CN114255586B - 一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法和系统，其中，该方法包括：根据若干网联自动公交专用道方案构建多模式交通网络，设置有限开放策略，在保证网联自动公交车服务水平的前提下，允许部分网联自动小汽车进入专用道，与网联自动公交车混合行驶，构建有限开放策略下的多模式均衡模型，计算多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布，进而计算得出评价指标，从若干网联自动公交专用道方案中确定最佳的专用道方案，通过本申请，解决了网联自动公交专用道只供网联自动公交行驶存在的道路资源浪费问题，实现了网联自动公交专用道的合理布设，在保证网联自动公交车服务水平的前提下，提高网联自动公交专用道利用率。

Description

一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法和系统

技术领域

本申请涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法和系统。

背景技术

目前，在政府和企业的不懈努力下，车联网和自动驾驶技术取得了巨大进步，搭载车联网的自动驾驶车辆(网联自动车)已进入实地运营阶段，如谷歌于2018年在凤凰城郊区推出第一款网联自动出租车，进行首个商业化应用；百度目前已在长沙、沧州和北京三座城市布设了其网联自动出租车运营服务，服务出行人次超21万。相比于网联自动小汽车，搭载车联网的自动驾驶公交车(网联自动公交车)更有可能率先实现大规模应用，如2017年，深圳在实际道路上试运行一辆搭载“阿尔法巴-智能驾驶公交系统”的无人驾驶公交车；2019年，台中市通过有线驱动控制和惯性测量装置将传统的公交车改造成更智能的自动公交车。

在不久的将来，网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车将会在实际路网中共同行驶。为了提高网联自动公交车服务水平从而更好的利用其较大的运输能力，管理者可能会在某些路段上布设专用道专供网联自动公交车运行，称为网联自动公交专用道。然而，在纯网联自动驾驶环境下，车道通行能力得到明显提高，单纯的网联自动公交专用道更有可能存在道路资源浪费，降低网联自动驾驶的技术优势。

目前针对相关技术中网联自动公交专用道只供网联自动公交行驶存在的道路资源浪费问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法和系统，以至少解决相关技术中网联自动公交专用道只供网联自动公交行驶存在的道路资源浪费问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法，所述方法包括：

根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建多模式交通网络，所述多模式交通网络中包含网联自动公交专用道；

设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶；

根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建所述多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式；

在所述有限开放策略下，根据所述多模式交通网络构建多模式均衡模型，计算所述多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布；

根据所述出行需求分布和所述路段行驶时间计算公式，计算得出评价指标，进而从若干所述网联自动公交专用道方案中，确定最佳的网联自动公交专用道方案。

在其中一些实施例中，根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建多模式交通网络包括：

根据若干网联自动公交专用道方案，将实际道路网络中的路段划分成常规车道路段和网联自动公交专用道路段，得到修改的路网拓扑；

根据所述修改的路网拓扑，构建包含所有交叉口的节点集合N^a、包含所有路段的边集合L^a、包含网联自动公交专用道路段的边集合L^CAB和路段和交叉口的关联集合NL^a，建立起小汽车行驶的小汽车网络；

根据公交线路方案，构建包含所有公交站点的节点集合N^b、包含公交线路所经过的路段的边集合L^b和包含路段和公交站点的关联集合NL^b，建立起网联自动公交车行驶的公交网络；

构建公交乘客上车路段集合L^em、下车路段集合L^al和路段节点关联集合，建立起所述公交网络与所述小汽车网络的联系，得到多模式交通网络。

在其中一些实施例中，设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶包括：

通过约束公式和/>设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶，其中，l表示专用道路段；/>表示专用道路段l上网联自动小汽车车流量，A2代表在专用道上运行的网联自动小汽车模式；/>表示专用道路段l上网联自动公交车车流量；z_l为二进制变量，表示是否允许网联自动小汽车进入专用道l；α为控制参数，保证网联自动公交车在专用道上的运行效率；/>表示网联自动公交专用道的通行能力，A表示网联自动小汽车模式；/>表示网联自动公交车转化成等量的网联自动小汽车的转化系数。

在其中一些实施例中，计算所述多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布包括：

计算出行需求在网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车中的出行需求分布，以及所述网联自动公交车、所述网联自动小汽车和所述人工小汽车在所述多模式交通网络中的车流分布。

