CN107134139A - 一种道边机动车尾气检测点选址方法 - Google Patents
一种道边机动车尾气检测点选址方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种道边机动车尾气检测点选址方法，收集欲布点区域的交通路网路段、路径信息，根据路段历史车流量信息，及路段宽度、车道数、路段所处位置这样的路段特征，确定每条路段上设立道边机动车尾气检测点的最大截获流量及设立道边尾气检测点的安装费用，根据道边机动车尾气检测点的安装费用合理确定最小截获流量限值；使用获取的数据，建立了最大化截获交通流量的道边机动车尾气检测点选址的模型，然后求解此模型的算法，最终可获得需设立道边机动车尾气检测点的路段以及所需成本。此方法面向有容量限制的短时道边机动车尾气检测点的布点选址，为监管部门设立短时尾气检测点提供点位选择上的帮助，提高尾气检测的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种道边机动车尾气检测点选址方法，属于公共设施选址技术领域。
背景技术
对机动车尾气的检测可实现监管部门对机动车污染排放整体水平的了解，从而控制机动车尾气排放，改善城市空气环境。针对在用机动车尾气的检测，除了机动车需要在规定周期内到车检所进行的年检，还有分布在交通路网上对在路机动车的尾气排放状况进行实时检测的设备，这些设备包括一经布设就进行数年不间断运行的固定式机动车尾气检测设备，还有监管人员在道边设立的短时尾气检测点。
对于固定式机动车尾气检测设备的布点选址问题的研究，申请号为201510214145.6和201611267877.2的发明专利已经公开了城市路网机动车尾气遥测设备的布点方法，提出了面向道路污染物浓度估计、路网机动车尾气排放普查、特定种类机动车尾气检测等目标，考虑已知信息不同的情况下，不同布点方法的研究。
由于固定式机动车尾气检测设备的工作时间是二十四小时不间断的，因此可将其看作是无容量限制的设施，而道边机动车尾气检测点的运行需要配备相应的工作人员，所以其工作时间有限，而且道边机动车尾气检测点的设立会在一定程度上影响正常交通，对于交通流量较大的路段甚至会导致交通堵塞的现象。为避免此类现象的发生，这种短时机动车尾气检测点的设立对其路段上的交通流量大小有一定的要求，可被看作为有容量限制的设施，因此已有的针对于固定式机动车尾气检测设备的布点选址方法无法适用于机动车尾气检测点的布点选址。
针对短时道边机动车尾气检测点的选址布点问题，尚未见有关的研究。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种针对道边短时机动车尾气检测点的选址方案，面向有容量限制的短时道边机动车尾气检测点的布点选址，为监管部门设立短时尾气检测点提供点位选择上的帮助，以提高尾气检测的效率。
本发明技术解决方案：
一种道边机动车尾气检测点选址方法，分为以下三个步骤：
步骤一：收集欲布点区域的交通路网路段、路径信息，根据路段历史车流量信息，及路段宽度、车道数、路段所处位置这样的路段特征，确定每条路段上设立道边机动车尾气检测点的最大截获流量及设立道边尾气检测点的安装费用，根据道边机动车尾气检测点的安装费用确定最小截获流量限值；
步骤二：使用步骤一获取的交通路网路段、路径信息、路段特征、路段的最大截获流量、安装费用、最小截获流量的数据，建立道边机动车尾气检测点选址的模型，所述模型的目标是最大化截获交通流量，所述模型的形式如下：
s.t.
