一种事件条件下高速公路路径诱导方法及系统与流程

1.本公开涉及交通技术领域，具体涉及一种事件条件下高速公路路径诱导方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.交通诱导系统(traffic guidance system，tgs)指综合考虑人、车、路等交通要素，通过诱导出行者行为来改善路面交通的系统。旨在防止产生交通拥堵、减少车辆在道路上的行驶时间，最终实现交通流在路网各个路段的合理分配。
4.面向事件条件下的高速公路的路径诱导算法是交通诱导重要部分。事件条件下高速公路诱导方法对优化高速公路路网以及周边路网的道路交通状态有显著提升，该方法为交通管理部门提供科学的交通管控参考，但是目前并无有效的方法。
5.但是现有高速路网交通诱导分流研究多集中在紧急情况下的应急交通组织，且网络层面交通诱导分流方法的研究多针对城市道路，对高速公路网络的交通诱导分流研究较少。同时，实际应用中诱导措施的制定主要依据交通管理人员的经验进行人工决策，尚未形成完整的诱导分流方法。


技术实现要素：

6.本公开为了解决上述问题，提出了一种事件条件下高速公路路径诱导方法及系统，采用改进的logit算法对不同等级道路的流程进行标定，提出基于路段重复度最小的路径诱导算法，结合vissim仿真交通流状态，选择路段阻抗、路段延迟、路网交通流量作为指标，对针对不同的事件等级给出的诱导策略做出评价。
7.根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
8.一种事件条件下高速公路路径诱导方法，包括：
9.获取当前时段高速公路路网各个路段中的交通流量，计算出当前发生事件路段路径条件下的路段阻抗；
10.更新整个路网的路段阻抗，建立新的阻抗路网网络，判断在该事件等级下，事件路段的通行能力能否满足当前时段的交通流量；
11.若不能满足，则进行交通流量分配，按照路径重复度最小为目标函数，依次选择绕行时间短、在规定绕行距离范围内的路径；
12.计算已经选择的绕行路径的总通行能力，判断路网流量是否满足条件，事件路段的通行能力是否满足绕行路径，如果满足则停止迭代，如果不满足，则继续进行路径的计算，直到满足诱导路径流量为止，即诱导流量成功。
13.根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
14.一种事件条件下高速公路路径诱导系统，包括：
15.初始数据处理模块，用于获取当前时段高速公路路网各个路段中的交通流量，计算出当前发生事件路段路径条件下的路段阻抗；
16.路网更新模块，用于更新整个路网的路段阻抗，建立新的阻抗路网网络，判断在该事件等级下，事件路段的通行能力能否满足当前时段的交通流量；
17.路径优化模块，用于若事件路段的通行能力不能满足当前时段的交通流量时的交通流量的分配，按照路径重复度最小为目标函数，依次选择绕行时间短、在规定绕行距离范围内的路径；
18.路径诱导模块，计算已经选择的绕行路径的总通行能力，判断路网流量是否满足条件，事件路段的通行能力是否满足绕行路径，如果满足则停止迭代，如果不满足，则继续进行路径的计算，直到满足诱导路径流量为止，即诱导流量成功。
19.根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
20.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种事件条件下高速公路路径诱导方法。
21.根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
22.一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种事件条件下高速公路路径诱导方法。
23.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
24.(1)本公开立足于高速公路、国道、省道不同等级的道路提出路径诱导策略，进行路径诱导，旨在为事件条件下的交通状态提供诱导路径的方法和思路；
25.(2)本公开通过高速公路路网数据，以及采集道路网络真实数据，应用数学方法，得到了不同时间段的高速公路、国道、省道流量之间的关系，对于不同等级道路而言，车道数一定时，流量范围保持一致，存在清晰的范围和其他道路等级的比例数据区分，不会出现边界交叉的情况，对路网的数据进行了标定；
26.(3)本公开通过设计仿真实验，结合仿真软件进行了对诱导方法的验证，从路径-路段阻抗时间，延误时间，以及过车量等角度进行了对比，验证了算法的有效性。
附图说明
27.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
28.图1为本公开实施例中路径诱导设计总体技术路线图；
29.图2为本公开实施例中dial算法流程图；