在其中一些实施例中，根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建所述多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式包括：

根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建路段通行能力计算公式，计算所述多模式交通网络中小汽车网络路段和公交网络路段的通行能力；

根据所述小汽车网络路段和所述公交网络路段的通行能力，构建路段行驶时间计算公式，计算所述多模式交通网络中网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车的行驶时间。

第二方面，本申请实施例提供了一种开放策略下自动公交专用道布局优化的系统，所述系统包括网络构建模块、开放策略模块、分布规划模块和评价筛选模块；

所述网络构建模块根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建多模式交通网络；

所述开放策略模块设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶；

所述分布规划模块根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建所述多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式；

所述分布规划模块在所述有限开放策略下，根据所述多模式交通网络构建多模式均衡模型，计算所述多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布；

所述评价筛选模块根据所述出行需求分布和所述路段行驶时间计算公式，计算得出评价指标，进而从若干所述网联自动公交专用道方案中，确定最佳的网联自动公交专用道方案。

在其中一些实施例中，所述网络构建模块根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建多模式交通网络包括：

所述网络构建模块根据若干网联自动公交专用道方案，将实际道路网络中的路段划分成常规车道路段和网联自动公交专用道路段，得到修改的路网拓扑；

所述网络构建模块根据所述修改的路网拓扑，构建包含所有交叉口的节点集合N^a、包含所有路段的边集合L^a、包含网联自动公交专用道路段的边集合L^CAB和路段和交叉口的关联集合NL^a，建立起小汽车行驶的小汽车网络；

所述网络构建模块根据公交线路方案，构建包含所有公交站点的节点集合N^b、包含公交线路所经过的路段的边集合L^b和包含路段和公交站点的关联集合NL^b，建立起网联自动公交车行驶的公交网络；

所述网络构建模块构建公交乘客上车路段集合L^em、下车路段集合L^al和路段节点关联集合，建立起所述公交网络与所述小汽车网络的联系，得到多模式交通网络。

在其中一些实施例中，所述开放策略模块设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶包括：

所述开放策略模块通过约束公式和/> 设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶，其中，l表示专用道路段；/>表示专用道路段l上网联自动小汽车车流量，A2代表在专用道上运行的网联自动小汽车模式；/>表示专用道路段l上网联自动公交车车流量；z_l为二进制变量，表示是否允许网联自动小汽车进入专用道l；α为控制参数，保证网联自动公交车在专用道上的运行效率；/>表示网联自动公交专用道的通行能力，A表示网联自动小汽车模式；/>表示网联自动公交车转化成等量的网联自动小汽车的转化系数。

在其中一些实施例中，所述分布规划模块计算所述多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布包括：

所述分布规划模块计算出行需求在网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车中的出行需求分布，以及所述网联自动公交车、所述网联自动小汽车和所述人工小汽车在所述多模式交通网络中的车流分布。

在其中一些实施例中，所述分布规划模块根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建所述多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式包括：

所述分布规划模块根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建路段通行能力计算公式，计算所述多模式交通网络中小汽车网络路段和公交网络路段的通行能力；

所述分布规划模块根据所述小汽车网络路段和所述公交网络路段的通行能力，构建路段行驶时间计算公式，计算所述多模式交通网络中网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车的行驶时间。

相比于相关技术，本申请实施例提供的一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法和系统，根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建包含网联自动公交专用道的多模式交通网络，设置有限开放策略，在保证网联自动公交车服务水平的前提下，允许部分网联自动小汽车进入专用道，与网联自动公交车混合行驶，构建有限开放策略下的多模式均衡模型，计算多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布，进而计算得出评价指标，从若干网联自动公交专用道方案中，确定最佳的网联自动公交专用道方案，解决了网联自动公交专用道只供网联自动公交行驶存在的道路资源浪费问题，实现了网联自动公交专用道的合理布设，在保证网联自动公交车服务水平的前提下，提高网联自动公交专用道利用率，提高网联自动驾驶的技术优势，减少道路资源浪费。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例开放策略下多模式网络交通分布优化方法的步骤流程图；

