本发明属于交通管理技术领域，具体涉及一种基于行使权分配的城市交通高峰错行方法。
背景技术：
目前，交通拥堵是国内各大城市共同面临的难题。2015年2月26日，国家统计局发布《2014年国民经济和社会发展统计公报》，截止2014年末全国民用汽车保有量达到15447万辆，其中私人汽车保有量12584万辆。我国的汽车保有量仍然在不断的增加，会进一步考验我国的交通道路的承受能力。
交通阻塞问题给城市生活的人民带来了很多困扰，极大地增加了人们出行的时间及成本。在北京，如果选择高峰期出行1个小时，大概有半个小时的时间会花费在拥挤等待上。通勤族每个月因为交通拥堵损失的时间成本就有808元。而其他拥堵排名前十的杭州、广州、济南、大连、哈尔滨、深圳、上海、重庆、青岛等城市，由于交通拥堵也会增加0.88～1.00倍数的出行时间，造成的额外成本损失最少也是每人每月至少551元。其次，交通阻塞使得能耗增加，极大地增长了城市交通的大气污染排放，对大众健康带来了巨大的威胁。
针对早晚高峰期交通阻塞现象，中国一些大城市也开始实施早晚高峰限行措施，限制车辆在早晚高峰期行驶进入限行区域，减少限行区域的车辆数量。其次，限行时间范围也有所增。在解决道路供需矛盾上，限行措施通过减少车辆出行需求来缓解道路资源的供应紧张，在一定程度上缓解了交通阻塞，提高了车辆的通行速度。
针对目前城市交通阻塞，目前主要还存在以下两方面问题：
(1)高峰期出行车流量超过道路承载能力。
道路作为有限的行驶资源，在特定的时间段内，使用特定的交通区域(路段)的车流量超出交通区域可承载量就会发生交通拥塞。早晚高峰期，在时间维度上，单位时间内出行车辆的数量处于波峰；其次，在空间维度上，车辆驶入繁华商业区和中心就业区也是最多的。由此，高峰期中心城区交通区域的交通阻塞已经成为常态，极大的困扰着城市居民的出行。
(2)现有的限行措施无法从根本上解决交通阻塞问题。
为了缓解城市的交通压力，中国的一些大城市颁布了单双号限行制度，按照车辆尾号实行车辆限行措施，使得车辆的车辆大幅度减少，在一定程度上减少了交通压力。但是现有的限行措施，以车牌号作为限行标准，缺乏人性化的考虑，此外，没有从时间和空间维度上考虑车辆的分布情况，无法从根本上解决城市的交通阻塞问题。
技术实现要素：
鉴于上述，本发明提供了一种基于行使权分配的城市交通高峰错行方法，能够实现时间与空间两个维度上的限行，起到错峰出行的目的，更加合理的利用道路资源。
一种基于行使权分配的城市交通高峰错行方法，包括以下步骤：
(1)获取用户的行使权请求报文和交通安全信用罚分，这些行使权请求报文分为两类：一类为高峰时间段前发出的预约行使权请求报文，另一类为高峰时间段内发出的临时行使权请求报文；
(2)将高峰时间段平均划分成若干个时间区块，将整个城市划分成若干个区域；对于任一区域，根据交通安全信用罚分对出发地点在该区域内的预约行使权请求报文用户进行动态限行；
(3)对于任一区域，计算该区域高峰时间段的平均车流量，进而基于出行时间信息熵的分配方案为出发地点在该区域内且未被限行的预约行使权请求报文用户分配出行时间；
(4)对于任一区域，根据出行时间对出发地点在该区域内的临时行使权请求报文用户进行动态限行；
(5)对于每一位被分配好出行时间的用户，根据其出发地点和目的地点采用Dijkstral最短路径算法为其规划出行路径。
所述的行使权请求报文包含出行时间、出发地点、目的地点以及用户ID，且报文中的出行时间属于高峰时间段内。
在高峰时间段内所有用户的出行时间服从高斯分布，所有用户的出发地点和目的地点所属区域同样服从高斯分布，即一些城市中心区域相对住的人或去的人比较多，偏僻的区域相对住的人或去的人比较少。
所述步骤(2)中对预约行使权请求报文用户进行动态限行，具体过程如下：
