CN104318793A - 一种道路水浸事件紧急疏导配流生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，是以路网数据和积水数据作为已知量，首先对积水数据进行地图匹配，获取各路段中的积水点以及相应深度。基于木桶原理，计算出各路段的最大积水深度，并根据相应的积水深度，生成触发应急方案事件的基本信息。再利用路段受损函数计算各路段的实际通行能力，同时以交通调查整理得到的日常交通流数据作为当前路段基础负荷流量，通过对基础流量大于实际通行能力的路段在合理疏导区域内进行流量重新分配，生成水浸路段的疏导方案。最后输出该紧急疏导应急方案。本发明是基于交通动态分配、深度优先搜索思想，结合了实地路网数据，生成了不同区域、不同水浸深度场景下的紧急疏导应急方案。

Description

一种道路水浸事件紧急疏导配流生成方法

技术领域

本发明涉及动态交通分配领域，更具体地，涉及一种道路水浸事件紧急疏导配流生成方法。

背景技术

一般的交通分配，OD矩阵是已知且确定的，不考虑其随时间的变化，因此称为静态交通分配。动态交通分配是在交通供给情况以及交通需求状态已知的条件下，分析其最优的交通流量分布模式，通过一定的控制手段和诱导策略在空间、时间尺度上重新合理配置人们已经产生的需求，从而使交通路网得以高效运行，为交通流管理、动态路线引导等提供依据。

根据描述交通流方法的不同，可将动态交通分配模型分为仿真模型和分析模型。仿真模型中，交通流过程用仿真网络的运行来代替，其路段特性，如费用、行走时间等通过计算机模拟的动态网络加载获得。基于分析的动态交通分配模型则是通过数学函数关系来描述路网的动态特性。仿真模型从分析、模拟出行者的出行选择行为出发，便于集成各种控制策略，分析各个控制策略的效用，同时，使用这种方法不必求出各路段特性函数的具体形式，也不必对模型的参数进行辨识，这是其优点所在。但仿真模型分析能力差，不能从模型本身分析其解的收敛性，以及模型的精度和灵敏度。因此基于仿真模型的动态交通分配模型更适于工程应用。

分析模型结构严谨、逻辑严密是其优点所在，但是分析模型目前为止仍然缺乏行之有效的方法。并且由于交通系统本身的复杂性和不确定性使得无法用一个简单的数学形式来精确描述网络的所有动态特性。在建立分析模型过程中，还往往对模型本身附加了许多理想化的条件，所以分析模型目前还停留在理论研究阶段，更适用于学术探讨。

大雨引起的道路水浸事件容易造成道路通行能力的衰减，从而引致道路拥堵，甚至可能引发交通意外事件，给城市居民的日常出行等带来不便。采用上述仿真模型或分析模型均无法有效模拟出基于实际路网和实际交通流量。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提出一种道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，该方法综合应用仿真模型和分析模型，针对下雨时常发生道路水浸的地段(称为道路水浸黑点)，是一种典型道路水浸事件中的交通疏散应急预案，建立水浸黑点周边区域的交通仿真环境，实现水浸黑点附近动态交通流分配方法，进行道路水浸黑点附近的交通应急疏散模拟。从而能够减缓甚至消除道路水浸给道路通行能力带来的影响，避免交通拥挤恶化。该方法是一种基于实际路网和实际交通流量，适用于不同路段、不同积水深度的场景下的紧急疏导配流方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，包括以下步骤：