图2是修改的路网拓扑的示意图；

图3是多模式交通网络的示意图；

图4是含网联自动公交专用道的Sioux Falls路网示意图；

图5是四条网联自动公交运行线路无向图的示意图；

图6是基于Sioux Falls路网的小汽车网络示意图；

图7是基于Sioux Falls路网的公交网络示意图；

图8是根据本申请实施例开放策略下多模式网络交通分布优化系统的结构框图。

附图说明：81、网络构建模块；82、开放策略模块；83、分布规划模块；84、评价筛选模块。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本申请实施例提供了一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法，图1是根据本申请实施例开放策略下多模式网络交通分布优化方法的步骤流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S102，根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建多模式交通网络，多模式交通网络中包含网联自动公交专用道；

步骤S104，设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶；

步骤S106，根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式；

步骤S108，在有限开放策略下，根据多模式交通网络构建多模式均衡模型，计算多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布；

步骤S110，根据出行需求分布和路段行驶时间计算公式，计算得出评价指标，进而从若干网联自动公交专用道方案中，确定最佳的网联自动公交专用道方案。

通过本申请实施例中的步骤S102至步骤S110，解决了网联自动公交专用道只供网联自动公交行驶存在的道路资源浪费问题，实现了网联自动公交专用道的合理布设，在保证网联自动公交车服务水平的前提下，提高网联自动公交专用道利用率，提高网联自动驾驶的技术优势，减少道路资源浪费。

进一步地，在其中一些实施例中，步骤S102，根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建多模式交通网络包括：

图2是修改的路网拓扑的示意图，如图2所示，根据若干网联自动公交专用道方案，将实际道路网络中的路段划分成常规车道路段和网联自动公交专用道路段，得到修改的路网拓扑；

根据修改的路网拓扑，根据所述修改的路网拓扑，构建包含所有交叉口的节点集合N^a、包含所有路段的边集合L^a、包含网联自动公交专用道路段的边集合L^CAB和路段和交叉口的关联集合NL^a，建立起小汽车行驶的小汽车网络；

根据公交线路方案，构建包含所有公交站点的节点集合N^b、包含公交线路所经过的路段的边集合L^b和包含路段和公交站点的关联集合NL^b，建立起网联自动公交车行驶的公交网络；

图3是多模式交通网络的示意图，如图3所示，构建公交乘客上车路段集合L^em、下车路段集合L^al和路段节点关联集合，建立公交网络与小汽车网络的联系，得到多模式交通网络。

进一步地，在其中一些实施例中，步骤S104，设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶包括：

通过以下约束实现允许部分网联自动小汽车进入专用道，与网联自动公交车混合行驶：

式中：

l表示专用道路段；

表示专用道路段l上网联自动小汽车车流量，A2代表在专用道上运行的网联自动小汽车模式；

表示专用道路段l上网联自动公交车车流量；

z_l为二进制变量，表示是否在路段l上布设了网联自动公交专用道z_l＝1表示允许网联自动小汽车进入，否则，不允许；

α为控制参数，保证网联自动公交车在专用道上的运行效率；

表示网联自动公交专用道的通行能力，A表示网联自动小汽车模式；

表示网联自动公交车转化成等量的网联自动小汽车的转化系数。

进一步地，在其中一些实施例中，步骤S106，根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式包括：

根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建路段通行能力计算公式，计算多模式交通网络中小汽车网络路段和公交网络路段的通行能力；

具体地，根据路段物理属性以及与交通流组成、混行车流平均最小车头时距和车道数量的关系，推导得到小汽车网络和公交网络中路段通行能力计算公式，具体如式(3)和(4)所示：

式中：

表示小汽车网络路段l的通行能力；

表示与小汽车网络路段l配对的公交网络路段l'的通行能力；

表示纯人工小汽车运行时路段l的通行能力；

n_l表示路段l的车道数量；

η_l为二进制参数，η_l＝1表示在路段l上布设了网联自动公交专用道，否则，未布设；

表示路段l上的人工小汽车车流量，H代表人工小汽车模式；

表示常规车道路段l上的网联自动小汽车车流量，A1代表在常规车道上运行的网联自动小汽车模式。

根据小汽车网络路段和公交网络路段的通行能力，构建路段行驶时间计算公式，计算多模式交通网络中网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车的行驶时间。