首先，对于任一区域，统计出发地点在该区域内且出行时间落在高峰时间段各时间区块内的预约行使权请求报文个数；
然后，针对该区域高峰时间段内的任一时间区块，将落在该时间区块内的预约行使权请求报文个数记为M，对落在该时间区块内所有预约行使权请求报文对应的用户按交通安全信用罚分从高到低进行排序，若M大于区域车流量分配上限阈值threshold，则拒绝其中交通安全信用罚分最高的M-threshold个用户的预约行使权请求报文，即对这些用户实施限行。
所述步骤(3)中通过以下公式计算区域高峰时间段的平均车流量：
其中：avg_flow为区域高峰时间段的平均车流量，flowi为出行时间落在区域高峰时间段第i个时间区块内的行使权请求报文个数，K为高峰时间段被划分成的时间区块总数。
所述步骤(3)中基于出行时间信息熵的分配方案，具体过程如下：
3.1对于任一区域，统计出发地点在该区域内且出行时间落在高峰时间段各时间区块内的预约行使权请求报文个数；
3.2提取该区域高峰时间段内预约行使权请求报文个数最多的一个时间区块作为中心区块，将该时间区块内未被限行的预约行使权请求报文导入分配池中，对分配池中所有预约行使权请求报文对应的用户按交通安全信用罚分从高到低进行排序，提取出其中交通安全信用罚分最低的N个用户的预约行使权请求报文，并分配这N个用户在该时间区块内出行；N为该区域高峰时间段的平均车流量；
3.3根据步骤3.2以与中心区块间隔从小到大的顺序遍历该区域高峰时间段内所有时间区块。
进一步地，所述步骤3.3中对于任一待分配的时间区块，将该时间区块内未被限行的预约行使权请求报文导入分配池中，判断分配池中每一预约行使权请求报文：若预约行使权请求报文中的出行时间与该时间区块的间隔超过60分钟，则将该预约行使权请求报文对应的用户分配至该时间区块内出行。
所述步骤(4)中对临时行使权请求报文用户进行动态限行，具体过程如下：
对于任一区域，判断出发地点在该区域内的每一个临时行使权请求报文：若临时行使权请求报文所要求的出行时间落在高峰时间段某一时间区块内，且步骤(3)中分配在该时间区块内出行的用户数量大于等于该区域的高峰时间段的平均车流量，则对该临时行使权请求报文的用户限行，否则允许该用户根据其出行时间在该区域内通行。
所述交通安全信用罚分由交通违章惩罚分和交通拥堵惩罚分加权求和后得到；所述的交通违章惩罚分由用户在各类交通违章行为上的历史违章次数加权求和后得到，所述的交通拥堵惩罚分为用户所预约的出行时间落在高于平均车流量的时间区块内的历史次数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
(1)本发明提出了基于行使权分配的限行概念，基于“出行时间信息熵”思想，结合交通安全信用体系分配行使权，实现交通流量在时间维度上的平摊和限行。
(2)本发明将“交通安全信用”作为行使权分配的加权要素，并且引入区域动态限行概念，实现了更合理的空间维度上的限行。
(3)本发明交通拥塞积分机制，诱导用户在早晚高峰期出行时主动提早(推迟)出行时间。
(4)本发明还能基于当前车流量进行临时出行预约的请求，增加了行使权分配的灵活性。
附图说明
图1为本发明城市交通高峰错行方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明基于行使权分配的城市交通高峰错行方法，包括如下步骤：
(1)用户通过互联网应用获取行使权预约请求，预约请求报文分为用户出行预约使权报文和用户临时预约行使权报文两部分。
用户出行预约使权报文即出行高峰前进行的预约报文，其中定义高峰期为6：00到10：00。用户出行预约使权报文与户临时预约行使权报文包括：出行时间T0、出发地点S0、目的地点St，即Mo：＝{S0，St，T0}；l和k指第几条出行预约报文；出发地点S0、目的地点St独立同分布，服从二维高斯分布；各用户从出发地点S0到目的地点St的路径由Dijkstral最短路径算法求的；早高峰期，各用户出行时间T0服从高斯分布。