30.图3为本公开实施例中基于重复度最小的路径诱导算法流程图；
31.图4为本公开实施例中路网延误指标；
32.图5为本公开实施例中路网过车量指标。
具体实施方式
33.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
34.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.实施例1
37.本公开的一种实施例中提供了一种事件条件下高速公路路径诱导方法，包括：
38.步骤1：获取当前时段高速公路路网各个路段中的交通流量，计算出当前发生事件路段路径条件下的路段阻抗；
39.步骤2：更新整个路网的路段阻抗，建立新的阻抗路网网络，判断在该事件等级下，事件路段的通行能力能否满足当前时段的交通流量；
40.步骤3：若不能满足，则进行交通流量分配，按照路径重复度最小为目标函数，依次选择绕行时间短、在规定绕行距离范围内的路径；
41.步骤4：计算已经选择的绕行路径的总通行能力，判断路网流量是否满足条件，事件路段的通行能力是否满足绕行路径，如果满足则停止迭代，如果不满足，则继续进行路径的计算，直到满足诱导路径流量为止，即诱导流量成功。
42.作为一种实施例，获取当前时段高速公路路网各个路段中的交通流量的方法包括获取的高速公路路网流量数据，以及采集道路网络真实数据的推算流量数据，即：
43.1、采用非均衡分配logit模型对交通流量进行分配，分配模型中的道路阻抗选择综合路阻函数，计算得到各路段交通流量。
44.具体的，交通阻抗是衡量交通状态或者交通现象的一项重要指标，其具体意义是用来描述出行者在出行过程中花费在道路上的时间，交通阻抗一般包含路段阻抗和交叉口延误。交通阻抗一般用路阻函数来形容，路阻函数是一个综合性函数，用来描述交通阻抗、路段通行能力、路段流量、交叉口延误等之间的关系。
45.考虑不同等级道路交通特征，选取综合阻抗函数对路网流量进行标定和计算，其函数形式如式(1)所示。
[0046][0047]
式中：xw为时间阻抗；yw为费用阻抗。所述不同等级道路含义为高速公路、国道、省道。
[0048]
2、构建交通分配模型
[0049]
交通分配模型主要分为平衡和非平衡分配，完全满足wardrop原理定义的平衡状态称为平衡分配方法；采用启发式方法或其他近似方法的分配模型称为非平衡分配方法。本公开采用logit模型进行流量分配的优势在于每一次循环基于路径概率进行多路径交通量的分配，而不是将所有的流量都分配到最短路径中，更加符合用户的选择心理，具体表达式见式(2)。
[0050][0051]
式中，o，d为起点、终点，c_k为路径的k实际阻抗，m为选择相关系数，p为选择路径k
的概率。
[0052]
为改善logit模型iia特性采用dial算法求解logit模型。dial算法的算法思想是求解出每个od间的有效路径。本公开忽略因距离过远的路径，选择有效路径选取k短路(k《＝5)。每一次循环根据logit模型计算每条路径的选择概率，将流量按照选择概率进行交通流分配。其算法步骤如下：
[0053]
步骤一：初始化网络。在矩阵标记处增设一列，表示添加每条路径选择的比例映射到路段中。初始化路径长度矩阵，来存储每一次循环中k短路径的阻抗。
[0054]
步骤二：计算当前各个路段的费用。采用yen’s算法求解相邻od对之间的k短路径，根据路径阻抗求出每条路径分配的比例，将其转化到标记矩阵中。
[0055]
步骤三：按照比例对每个路段进行交通流量分配。
[0056]
步骤四：循环分配，并进行精度检核。如果满足设置精度，计算停止，为最终的分配结果。如果没有达到这个精度，将返回到步骤二，继续做流量分配。精度越高，迭代次数越多。
[0057]
步骤1中，计算出当前发生事件路段路径条件下的路段阻抗，所述所述路段阻抗包括当前发生时间等级、交通上下游密度以及当前发生时间清除时间。
[0058]
步骤2中，判断在该事件等级下，事件路段的通行能力能否满足当前时段的交通流量，若可以满足，则无需交通诱导，继续按照最短路径行驶，仅提醒驾驶员安全驾驶；若不能满足，则进行交通流量诱导。
[0059]
进行交通流量分配的具体步骤为：在排除当前事件路段后，在当前更新的阻抗网络中采用最短路径算法以及路径搜索算法，计算出事件条件下的其他绕行路径，并将选取的路径进行比较，按照路径重复度最小作为目标函数，依次选择绕行时间短，在规定绕行距离范围内的路径；
[0060]
所述规定绕行距离范围路径为事件路径的0-1.5倍范围之间的路径。
[0061]