具体地，根据路段物理属性、用途、交通流组成，以及通行能力，基于BPR函数构建多模式交通网络中的路段行驶时间计算公式，具体如式(5)-(9)所示：

式中：

o表示小汽车对网联自动公交车速度的影响；

ζ表示网联自动公交车对小汽车速度的影响；

和/>分别表示网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在路段l上的行驶时间；

和/>分别表示网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在路段l上的自由流行驶时间；

α^B和σ^B表示网联自动公交车模式下BPR函数中的两参数；

α^A和σ^A表示网联自动小汽车模式下BPR函数中的两参数；

f_r(j)表示经过上车路段(i,j)终点的公交路线r的发车频率；

t_al表示固定的公交乘客下车时间；

式(5)-(9)分别用来计算公交网络、上车路段、下车路段、小汽车网络常规路段，以及网联自动公交专用道路段上网联自动小汽车的行驶时间。

进一步地，在其中一些实施例中，步骤S108，在有限开放策略下，根据多模式交通网络构建多模式均衡模型，计算多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布包括：

计算出行需求在网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车中的出行需求分布，以及网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在多模式交通网络中的车流分布。

需要说明的是，出行需求指的是需要出行的人群总数目，出行需求分布指的是该人群选择何种交通方式来出行，即分布在不同交通方式上的人群数目；

具体地，在有限开放策略下，多模式均衡模型通过下述约束确定出行需求在网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车中的分布以及三种车流在路网中的分布：

式中：

表示OD(出行起止点)对w间拥有人工小汽车的出行需求；

表示OD对w间拥有网联自动小汽车的出行需求；

表示OD对w间选择出行模式m₁的出行需求，m₁∈{H,B1}，其中B1代表网联自动公交车模式，其乘客流来源于拥有人工小汽车的出行需求；

表示OD对w间选择出行模式m₂的出行需求，m₂∈{A,B2}，其中B2代表网联自动公交车模式，其乘客流来源于拥有网联自动小汽车的出行需求；

θ₁、为logit模型两校准参数，用于划分拥有人工小汽车的出行需求/>在人工小汽车和网联自动公交车之间的分布；

θ₂、为logit模型两校准参数，用于划分拥有网联自动小汽车的出行需求/>在网联自动小汽车和网联自动公交车之间的分布；

Δ为路段节点关联矩阵；

为OD对w间选择模式m₁出行的路段流量向量，m₁∈{H,B1}；

为OD对w间选择模式m₂出行的路段流量向量，m₂∈{A,B2}；

E^w为一个维度为N的节点向量，仅包含两非零值，数字1表示相应节点为OD对w的起点，数字-1表示相应节点为OD对w的终点；

γ_l、/>分别是式(10)-(15)的拉格朗日乘子；/>和为不同OD对不同出行模式的节点势能，γ_l为公交乘客额外等待时间，/>为网联自动公交车道上网联自动小汽车的控制延误；

式(10)-(13)为流量守恒约束；式(14)确保公交网络路段l上的乘客流量不超过其通行能力其中通行能力/>主要取决于公交车的容量和发车频率。式(15)表示对部分网联自动小汽车开放网联自动公交专用道资源，允许其进入行驶；式(16)-(20)确保网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车分别在各自许可路段上行驶；式(21)为非负约束；式(22)-(27)确保每条路段的头尾节点势能差不超过相应路段的旅行时间和额外等待时间之和；式(28)和(29)分别为变量/>和/>的对偶约束；式(30)和(31)为非负约束；式(32)确保在常规车道上，网联自动小汽车无控制延误。

进一步地，在其中一些实施例中，步骤S110，根据出行需求分布和路段行驶时间计算公式，计算得出评价指标，进而从若干网联自动公交专用道方案中，确定最佳的网联自动公交专用道方案包括：

具体地，根据路段行驶时间计算公式计算出网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在路段上的行驶时间，再根据出行需求分布计算出评价指标，该评价指标包括三种车流在多模式交通网络中的总行驶时间、多模式交通网络中人均出行时间、三种车流的车辆运行速度、网联自动小汽车流量和网联自动车总流量，其中，网联自动车是网联自动公交和网联自动小汽车的总称；进而从若干网联自动公交专用道方案中，选出最佳的网联自动公交专用道方案。