S11.结合真实路网数据，对积水数据进行地图匹配，获取各路段的积水点与相应积水深度；

S12.基于木桶原理，计算各路段的最大积水深度D_link；

S13.针对各路段的最大积水深度D_link，生成相应的触发器，触发器包括触发应急方案事件的基本信息；

S14.利用路段受损函数计算各路段的实际通行能力c_link；

S15.根据实地交通获取区域内各路段的日常交通流数据与交叉口的转向交通流数据，作为区域内路段的基础流量和交叉口转向流量；

S16.在基础流量大于实际通行能力c_link的路段，确定当前道路积水所需的紧急疏导区域；

S17.在道路交通疏导范围内，进行动态交通分配；

S18.生成相应的紧急疏导应急方案。

优选地，所述步骤S14中，利用路段受损函数计算各路段的实际通行能力c_link的步骤包括：

S21.计算各个路段的受损系数，设路段积水深度阈值为D_T，则受损系数r为：

$r=\left\{\begin{array}{cc}0& D_{\mathrm{link}}=0\\ \frac{D_{\mathrm{link}}}{D_T}& 0<D_{\mathrm{link}}<D_T\\ 1& D_{\mathrm{link}}\&GreaterEqual;D_T\end{array}\right.$

S22.利用路段受损函数，计算各个路段的实际通行能力c_link为：

c_link＝(1-r)×C_link

式中C_link表示道路最大通行能力。

优选地，所述步骤S16中，在基础流量大于实际通行能力c_link的路段时确定当前道路积水所需的紧急疏导区域的步骤包括：

S31.遍历各路段时，逐一判断路段的基础流量是否大于路段的实际通行能力c_link，如果路段的基础流量大于实际通行能力c_link，则标记该路段处于流量溢出状态，需要对路段流量进行重新分配；

S32.对标记为流量溢出状态的路段，查找该路段前后节点间的多条新路径，并将新路径纳入紧急疏导区域；若新路径不存在，则扩展至上游路段，查找上游路段前节点到溢出路段后节点间的多条新路径，并将新路径纳入紧急疏导区域；

S33.得到各溢出路段的相应紧急疏导区域。

优选地，所述步骤S17中，在道路交通疏导范围内，进行动态交通分配的步骤包括：

S41.对标记为流量溢出状态的路段，获取其紧急疏导区域；

S42.以最少节点(即经过最少交叉口)为原则，在保证新路径的各路段流量不溢出的前提下，将溢出流量分配在各条新路径上；

S43.重复以上两步，直到所有路段标记为非溢出状态。

优选地，所述步骤S32中，所述查找溢出路段前后节点间的多条新路径的方法如下：

S51.通过以流量溢出路段的后节点N_d为源，查找以N_d为后节点的所有路段，并令N_d等于得到的路段的前节点N'_o.i，重复查询，直到所查找的节点包含前节点N_o为止；

S52.以前节点N_o为起点，沿着上述查询到的路径找到后节点N_d，即为两个节点间的新路径。

优选地，所述步骤S32中，在新路径不存在的情况下，扩展至上游路段查找新路的具体方法为：

S61.原路段中两节点间没有可流量转移的新路径，需要对该路段的上游地方进行疏导，因此，根据前节点N_o，查询原路段的上游路段，纳入扩展范围中；

S62.按步骤S51至S53对扩展范围的路段进行新路径查找。

优选地，所述步骤S42中，将溢出流量分配在各条新路径上的方法如下：

S71.确定流量转移值，流量转移值为新路径中各路段的可增量、前后路径间的转向流量和原流量溢出路段的溢出量中的最小值；

S72.根据流量转移值削减原路段流量和增加新路径中各路段的流量；

S73.重复以上两步，直到标记为溢出流量的路段流量的溢出值为0；

S74.若在扩展区域内，无法完全转移溢出流量，则需要进行特殊处理。

上述步骤S71中是以“将溢出的流量尽可能转移到新路径上”为原则，确定流量转移值，流量转移值可由新路径中各路段的可增量(实际通行能力与实际流量之差)、前后路径间的转向流量和原流量溢出路段的溢出量中的最小值确定。并根据流量转移值削减原路段流量和增加新路径中各路段的流量。