其中，A为交通网络G的路段集合，|A|表示A中的路段总数，a表示路段集合中的任一路段，P为交通路网上流量大于0的所有路径集合，|P|表示P中的路径总数，p表示路径集合中的任一路径，fp为路径p上的流量，fmin表示在路段上设立道边机动车尾气检测点的最小截获流量限值，b为设立尾气检测点的预算投入，ca为在路段a上设立尾气检测点的安装费用；在路段a上设立尾气检测点的最大截获流量为fa，max，yap表示流量fp被设立在路段a上的尾气检测点截获的比例；
xa和δpa为0-1变量：
步骤三：求解步骤二所建立的道边机动车尾气检测点选址的模型，最终xa等于1所对应的路段即为需布设道边机动车尾气检测点的路段。
求解道边机动车尾气检测点选址的模型，步骤如下：
步骤1.令对任意a∈A，xa＝0；设机动车尾气检测点的设立路段集合为L，令设L中包含的路段设立检测点所对应的截获流量的集合为K，令设路段集合A′，并令A′＝A，设置一个存放路段的集合Q，并令其中表示空集；
步骤2.计算集合A′中任一路段a上设立检测点可截获的流量ha，如果∑p∈Pyapfpδpa≤fa，max，则ha＝∑p∈Pyapfpδpa；如果∑p∈Pyapfpδpa＞fa，max，则从路段a可截获的最小路径流量开始截获，直至ha＝fa，max，如果ha＜fmin，则令A′＝A′\{a}，若则停止；
步骤3.对集合A′中任一路段a，计算ca/ha，选取ca/ha值最小的路段，若ca/ha值最小的路段不止一条，则选取在路段上设立尾气检测点的安装费用ca最小的路段，记为l，令L＝L∪{l}，K＝K∪{hl}，xl＝1；
步骤4.计算此时在集合L中路段上设立检测点的安装费用总和bL，若bL＜b，则在所有路径上减去路段l截获的流量，且令A′＝A′\{l}，然后转至步骤2；若bL＝b，则在所有路径上减去路段l截获的流量，且令A′＝A′\{l}，然后停止运算；若bL＞b，则释放该循环选取的路段，即令L＝L\{l}，K＝K\{hl}，xl＝0，将l加入集合Q，即令Q＝Q∪{l}，然后转步骤5；
步骤5.若则停止计算；否则在A′中选取除Q中元素外ca/ha值最小的路段，设为r，若bL+cr＝b，则令L＝L∪{r}，K＝K∪{hr}，xr＝1，A′＝A′\{r}，然后停止运算；若bL+cr＜b，则令L＝L∪{r}，K＝K∪{hr}，xr＝1，A′＝A′\{r}，并在所有路径上减去路段r截获的流量，然后转步骤2；若bL+cr＞b，则将r加入集合Q，即令Q＝Q∪{r}，然后重复步骤5；
经过上述算法，当或者到达设立尾气检测点的预算投入b时，算法停止，此时的L即为设立检测点的路段集合，xa等于1所对应的路段即为设立检测点的路段。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提出的道边机动车尾气检测点选址方法针对道边短时机动车尾气检测点的设立需求，充分考虑交通路网上所有路段的最大流量限制，为达到设立检测点的效果，引入最小截获流量限值，利用该限值在模型中确保设立检测点的路段能截获足够多的流量，根据本发明提出的道边机动车尾气检测点选址方法，可保证在预算投入一定的情况下，尽可能多地捕获交通流量。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为一个交通网络示意图(包含10个节点，13条路段)。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明涉及一种道边机动车尾气检测点选址方法，收集欲布点区域的交通路网路段、路径信息，根据路段历史车流量信息，及路段宽度、车道数、路段所处位置这样的路段特征，确定每条路段上设立道边机动车尾气检测点的最大截获流量及设立道边尾气检测点的安装费用，根据道边机动车尾气检测点的安装费用合理确定最小截获流量限值；使用获取的数据，建立了最大化截获交通流量的道边机动车尾气检测点选址的模型，然后根据贪婪策略提出求解此模型的算法，最终可获得需设立道边机动车尾气检测点的路段以及所需成本。
本发明具体实现如下：
首先收集欲布点区域的交通路网路段、路径信息，根据路段历史车流量信息，及路段宽度、车道数、路段所处位置这样的路段特征，确定每条路段上设立道边机动车尾气检测点的最大截获流量及设立道边尾气检测点的安装费用，根据道边机动车尾气检测点的安装费用合理确定最小截获流量限值。
定义交通路网G(N，A)，其中N为交通网络的节点集合，A为交通网络的路段集合，|A|表示A中的路段总数，a表示路段集合中的任一路段。P为交通路网上流量大于0的所有路径集合，|P|表示P中的路径总数，p表示路径集合中的任一路径，fp为路径p上的流量。b为设立尾气检测点的预算投入，ca为在路段a上设立尾气检测点的安装费用。
定义0-1变量xa和δpa：
考虑到监管部门设立尾气检测点的工作效率，检测点的设立需要对应路段上的交通流量不小于其最小截获流量fmin。定义在路段a上设立尾气检测点的最大截获流量为fa，max，yap表示流量fp被设立在路段a上的尾气检测点截获的比例。
在上述定义之后，可得出道边机动车尾气检测点选址的数学模型，其目标是最大化截获流量，形式如下：
s.t.