需要注意的是，由于评价基准的不同，评价指标可以根据实际需求进行设置，本实施例中所列举的五种评价指标，并非是指有且仅有五种评价指标，凡是根据路段行驶时间计算公式和出行需求分布计算得到的，能用来评价专用道方案优劣的指标，均属于本实施例中的评价指标。

本申请具体实施例提供了一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法，图4是含网联自动公交专用道的Sioux Falls路网示意图，如图4所示，以Sioux Falls路网为例，路网包含24个节点，76个路段，196对起讫对；图5是四条网联自动公交运行线路无向图的示意图，如图5所示，运行着四条公交线路。该方法包括如下步骤：

步骤1：确定网联自动公交专用道布设方案，即布设路段以及每条布设路段所包含的专用道数量；

步骤2：构建包含网联自动公交专用道的多模式交通网络，供网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车运行，具体步骤如下：

步骤2.1：用两条同起点同终点路段将包含网联自动公交专用道路段划分成常规车道路段和网联自动公交专用道路段，得到修改的路网拓扑，图6是基于Sioux Falls路网的小汽车网络示意图，如图6所示；

步骤2.2：根据修改的路网拓扑，构建小汽车网络，包括节点集合N^a、路段集合L^a、路段集合L^cab和路段节点关联集合NL^a，示例如表1所示：

表1小汽车网络拓扑集合示例

集合名称	集合内容
		节点集合Na	{1,2,3,…,22,23,24}
路段集合La	{1,2,3,…,96,97,98}
		路段集合Lcab	{77,78,79,…,96,97,98}
路段节点关联集合NLa	{(1,1,2),(2,1,3),…,(97,24,13),(98,13,24)}

步骤2.3：根据实际公交线路方案，构建公交网络，图7是基于Sioux Falls路网的公交网络示意图，如图7所示，包括节点集合N^b、路段集合L^b和路段节点关联集合NL^b，示例如表2所示：

表2公交网络拓扑集合示例

步骤2.4：构建公交乘客上车路段集合L^em和下车路段集合L^al以及路段节点关联集合NL^ab，建立起公交网络与小汽车网络的联系，示例如表3所示：

表3公交乘客上下车路段集合示例

步骤3：调查得到各类模型参数，包括各起讫对拥有人工小汽车的出行需求和拥有网联自动小汽车的出行需求/>各出行模式各路段的自由流行驶时间/>每条公交线路发车频率f_r(j)，下车时间t_al，BPR模型参数α^A、σ^A、α^B和σ^B，Logit模型参数θ₁、/>θ₂和/>确定网联自动公交专用道资源开放率α。

步骤4：根据各路段属性和车道数量确定各路段通行能力和各模式路段旅行时间计算公式。例如图3中路段2的车道数n_l＝3，存在一条网联自动公交专用道，η_l＝1，则小汽车网络和公交网络中该路段的通行能力计算公式分别为：

小汽车网络和公交网络中该路段的旅行时间计算公式分别为：

步骤5：求解有限开放策略下多模式用户均衡模型，得到出行需求在网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车上的分布以及三种车流在路网中的分布，进而计算出评价指标(可以为三种车流的总行驶时间)，确定最佳的网联自动公交专用道方案。表4和5分别展示部分起讫对出行需求的模式选择结果和部分路段三种车流的车流量；

表4部分起讫对模式选择结果

表5部分路段三种模式客流量

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请实施例提供了一种开放策略下多模式网络交通分布的优化系统，图8是根据本申请实施例开放策略下多模式网络交通分布优化系统的结构框图，如图8所示，该系统包括网络构建模块81、开放策略模块82、分布规划模块83和评价筛选模块84；

网络构建模块81根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建多模式交通网络；

开放策略模块82设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶；

分布规划模块83根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式；

分布规划模块83在有限开放策略下，根据多模式交通网络构建多模式均衡模型，计算多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布；

