基本参数并绘制图表分析;最后根据去除节点的聚类系数、平均路径长度、网络效能的计算,对大连市路网整体结构进行分析.结果可以看出,大连市主干路网是一个典型的小世界网络,但不具有无标度特性;节点度越大对整个城市路网影响大,对路网稳定性、连通性以及路网效率有着直接的影响.     

城市群综合路网运输通道仿真识别与优化

为了更客观地优化城市群区域综合运输通道的布局结构,以城市群综合路网作为研究对象,结合区域出行调查、节点城市人口、经济水平和交通基础设施固定投资等数据,采用动态系统理论、生产函数和启发函数,构建城市群综合路网的动态模型;确定运输通道识别要素和运输通道评价指标,通过蚁群算法模拟大批量运输者在综合路网中的智能选择行为,并对运输路段和节点进行负荷值分析。研究结果表明:对部分运输路段和运输节点通行能力的改善,均能改变综合路网运输通道的分布和数量;优化城市群综合路网运输通道的最佳方式,不是对超负荷运输通道上所有路段和节点通行能力进行扩展,而是要对区域综合路网中超负荷路段和相应节点的通行能力进行提升;研究对城市群区域综合运输通道规划和建设具有较高的指导意义。     

基于K-短路径的路网关键路段集合的辨识与分析

为了提高高速公路网络化运营监管与公众服务的水平,需要准确可靠地辨识出综合多种因素的关键路段,采用交通分配理论及K-短路径算法研究了路网运行关键路段集的辨识问题。综合考虑路网结构、交通需求影响、出行行为特征等多方面因素,以系统内所有用户的旅行时间为交通网络性能度量指标,建立了路网运行关键路段评价模型;考虑多路段失效的联合效应,提出了路段集的重要度评估模型及其求解算法。该模型相对于传统的结构可靠性模型,考虑了出行者路径选择行为影响和多路段失效的联合效应,更符合路网运行管理的实际需求。研究结果表明:在相同交通需求的OD对之间,结构密度较低的区域,被选中为关键路段集的概率大;合理的K取值得到的关键路段集与全路网分配所得结果相近,可有效提升计算效率;多路段失效情况下,路段的联合效应明显。     

路网描述仿真模型

从满足交通仿真需求角度分析了路网描述建模的要点,提出了以节点、路段、节段、车道为基本构成要素的路网描述仿真模型.该模型能更准确、细致地反映道路网拓扑关系和道路几何条件,为交通仿真模型真实地反映路网交通状态奠定了基础.     

考虑成本约束和可靠性的检测器优化布设

针对路网中交通检测器布设问题,同时考虑到各路段布设费用差异性、总成本约束与检测器故障情况及观测数据随机不确定性,根据误差传播规律,以降低综合布设费用和提高路段流量推算可靠性为目标,构建了多目标检测器优化布设模型.为验证数学模型的科学性有效性,运用Nguyen-Dupuis和Sioux-Fall网络进行算例对比分析,研究结果表明:通过优化求解算法可获取最佳检测器布设方案,降低了检测器配置费用、提升了路网流量估计质量,且满足全路段流量完整可观测性要求,其流量推算次数及误差累计能有效减少20%与19%,论证了该模型在中大型网络上的适用性和合理性;其设计主要基于网络自身拓扑结构和节点流量守恒方程,不需要历史交通信息及路径信息,有效降低了计算复杂度.     

面向交通安全管控的高速公路基础路网模型及其应用

从满足高速公路交通安全联网联控对路网模型的精细化需求角度分析了路网建模的要点,提出了一种适合高速公路路网数据表达、操作的高速公路基础路网数据模型。该模型基于分层拓扑组织路网要素,以里程桩号作为路网建模划分的最小粒度,同时包含车道信息,可根据不同需求组合为抽象路网。模型包含有向路段、有向路段结点、有向子路段、有向子路段结点、车道、车道连接器六个部分,能够细致的描述高速公路路网拓扑结构。选取沈海高速与沪陕高速共用路段区域路网作为试验区域,建立了基于该模型的高速公路路网数据库,并将模型应用于高速公路突发事件处理,实例表明该模型有利于迅速响应高速公路网络的突发事件,满足高速公路交通安全联网联控相关应用对路网模型的需求。     