针对上述问题，本发明采用下面的方法进行求解：
步骤1.令对任意a∈A，xa＝0；设机动车尾气检测点的设立路段集合为L，令设L中包含的路段设立检测点所对应的截获流量的集合为K，令设路段集合A′，并令A′＝A，设置一个存放路段的集合Q，并令其中表示空集；
步骤2.计算集合A′中任一路段a上设立检测点可截获的流量ha，如果∑p∈Pyapfpδpa≤fa，max，则ha＝Σp∈Pyapfpδpa；如果Σp∈Pyapfpδpa＞fa，max，则从路段a可截获的最小路径流量开始截获，直至ha＝fa，max，如果ha＜fmin，则令A′＝A′\{a}，若则停止；
步骤3.对集合A′中任一路段a，计算ca/ha，选取ca/ha值最小的路段，若ca/ha值最小的路段不止一条，则选取在路段上设立尾气检测点的安装费用ca最小的路段，记为l，令L＝L∪{l}，K＝K∪{hl}，xl＝1；
步骤4.计算此时在集合L中路段上设立检测点的安装费用总和bL，若bL＜b，则在所有路径上减去路段l截获的流量，且令A′＝A′\{l}，然后转至步骤2；若bL＝b，则在所有路径上减去路段l截获的流量，且令A′＝A′\{l}，然后停止运算；若bL＞b，则释放该循环选取的路段，即令L＝L\{l}，K＝K\{hl}，xl＝0，将l加入集合Q，即令Q＝Q∪{l}，然后转步骤5；
步骤5.若则停止计算；否则在A′中选取除Q中元素外ca/ha值最小的路段，设为r，若bL+cr＝b，则令L＝L∪{r}，K＝K∪{hr}，xr＝1，A′＝A′\{r}，然后停止运算；若bL+cr＜b，则令L＝L∪{r}，K＝K∪{hr}，xr＝1，A′＝A′\{r}，并在所有路径上减去路段r截获的流量，然后转步骤2；若bL+cr＞b，则将r加入集合Q，即令Q＝Q∪{r}，然后重复步骤5；
经过上述算法，当或者到达设立尾气检测点的预算投入b时，算法停止，此时的L即为设立检测点的路段集合，xa等于1所对应的路段即为设立检测点的路段。
为方便说明，这里选取一个简单的例子介绍本发明的具体过程。图2为一个包含10个节点，13条路段的交通网络。每条路段设立尾气检测点的安装费用及最大截获流量如下表所示：
该交通路网上的路径有8条，分别为p1＝(a1，a2)、p2＝(a1，a4，a8，a11)、p3＝(a3，a9)、p4＝(a3，a6，a10)、p5＝(a4，a7，a10)、p6＝(a4，a8，a11)、p7＝(a5，a11)、p8＝(a12，a13)，这些路径上的流量分别为：10、18、25、22、20、37、18、13.
设fmin＝20，b＝1000，根据本发明提出的方法，如下：
1.令对任意a∈{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13}，xa＝0；设机动车尾气检测点的设立路段集合为L，令设L中的每条路段上设立检测点所对应的截获流量的集合为K，令设路段集合A′，并令A′＝A＝{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13}。设置一个存放路段的集合Q，并令
2.计算集合A′中任一路段a可截获的流量ha。需要注意的是，在这个例子中，为方便计算，对任意路段，任意路径，如果δpa＝1，则yap＝1。
h1＝28，h2＝10，h3＝22，h4＝18+20＝38，h5＝18，h6＝22，h7＝20，h8＝55，h9＝25，h10＝42，h11＝73，h12＝13，h13＝13.