基于路段重复度最小的路径诱导算法思想如下：假定在一个抽象的道路交通网络中，当一个路段发生交通事件时，路段的通行能力将会按照事件的等级和类型进行折减，那么路段阻抗也会和其他路段有不同。由于交通流传播的特点，事件路段的上下游也会受到影响，这一影响表现在路段的阻抗函数中。真正的诱导从事件路段的上游开始，对于途径这个路段的流量进行诱导分流，在诱导中最重要的是要确定诱导路径。本公开确定诱导路径先是基于floyd最短路径算法，并采用实际阻抗法和节点删除法求解出o-d(o为origin的缩写，指出行发地点；d为destination的缩写，指出行的目的地)之间的通路，将路径重复度作为决策变量，在所有的通路中搜索与已选路径重复度最小的路径，并用路径长度和路径通行时间在一个较为合适的比例内进行限制。运用运筹优化问题求解得到绕行诱导路径。该算法的实现步骤如下：
[0062]
s1:在当前交通流分配均衡的路网中，计算出当前发生事件路径条件下的路段阻抗，更新整个网络的路段阻抗(即节点与节点之间时间)建立新的阻抗网络，判断在该事件等级下，事件路段的通行能力能否满足当前时段的车流量。若可以满足，则无需诱导，继续按照最短路径行驶即可，仅作提醒驾驶员安全驾驶即可；若不能满足，则进入步骤s2，进行绕行路径推荐。
[0063]
s2：在排除当前事件路段后，在当前更新的阻抗网络中采用最短路径算法以及路
径搜索算法，计算出事件条件下的其他绕行路径。并将选取的路径进行比较，按照路径重复度最小作为目标函数，依次选择绕行时间短，规定绕行距离范围内的路径，即绕行路径的距离范围为事件路径的0-1.5倍之间。
[0064]
s3：计算出已经选择的绕行路径的总通行能力，进行路网路段阻抗、通行能力、路段流量、以及重复度指标的计算。
[0065]
s4：判断路网流量是否满足条件，事件路段的通行能力是否满足绕行路径，如果满足则停止迭代，如果不满足，则返回到步骤二，继续执行算法，直到满足诱导路径流量为止，即诱导流量成功。
[0066]
具体的，事件发生对该路段的交通阻抗影响较大，并且对其上游和下游路段都有影响，所以要对路段阻抗重新进行计算。所述计算已经选择的绕行路径的总通行能力包括路网路段阻抗、通行能力、路段流量、以及重复度指标的计算。对于该路段的影响可以用公式(3)进行计算，对于上、下游路段的影响，计算事件发生时间和事件清除时间。
[0067][0068]
式中：c(a,t)为路段a在t时刻的路段阻抗，l为路段长度，k
jam
为路段的阻塞密度，ka为路段a在t时刻的密度，ks为路段a上游路段的密度。
[0069]
将路径之间的重复度作为决策变量，在所有的通路中搜索与已选路径重复度最小的路径。采用路径之间的重复度r最小来对绕行路径进行决策，对重复度的定义为，已选出的绕行路径与该路径共有路段的长度与原路径的总长度之比，如下：
[0070][0071][0072][0073]
决策公式为：
[0074][0075][0076]
式中：是o,d点间第b条路径的重复度，l为共同路段的长度，l为原路径的长度，为辨识参数，c
o.d
[b]为第b条绕行路径的剩余通行能力(设计通行能力*α-当前路段通行能力，α在高速公路取0.85，国省干路取0.80，避免绕行路径拥堵)。ti为最优路径上的旅行时间，本研究采用1.5倍最优路径时间作为最大的绕行时间值。绕行路径长度小于最优路径的两倍，最后所得的绕行路径的总的剩余通行能力要大于该时刻的路段流量
需求。
[0077]
实施例2
[0078]
本公开的一种实施例中提供了一种事件条件下高速公路路径诱导系统，包括：
[0079]
初始数据处理模块，用于获取当前时段高速公路路网各个路段中的交通流量，计算出当前发生事件路段路径条件下的路段阻抗；
[0080]
路网更新模块，用于更新整个路网的路段阻抗，建立新的阻抗路网网络，判断在该事件等级下，事件路段的通行能力能否满足当前时段的交通流量；
[0081]
路径优化模块，用于若事件路段的通行能力不能满足当前时段的交通流量时的交通流量的分配，按照路径重复度最小为目标函数，依次选择绕行时间短、规定绕行距离范围内的路径；
[0082]
路径诱导模块，计算已经选择的绕行路径的总通行能力，判断路网流量是否满足条件，事件路段的通行能力是否满足绕行路径，如果满足则停止迭代，如果不满足，则继续进行路径的计算，直到满足诱导路径流量为止，即诱导流量成功。
[0083]
上述系统具体执行本公开实施例1中的方法步骤。
[0084]
实施例3
[0085]
本公开的一种实施例中提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种事件条件下高速公路路径诱导方法步骤。
[0086]
实施例4
[0087]
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种事件条件下高速公路路径诱导方法步骤。
[0088]
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0089]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0090]
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。