评价筛选模块84根据出行需求分布和路段行驶时间计算公式，计算得出评价指标，进而从若干网联自动公交专用道方案中，确定最佳的网联自动公交专用道方案。

通过本申请实施例中的网络构建模块81、开放策略模块82、分布规划模块83和评价筛选模块84，解决了网联自动公交专用道只供网联自动公交行驶存在的道路资源浪费问题，实现了网联自动公交专用道的合理布设，在保证网联自动公交车服务水平的前提下，提高网联自动公交专用道利用率，提高网联自动驾驶的技术优势，减少道路资源浪费。

在其中一些实施例中，网络构建模块81根据实际道路网络拓扑、公交线路和若干网联自动公交专用道方案，构建多模式交通网络包括：

网络构建模块81根据若干网联自动公交专用道方案，将实际道路网络中的路段划分成常规车道路段和网联自动公交专用道路段，得到修改的路网拓扑；

网络构建模块81根据修改的路网拓扑，构建小汽车行驶的小汽车网络，其中，N^a为包含所有交叉口的节点集合、L^a为包含所有路段的边集合、L^CAB为包含网联自动公交专用道路段的边集合，NL^a为路段和交叉口的关联集合；

网络构建模块81根据公交线路方案，构建网联自动公交车行驶的公交网络，其中，N^b为包含所有公交站点的节点集合、L^b为包含公交线路所经过的路段的边集合，NL^b为路段和公交站点的关联集合；

网络构建模块81构建公交乘客上车路段集合L^em、下车路段集合L^al和路段节点关联集合，建立公交网络与小汽车网络的联系，得到多模式交通网络。

在其中一些实施例中，开放策略模块82设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶包括：

开放策略模块82通过约束公式和/> 设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶，其中，l表示专用道路段；/>表示专用道路段l上网联自动小汽车车流量，A2代表在专用道上运行的网联自动小汽车模式；/>表示专用道路段l上网联自动公交车车流量；z_l为二进制变量，表示是否允许网联自动小汽车进入专用道l；α为控制参数，保证网联自动公交车在专用道上的运行效率；/>表示网联自动公交专用道的通行能力，A表示网联自动小汽车模式；/>表示网联自动公交车转化成等量的网联自动小汽车的转化系数。

在其中一些实施例中，分布规划模块83计算多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布包括

分布规划模块83计算出行需求在网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车中的出行需求分布，以及网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在多模式交通网络中的车流分布。

在其中一些实施例中，分布规划模块83根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式包括：

分布规划模块83根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建路段通行能力计算公式，计算多模式交通网络中小汽车网络路段和公交网络路段的通行能力；

分布规划模块83根据小汽车网络路段和公交网络路段的通行能力，构建路段行驶时间计算公式，计算多模式交通网络中网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车的行驶时间。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种开放策略下多模式网络交通分布的优化方法，其特征在于，所述方法包括：

根据若干网联自动公交专用道方案，将实际道路网络中的路段划分成常规车道路段和网联自动公交专用道路段，得到修改的路网拓扑；

根据所述修改的路网拓扑，构建包含所有交叉口的节点集合N^a、包含所有路段的边集合L^a、包含网联自动公交专用道路段的边集合L^CAB和路段和交叉口的关联集合NL^a，建立起小汽车行驶的小汽车网络；

根据公交线路方案，构建包含所有公交站点的节点集合N^b、包含公交线路所经过的路段的边集合L^b和包含路段和公交站点的关联集合NL^b，建立起网联自动公交车行驶的公交网络；

构建公交乘客上车路段集合L^em、下车路段集合L^al和路段节点关联集合，建立起所述公交网络与所述小汽车网络的联系，得到多模式交通网络；

通过约束公式和z_l∈{0,1}设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶，其中，l表示专用道路段；/>表示专用道路段l上网联自动小汽车车流量，A2代表在专用道上运行的网联自动小汽车模式；/>表示专用道路段l上网联自动公交车车流量；z_l为二进制变量，表示是否允许网联自动小汽车进入专用道l；α为控制参数，保证网联自动公交车在专用道上的运行效率；/>表示网联自动公交专用道的通行能力，A表示网联自动小汽车模式；/>表示网联自动公交车转化成等量的网联自动小汽车的转化系数；

根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建所述多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式，其中，所述路段通行能力计算公式包括式(3)和式(4)，所述路段行驶时间计算公式包括式(5)、式(6)、式(7)、式(8)和式(9)；