由于h2＝10＜fmin，h5＝18＜fmin，h12＝13＜fmin，h13＝13＜fmin，将这4条路段从A′中删去，则A′＝{1，3，4，6，7，8，9，10，11}。
3.对集合A′中任一路段a，计算ca/ha：
选取其中值最小的4.76，对应的路段a10即可加入到集合L，即L＝{10}，K＝{{p4，p5}}，x10＝1。
4.此时bL＝c10＝200＜b，则令f4＝0，f5＝0，A′＝A′\{10}。
5.转至步骤2循环操作，此时A′＝{1，3，8，9，11}，且h1＝28，h3＝25，h8＝55，h9＝25，h11＝73.对集合A′中的每个元素计算ca/ha： 选取第二个设立检测点的路段a8，则L＝{10，8}，K＝{{p4，p5}}，{p2，p6}}，x8＝1，bL＝c10+c8＝500＜b，令f2＝0，f6＝0，A′＝A′\{8}。
6.再次转至步骤2循环操作，选取第三个设立检测点的路段a3，x3＝1，之后停止计算。
至此得到xa等于1所对应的路段即设立检测点的路段集合L＝{10，8，3}，K＝{{p4，p5}，{p2，p6}，{p3}}，bL＝c10+c8+c3＝700＜b。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
Claims (2)
1.一种道边机动车尾气检测点选址方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：收集欲布点区域的交通路网路段、路径信息，根据路段历史车流量信息，及路段宽度、车道数、路段所处位置这样的路段特征，确定每条路段上设立道边机动车尾气检测点的最大截获流量及设立道边尾气检测点的安装费用，根据道边机动车尾气检测点的安装费用确定最小截获流量限值；
步骤二：使用步骤一获取的交通路网路段、路径信息、路段特征、路段的最大截获流量、安装费用、最小截获流量的数据，建立道边机动车尾气检测点选址的模型，所述模型的目标是最大化截获交通流量，所述模型的形式如下：
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其中，A为交通网络G的路段集合，|A|表示A中的路段总数，a表示路段集合中的任一路段，P为交通路网上流量大于0的所有路径集合，|P|表示P中的路径总数，p表示路径集合中的任一路径，fp为路径p上的流量，fmin表示在路段上设立道边机动车尾气检测点的最小截获流量限值，b为设立尾气检测点的预算投入，ca为在路段a上设立尾气检测点的安装费用；在路段a上设立尾气检测点的最大截获流量为fa，max，yap表示流量fp被设立在路段a上的尾气检测点截获的比例；
xa和δpa为0-1变量：
步骤三：求解步骤二所建立的道边机动车尾气检测点选址的模型，最终xa等于1所对应的路段即为需布设道边机动车尾气检测点的路段。
2.根据权利要求1所述的道边机动车尾气检测点选址方法，其特征在于：所述步骤三中，求解道边机动车尾气检测点选址的模型步骤如下：
步骤1.令对任意a∈A，xa＝0；设机动车尾气检测点的设立路段集合为L，令设L中包含的路段设立检测点所对应的截获流量的集合为K，令设路段集合A′，并令A′＝A，设置一个存放路段的集合Q，并令其中表示空集；
步骤2.计算集合A′中任一路段a上设立检测点可截获的流量ha，如果∑p∈Pyapfpδpa≤fa，max，则ha＝∑p∈Pyapfpδpa；如果∑p∈Pyapfpδpa＞fa，max，则从路段a可截获的最小路径流量开始截获，直至ha＝fa，max，如果ha＜fmin，则令A′＝A′\{a}，若则停止；
步骤3.对集合A′中任一路段a，计算ca/ha，选取ca/ha值最小的路段，若ca/ha值最小的路段不止一条，则选取在路段上设立尾气检测点的安装费用ca最小的路段，记为l，令L＝L∪{l}，K＝K∪{hl}，xl＝1；
步骤4.计算此时在集合L中路段上设立检测点的安装费用总和bL，若bL＜b，则在所有路径上减去路段l截获的流量，且令A′＝A′\{l}，然后转至步骤2；若bL＝b，则在所有路径上减去路段l截获的流量，且令A′＝A′\{l}，然后停止运算；若bL＞b，则释放该循环选取的路段，即令L＝L\{l}，K＝K\{hl}，xl＝0，将l加入集合Q，即令Q＝Q∪{l}，然后转步骤5；
步骤5.若则停止计算；否则在A′中选取除Q中元素外ca/ha值最小的路段，设为r，若bL+cr＝b，则令L＝L∪{r}，K＝K∪{hr}，xr＝1，A′＝A′\{r}，然后停止运算；若bL+cr＜b，则令L＝L∪{r}，K＝K∪{hr}，xr＝1，A′＝A′\{r}，并在所有路径上减去路段r截获的流量，然后转步骤2；若bL+cr＞b，则将r加入集合Q，即令Q＝Q∪{r}，然后重复步骤5；
当或者到达设立尾气检测点的预算投入b时，停止，此时的L即为设立检测点的路段集合，xa等于1所对应的路段即为设立检测点的路段。
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2017
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