优选地，步骤S74中特殊处理的具体方法为削减进口道的车流量，重新计算，削减量可配置：

S81.查找到达溢出路段最近的外围进口道交叉口集，并获取外围进口道交叉口集各交叉口到达溢出路段的合理路径；

S82.分别对各合理路径的车流量进行削减，直到溢出路段的溢出流量为0；各路径的车流量削减量取路径中各路段流量和前后路段间的转向流量的最小值。

上述的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，基于实际的路网和数据，结合了地图匹配、路径查询等方法，实现了在不同路段和不同水浸场景下生成相应的疏导应急预案的目标。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的紧急疏导配流生成方法是一种自适应的道路水浸疏导方案，具体体现在以下几个方面：1)本发明兼顾了实际的路网和实际的流量数据；2)本发明通过对较大范围研究区域中水浸黑点的提取，提出了交通流疏导的方法，具有了较强的普适性；3)在生成应急预案的过程中实现了紧急疏导范围的划分和交通流量的有效疏导。

基于以上特点，本发明公布的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法在减缓交通拥堵、减少交通事故的发生、降低道路交通的成本，缩短道路的更新周期等方面可以发挥巨大的作用，亦可为城市的发展和人民生活的提高增加助力。

附图说明

图1为本发明的总流程图。

图2为本发明方法中重新分配紧急疏导区域的交通流量的流程图。

图3为实施例1中路网、各路段流量及实际通行能力路网图。

图4为实施例1中查找的第一条新路径示意图。

图5为基于图4的第一路径流量转移结果示意图。

图6为实施例1中查找的第二新路径示意图。

图7为基于图6的第二路径流量转移结果示意图。

图8为实施例1中查找的第三新路径示意图。

图9为基于图8的第三路径流量转移结果示意图。

图10为实施例1中查找的第四新路径示意图。

图11为基于图10的第四路径流量转移结果示意图。

图12为可扩展的上游路段示意图。

图13为紧急疏导区域图。

图14为特殊处理结果图。

图15为最终处理结果图。

具体实施方式

图1给出了一个实施本发明公布方法的流程图，包括以下步骤：

在步骤“计算各路段最大积水深度”中经过地图匹配后，一个路段应包含1个或者多个积水点的数据。根据木桶原理，同一个路段的通行能力受到积水最深点的影响，因此定义路段积水深度为路段上积水点中数值最大的深度，数学表达如下：

D_link＝max{d_i,where(x_i,y_i)∈link}

在步骤“相应触发应急方案事件基本信息生成”中，设定路段积水阈值为D_T，一旦路段积水深度超过阈值，就生成一个触发器，存放于触发器集中，作为应急方案触发信息存储。

在步骤“计算各路段实际通行能力”中，在无积水的情况下，道路最大通行能力C_link可以参阅国标对不同等级道路的划分。此外，为保障通行安全，需要设定不同等级道路的最大积水深度，即路段积水深度阈值，当路段积水深度超过此阈值时，路段不能通行。在方法实现中，最大积水深度是可配置值。

本方法引用受损系数来描述积水对道路通行能力的影响，设路段积水深度阈值为D_T，则受损系数r可以定义为：

$r=\left\{\begin{array}{cc}0& D_{\mathrm{link}}=0\\ \frac{D_{\mathrm{link}}}{D_T}& 0<D_{\mathrm{link}}<D_T\\ 1& D_{\mathrm{link}}\&GreaterEqual;D_T\end{array}\right.$

则实际通行能力c_link为：

c_link＝(1-r)×C_link

在步骤“获取基础交通流量”中，基础交通流可根据交通调查数据整理得到。

在步骤“重新分配紧急疏导区域交通流量”中，是指对每一条路段，当其路段流量大于该路段的实际通行能力，即路段流量处于溢出状态，则该路段的溢出流量需要重新分配到网络的其他地方。主要使的是流量转移法，即将溢出的流量转移到新路径上，以及削减路段上游外围进口道流量的方法。

当路段流量处于溢出状态时，需要查找该路段两节点间的其他流量未溢出的路径进行流量重新分配。具体方法是通过以后节点N_d为源，查找以N_d为后节点的所有路段，并令N_d等于得到的路段的前节点N'_o.i，重复查询，直到所查找的节点包含前节点N_o为止。