(2)时间与空间划分，交通区域动态限行，保证局部交通区域不拥堵。
首先，对高峰时间段进行时间划分，即6：00-10：00按照interval＝5min的间隔分割成s单位分配时间[Ti，Ti+1)，i＝1，2，...，s，分配次数assign_cnt＝48；区域划分将城市地图划分成m*n等面积子网格。
然后，统计每个子区域单位分配时间T0内的用户出行预约使权报文总数将集合中元素按照交通安全信用分Cl降序排列；将与单位时间交通子区域车流量分配上限flow_threshold比较，超过上限则限行；具体计算方式如下：
For eachassign_time Tk in T：
i.当时，不限行，用户享有出行的权利；
ii.否则，对用户限行。
(3)在交通高峰期基于“出行时间信息熵”原理，依据行平均车流量和个人交通安全信用决定限行、保留原有出行时间出行或者等待到下一轮的分配，直至分配时刻到高峰末期结束。
出行时间信息熵原理指当用户的出行时间信息熵H(D)最大时，即交通区域车辆出行时间尽可能的保持均匀分布时，交通区域拥堵指数最小，计算方式如下：
其中：flowij为第i行第j列所对应的子交通区域出行流量，flowijk为第i行第j列所对应的子交通区域在出行时间在[Tk，Tk+1)出行流量。
平均车流量特征为：单位时间交通子区域车流量平摊上限，其中flowi时刻Ti交通子区域出行车流量。
本实施方式中的具体分配方案如下：
首先，计算出行车流量最多的时刻max_flow_time；分配过程从max_flow_time开始，往之前(后)时刻依次进行分配。
其次，每个单位时间Tk，将集合中元素按照交通安全信用分Cl降序排列；把flow_threshold以内的未限行用户加入到待分配缓冲队列wait_mes_buffer中，计算方法如下：
然后，利用出行时间信息熵理论，将高峰期出行流量尽量平摊，即将wait_mes_buffer中低于单位时间交通子区域车流量平摊上限avg_flow的用户分配当前时刻作为其被分配的出行时间。
最后，如果wait_mes_buffer中剩余待分配用户，如果有人已超过可忍耐等待时间60min则无论其信用分是否靠前，均为其分配当前Tk作为其出行时间。
对于临时出行请求根据车流量分配行使权，具体分配如下：
当时刻Ti交通子区域已分配出行车流量assign_flowt＜avg_flow时，用户顺利出行；否则，限行。
(4)维护个人交通安全信用评分体系，利用拥塞积分奖励惩罚机制诱导用户在早晚高峰期出行时提早(推迟)出行时间。
个人交通安全信用评分体系包含：影响交通违章行为类型ni，第i种类型的交通违章行为次数ci，第i种交通违章行为的权重系数δi。
交通违章行为的权重系数δi利用交通违章行为判断矩阵值计算，交通违章行为判断矩阵如表1所示：
表1
aij表示ai违规行为相对于aj违规行为对于交通安全的危害性以及对于交通安全信用的影响重要性程度；交通违章行为的权重系数计算方式如下：
根据交通违章行为判断矩阵获得12分，6分，3分，2分，1分这5种违反交通行为的权重向量为δ＝(0.503，0.260，0.134，0.068，0.035)。
因此，个人交通安全信用评分具体计算方式如下：
根据每个用户分配到的出行时间，计算该用户在算法分配过程中获得的奖励(惩罚)分congestion_penaltyl计算方式如下：
首先，当时：
其次，当时：
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。