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.     

道路网结构可靠性分析

为了加强区域路网在进行灾害紧急疏散、救援等方面的作用,避免因路网破坏而导致的城市功能性孤立、救援行动迟缓和次生灾害增多等现象发生,采用拓扑指数分析路网的分散、集中程度及路网结构可靠性。分析结果表明:加强孤立节点与其他节点的联系,可以大大增加整体路网的拓扑指数值;若2个节点之间已有1条或2条连接路段,在这个节点对之间新增一条新的路段对于整体路网稳定性的贡献不大,径向路网能够显著增强路网结构在抵抗灾害方面的可靠性;应用拓扑指数可清晰地定义路网的重要路段,为新增线路建设序列、灾后救援线路选择等方面提供方法支持。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

多点测量Internet拓扑特征实例分析

以CAIDA授权的海量数据为样本空间,对Internet拓扑结构进行分析.简要描述单点测量网络存在的采样偏见问题,并对多点测量网络拓扑实例进行分析.结果表明实际的网络拓扑具有幂律分布特征,但随着采样偏见影响的降低,幂指数呈逐渐减小的趋势.之后,分析了网络拓扑的谱密度分布,与BA生长模型无尺度图的谱密度相比,实际网络拓扑有明显区别,说明Internet是不符合BA模型的无标度图.     

一种增量式多目标优化的智能交通路径诱导方法

路径诱导是一种主动引导车辆合理分流来解决城市交通拥堵的方法.本文提出了一种基于增量搜索的多目标优化路径诱导方法.该方法首先利用图论法将复杂路网抽象为点线的赋权图,引入多目标优化变量,建立路网模型;然后在启发式搜索基础上引入增量搜索,结合全局规划和局部动态重规划,实现车辆的实时路径诱导.仿真结果表明该方法能有效地解决复杂路网中车辆的实时路径诱导问题.     

面向应急疏散的山区特征路网通路分析

针对山区地形地貌特点及山区路网形态特征,提出了山区特征工字型路网的基本概念;采用时间成本分析方法,对山区特征工字型路网的关键通道在相邻两端的周边路网影响范围进行了边界界定;运用图论及流体网络理论,对山区特征工字型路网进行了通路分析,采用引入虚节点和虚分支的方法,提出了山区特征工字型路网的通路求解方法。通过算例对山区特征工字型路网进行了通路分析及其求解。     

环形放射状路网拓扑结构交通拥堵特性

考虑交通出行需求和路网拓扑结构,研究了环形放射状路网上的交通拥堵特性。基于国内7个城市的出租车乘客OD数据分析,研究了出租车用户群体出行距离分布特性,建立了一种基于OD分布的交通需求生成普适性模型。在此基础上,研究了特定需求分布下规则网格状和环形放射状两种典型路网结构的交通拥堵特性。结果表明在满足特定OD直线距离分布的交通需求下,环形放射状路网拓扑结构能有效减少网络拥堵时间,节约交通出行成本。     

一种网络仿真实验床映射问题的启发式算法

提出了一种求解网络仿真实验床映射问题的启发式算法．该算法的思想是：为尽量少地占用仿真实验床的网络资源，应尽可能地将实验者要求的逻辑拓扑中连接紧密的结点映射到同一台交换机上．为此，将仿真实验床的物理拓扑以交换机为单位分成若干子图，之后在实验者要求的逻辑拓扑上进行迭代，每次迭代按边和权值选取结点进行子图划分，最终得到的划分图即为逻辑拓扑到仿真实验床物理拓扑的映射结果．实验结果表明，该算法能在较短的时间内求得近优解，并且当结点个数增大时，算法的求解时间远少于遗传算法．     

基于图Transformer网络的城市路网短时交通流预测模型

针对城市路网短时交通流预测问题,在考虑路网交通状态时空相关性基础上,提出一种基于图Transformer（graph transformer,Graformer）的预测方法。该方法将多条路段的交通状态预测问题转化为图节点状态预测问题,针对区分相同结构的空间路网结构图,本文将带有边的图同构网络（graph isomorphism network with edges,GINE）和Transformer网络相结合,对交通状态在路网层面的时空相关性进行建模,从而实现城市路网短时交通流预测。具体来说,Graformer模型首先利用长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM）对交通数据的时序信息进行预处理,接着采用基于GINE与Transformer的全局注意力机制提取交通数据的空间特征,最后实现路网各路段交通流的同步预测。通过使用PeMS数据集进行实验验证,结果表明提出的Graformer模型在各项性能指标上均优于对比模型,证明了其作为一种可靠且高效的路网短时交通流预测方法的有效性。     

基于道路骨架性的城市道路等级划分方法

首先在总结现有城市道路分级理论存在的不足基础上,从道路在路网中承担的结构功能角度指出,道路骨架性是城市道路分级方法的重要依据.然后提出了道路骨架性的定义,采用介数中心度作为定量描述道路骨架性的计算指标,并建立了依据道路骨架性定量划分道路等级的计算分级法;最后采用多个城市的现状与规划道路网数据,比较了计算分级法和传统道路分级方法所得到的道路分级结果的相似程度,验证了所提出的计算分级法的合理性和可行性.     

基于车道的城市道路仿真数据模型

从满足城市道路仿真需求的角度分析了数据建模的特点,提出了一种能够较真实反映路面的平面剖分方法,结合车道数据模型,能够准确地描述车道的属性信息。该模型突破了传统平面道路描述的局限,能够描述道路系统的非平面部分。将实际道路网络分为多个道路等级,实现不同层次道路网络信息的互操作,为整个道路仿真系统数据库的建立提供了理论基础。同时也可实现基于低层次道路网络生成高层次网络拓扑的算法,为真实反映道路交通状况提供了可能。     

基于快速图挖掘的网络拓扑局部调节区域算法

针对IP骨干网重新配置中繁重工作量的问题,提出一种快速图挖掘算法来解决网络拓扑的局部调节区域问题,解决了从网络拓扑中找到组件时子图同构的NP-hard问题,减少了网络重构的操作工作量.该文提出的启发式图挖掘算法顶点,称为顶点目标搜索(vertex targeting search,VTS)算法,通过考虑网络操作条件减少了搜索空间的大小.实验结果表明,该文方法可以快速得到搜索网络模式图,与其他方法比较,该文具有较少的搜索时间,说明该文方法具有可行性和有效性.     

卫星网络中基于蚁群优化的概率路由算法

为了提高空间信息传输的有效性和可靠性,针对传统蚁群优化(ant colony optimization,ACO)容易造成最优路径负载过重而发生拥塞的问题,提出了一种基于蚁群优化的概率路由算法(ant colony optimization based proba-bilistic routing algorithm,ACO-PRA).根据卫星网络拓扑动态周期时变的固有特点,将拓扑周期均匀分为若干个时间片,形成基于不同时间片的卫星网络拓扑连通图;根据网络拓扑连通图,将星间链路带宽和链路容量引入到目标函数中,建立时延最小的优化模型;根据蚁群算法的节点概率函数选择下一跳节点,进而找到一条能同时满足时延带宽和链路容量要求的最佳信号传输路径.仿真结果表明,提出的基于蚁群优化的概率路由算法不仅能够降低平均端到端时延和丢包率,而且能够有效地提高网络吞吐量、平衡网络负载.