具体地，流量转移值可由新路径中各路段的可增量(实际通行能力与实际流量之差)、前后路径间的转向流量和原流量溢出路段的溢出量中的最小值确定，并根据流量转移值削减原路段流量和增加新路径中各路段的流量。

一旦原路段中两节点间没有了可流量转移的新路径，需要对该路段的上游地方进行疏导，因此，根据前节点N_o，查询原路段的上游路段，纳入扩展范围中，同时对扩展范围的路段进行新路径查找和流量转移，直到原路段的流量溢出值为0。一旦扩展范围内的路段流量重新转移后，原路段的流量溢出值仍大于0，则需要进行特殊处理。

即当网络中的最大截面流量不足以承载进入的流量时，需要对进口道作特殊控制，包括以下方法：

削减进口道的车流量，重新计算，削减量可配置。具体方法是查找到达溢出路段最近的外围进口道交叉口集，并获取外围进口道交叉口集各交叉口到达溢出路段的合理路径，再分别对各合理路径的车流量进行削减，直到溢出路段的溢出流量为0。各路径的车流量削减量取路径中各路段流量和前后路段间的转向流量的最小值。

实施例1

下面结合一个实施例来具体阐述本发明公布的流量重新分配方法：

路网、各路段流量及实际通行能力如图3所示，可知节点19到节点21流量溢出，步骤如下：

1、查找从节点19到节点21的第一条新路径，结果如图4。

2、流量转移，新路径各路段的实际通行能力与实际流量的差分别为10、12、12，原路段(19->21)的溢出流量为30，取最小值10转移，图5为图4路网流量转移后结果。

3、重复第1、2步，结果如图6-11。

4、扩展上游路段。节点19到节点21的上游路段如图12所示，分别对上游路段寻找新路径和流量转移，直到原路段不溢出或对上游路段操作完毕为止。结果上游路段的前节点10、18、20均没有新路径到达节点21。

5、特殊处理。假设节点19到节点21的实际流量仍大于实际通行能力，需要对处理范围的路网寻找最近外围进口道并进行流量削减，上述处理范围如图13所示。可得最近外围进口道为由节点9、10、11流入的路段。

6、最终得到流量重新分配后的路网流量方案。

图3-15中，实线箭头指向表示定向路段，虚线箭头指向表示溢出定向路段，实线空心圆表示内部节点，虚线空心圆表示外围节点，带实心圆的实线箭头指向表示新路径路段，带实心方块的实线箭头指向表示最近外围节点到溢出定向路段的路径路段，m/n表示该定向路段的实际通行能力为n，实际流量为m，缺省值为40/50；图15中(+i)、(-i)分别表示疏导后该定向路段的流量增加和减少i，缺省值为无变化。

这是一种自适应的道路水浸疏导方案，具体体现在：1)本发明兼顾了实际的路网和实际的流量数据；2)本发明通过对较大范围研究区域中水浸黑点的提取，提出了交通流疏导的方法，具有了较强的普适性；3)在生成应急预案的过程中实现了交通流量的有效转移和疏导。

基于以上特点，本发明公布的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法在减缓交通拥堵、减少交通事故的发生、降低道路交通的成本，缩短道路更新周期等方面可以发挥巨大的作用，亦可为城市的发展和人民生活的提高增加助力。

以上所述算例仅表达了本发明流量重新分配子过程的实施方式，其描述较为具体和详尽，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11.结合真实路网数据，对积水数据进行地图匹配，获取各路段的积水点与相应积水深度；

S12.基于木桶原理，计算各路段的最大积水深度D_link；

S13.针对各路段的最大积水深度D_link，生成相应的触发器，触发器包括触发应急方案事件的基本信息；

S14.利用路段受损函数计算各路段的实际通行能力c_link；

S15.根据实地交通获取区域内各路段的日常交通流数据与交叉口的转向交通流数据，作为区域内路段的基础流量和交叉口转向流量；

S16.在基础流量大于实际通行能力c_link的路段，确定当前道路积水所需的紧急疏导区域；

S17.在道路交通疏导范围内，进行动态交通分配；

S18.生成相应的紧急疏导应急方案。

2.根据权利要求1所述的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，其特征在于，所述步骤S14中，利用路段受损函数计算各路段的实际通行能力c_link的步骤包括：