基于路段二级模糊评判的路网运营安全性研究

将影响路段全天候运营安全的因素进行层次划分，在规范和一定的数据统计基础上，建立了模糊判断矩阵．通过层次分析法和专家评分法，确定各因素的权重，采用梯形隶属函数，对道路运营安全服务等级进行二级模糊综合评判．提出根据各路段在路网拓扑结构中的重要程度、两端连接路段的数量、路段历史交通量以及道路设施类型等4个方面，确定路段权重的思想，并通过对路段评判结果的加权求和来评定高速公路路网安全性．最后以算例说明评价过程．     

城市道路网络演变模型

为了探寻城市道路网络的内在演变规律,基于叶脉生长模型,提出了道路网络演变模型,分析路网中节点的生成规律;根据道路网络的特点,提出生成节点与已有路网的连接规则.以上海市浦东新区为研究对象,研究节点新增比例与经济、人口等指标的关系,提出了节点新增比例模型.按照提出的演变模型,模拟研究年的道路网络,对比实际路网和模拟路网的一些复杂网络指标.结果表明,该模型能较好地模拟实际路网的变化.     

考虑脆弱性的离散交通网络设计

针对交通网络中的脆弱单位进行优化是保证路网稳定运行的前提。为此,选择改进后能从多方面综合反映路网脆弱性的评价指标,分析了脆弱性指标和路段数、交通量之间的关系,并利用双层规划模型来描述考虑脆弱性的离散交通网络设计,其中上层模型以路网脆弱度最小化为优化目标,下层模型为用户均衡配流模型,通过设计遗传算法并结合Frank-Wolfe算法进行求解。算例结果表明,投资金额为300万元时,与以单一路段脆弱性为优化目标的方案相比,从路网整体角度出发提出的优化方案可将13条路段的脆弱度降低到理想值,而前者只有仅仅7条,并且此时该方案可将路网脆弱度降低38.5%,相比于前者多降低9.1%;分析还发现在起讫点(origin-destination, OD)需求越大的情况下,需投入更多的建设资金才能将路网脆弱度降低到理想值。     

基于动态交通分配的杭州湾跨海大桥紧急事件管理

以环杭州湾区域内高速公路和主要干道组成的路网为研究对象,建立VISSIM动态交通分配仿真模型,模拟杭州湾跨海大桥发生紧急事件的多种场景;从路网、路径和路段3个层面出发,评估不同严重程度事故对路网整体运行状况的影响;量化评估车载诱导系统的作用.结果表明,事件持续时间是影响路网运行最关键的因素,相关部门的应急救援能力急需提...     

最短路径算法在高速公路联网收费中的研究及应用

Floyd算法求任意2点间距离时间复杂度等同于Dijkstra算法,现行高速公路路网由环路和射线路段组成,当路网节点多时,两种算法单独操作计算速度慢。基于Floyd计算环路效率高,Dijkstra计算稀疏图的射线路段效率高的特性,本文结合Floyd和Dijkstra算法来计算高速公路路网任意2节点间最短路径。用VC＋＋设计模拟出路网中2点间（一对点）的最短路径,并对算法复杂度进行分析。     

基于层次分析法的路网结构可靠度计算模型研究

鉴于可靠性对路网规划设计的重要意义,建立结构可靠度指标从可靠性的角度评价设计方案.首先借鉴建筑结构承受载荷能力模型,给出结构可靠度的定义.然后,基于顺畅性和抗毁性来计算结构可靠度:运用路网各路段的加权平均饱和度,来量化/评价顺畅性对路网可靠度的影响;并通过路段加权平均饱和度得到初始可靠度,再根据各路网设计方案的抗毁性对初始可靠度进行修正,以计量抗毁性对结构可靠度的影响,最终得到路网结构可靠度.最后,用算例证明了模型的有效性.     

网络环境下公路节省时间效益的测算

为准确评估公路网的营运经济效益,选取最具影响力的指标因素即节省时间效益,作为测算对象.基于路网与单路时间效益测算方法的对比,提出了公路网按节点选择、路径选择、节省出行时间价值的时间效益计算方法,并以张家口市公路网为实例,验证了该算法的有效性.结果表明:该方法改进了以往研究中只计算单条路段的节约时间价值的弊端,重点分析了组成路网的各条路段间的时间节约模型计算方法；其中节点选择模型以人口、生产总值、公路客货运量为节点重要度计算指标,更能充分真实的反映张家口市路网各节点的区域特征；路径选择模型考虑出行者行为偏好,使得出行者的个人意愿从理性的角度得到满足,更符合实际情况且简单实用；基于节点重要度计算和最优路径选择,利用路段特性函数计算时间价值,充分考虑了路段与路段之间效益的影响,更显合理；路网节约时间效益测算方法更符合公路建成路网的运营状况,该方法可为公路网营运后评价提供理论支持.