S21.计算各个路段的受损系数，设路段积水深度阈值为D_T，则受损系数r为：

$r=\left\{\begin{array}{cc}0& D_{\mathrm{link}}=0\\ \frac{D_{\mathrm{link}}}{D_T}& 0<D_{\mathrm{link}}<D_T\\ 1& D_{\mathrm{link}}\&GreaterEqual;D_T\end{array}\right.$

S22.利用路段受损函数，计算各个路段的实际通行能力c_link为：

c_link＝(1-r)×C_link

式中C_link表示道路最大通行能力。

3.根据权利要求1所述的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，其特征在于，所述步骤S16中，在基础流量大于实际通行能力c_link的路段时确定当前道路积水所需的紧急疏导区域的步骤包括：

S31.遍历各路段时，逐一判断路段的基础流量是否大于路段的实际通行能力c_link，如果路段的基础流量大于实际通行能力c_link，则标记该路段处于流量溢出状态，需要对路段流量进行重新分配；

S32.对标记为流量溢出状态的路段，查找该路段前后节点间的多条新路径，并将新路径纳入紧急疏导区域；若新路径不存在，则扩展至上游路段，查找上游路段前节点到溢出路段后节点间的多条新路径，并将新路径纳入紧急疏导区域；

S33.得到各溢出路段的相应紧急疏导区域。

4.根据权利要求3所述的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，其特征在于，所述步骤S17中，在道路交通疏导范围内，进行动态交通分配的步骤包括：

S41.对标记为流量溢出状态的路段，获取其紧急疏导区域；

S42.以最少节点为原则，在保证新路径的各路段流量不溢出的前提下，将溢出流量分配在各条新路径上；

S43.重复以上两步，直到所有路段标记为非溢出状态。

5.根据权利要求3所述的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，其特征在于，所述步骤S32中，所述查找溢出路段前后节点间的多条新路径的方法如下：

S51.通过以流量溢出路段的后节点N_d为源，查找以N_d为后节点的所有路段，并令N_d等于得到的路段的前节点N′_o.i，重复查询，直到所查找的节点包含前节点N_o为止；

S52.以前节点N_o为起点，沿着上述查询到的路径找到后节点N_d，即为两个节点间的新路径。

6.根据权利要求5所述的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，其特征在于，所述步骤S32中，在新路径不存在的情况下，扩展至上游路段查找新路的具体方法为：

S61.原路段中两节点间没有可流量转移的新路径，需要对该路段的上游地方进行疏导，因此，根据前节点N_o，查询原路段的上游路段，纳入扩展范围中；

S62.按步骤S51至S53对扩展范围的路段进行新路径查找。

7.根据权利要求4所述的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，其特征在于，所述步骤S42中，将溢出流量分配在各条新路径上的方法如下：

S71.确定流量转移值，流量转移值为新路径中各路段的可增量、前后路径间的转向流量和原流量溢出路段的溢出量中的最小值；

S72.根据流量转移值削减原路段流量和增加新路径中各路段的流量；

S73.重复以上两步，直到标记为溢出流量的路段流量的溢出值为0；

S74.若在扩展区域内，无法完全转移溢出流量，则需要进行特殊处理。

8.根据权利要求7所述的道路水浸事件紧急疏导配流生成方法，其特征在于，步骤S74中特殊处理的具体方法为削减进口道的车流量，重新计算，削减量可配置：

S81.查找到达溢出路段最近的外围进口道交叉口集，并获取外围进口道交叉口集各交叉口到达溢出路段的合理路径；

S82.分别对各合理路径的车流量进行削减，直到溢出路段的溢出流量为0；各路径的车流量削减量取路径中各路段流量和前后路段间的转向流量的最小值。