式中：表示小汽车网络路段的通行能力；/>表示与小汽车网络路段配对的公交网络路段l'的通行能力；/>表示纯人工小汽车运行时路段的通行能力；n_l表示路段的车道数量；η_l为二进制参数，η_l＝1表示在路段上布设了网联自动公交专用道，否则，未布设；/>表示路段上的人工小汽车车流量，H代表人工小汽车模式；/>表示常规车道路段上的网联自动小汽车车流量，A1代表在常规车道上运行的网联自动小汽车模式；

式中：o表示小汽车对网联自动公交车速度的影响；ζ表示网联自动公交车对小汽车速度的影响；和/>分别表示网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在路段上的行驶时间；/>和/>分别表示网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在路段上的自由流行驶时间；α^B和σ^B表示网联自动公交车模式下BPR函数中的两参数；α^A和σ^A表示网联自动小汽车模式下BPR函数中的两参数；f_r(j)表示经过上车路段(i,j)终点的公交路线r的发车频率；t_al表示固定的公交乘客下车时间；

在所述有限开放策略下，根据所述多模式交通网络构建多模式均衡模型，计算所述多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布；

根据所述出行需求分布和所述路段行驶时间计算公式，计算得出评价指标，进而从若干所述网联自动公交专用道方案中，确定最佳的网联自动公交专用道方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布包括：

计算出行需求在网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车中的出行需求分布，以及所述网联自动公交车、所述网联自动小汽车和所述人工小汽车在所述多模式交通网络中的车流分布。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建所述多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式包括：

根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建路段通行能力计算公式，计算所述多模式交通网络中小汽车网络路段和公交网络路段的通行能力；

根据所述小汽车网络路段和所述公交网络路段的通行能力，构建路段行驶时间计算公式，计算所述多模式交通网络中网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车的行驶时间。

4.一种开放策略下自动公交专用道布局优化的系统，其特征在于，所述系统包括网络构建模块、开放策略模块、分布规划模块和评价筛选模块；

所述网络构建模块根据若干网联自动公交专用道方案，将实际道路网络中的路段划分成常规车道路段和网联自动公交专用道路段，得到修改的路网拓扑；根据所述修改的路网拓扑，构建包含所有交叉口的节点集合N^a、包含所有路段的边集合L^a、包含网联自动公交专用道路段的边集合L^CAB和路段和交叉口的关联集合NL^a，建立起小汽车行驶的小汽车网络；根据公交线路方案，构建包含所有公交站点的节点集合N^b、包含公交线路所经过的路段的边集合L^b和包含路段和公交站点的关联集合NL^b，建立起网联自动公交车行驶的公交网络；构建公交乘客上车路段集合L^em、下车路段集合L^al和路段节点关联集合，建立起所述公交网络与所述小汽车网络的联系，得到多模式交通网络；

所述开放策略模块通过约束公式和z_l∈{0,1}设置有限开放策略，允许部分网联自动小汽车进入所述网联自动公交专用道，与网联自动公交车混合行驶，其中，l表示专用道路段；/>表示专用道路段l上网联自动小汽车车流量，A2代表在专用道上运行的网联自动小汽车模式；/>表示专用道路段l上网联自动公交车车流量；z_l为二进制变量，表示是否允许网联自动小汽车进入专用道l；α为控制参数，保证网联自动公交车在专用道上的运行效率；/>表示网联自动公交专用道的通行能力，A表示网联自动小汽车模式；/>表示网联自动公交车转化成等量的网联自动小汽车的转化系数；

所述分布规划模块根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建所述多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式，其中，所述路段通行能力计算公式包括式(3)和式(4)，所述路段行驶时间计算公式包括式(5)、式(6)、式(7)、式(8)和式(9)；

式中：表示小汽车网络路段的通行能力；/>表示与小汽车网络路段配对的公交网络路段l'的通行能力；/>表示纯人工小汽车运行时路段的通行能力；n_l表示路段的车道数量；η_l为二进制参数，η_l＝1表示在路段上布设了网联自动公交专用道，否则，未布设；/>表示路段上的人工小汽车车流量，H代表人工小汽车模式；/>表示常规车道路段上的网联自动小汽车车流量，A1代表在常规车道上运行的网联自动小汽车模式；

式中：o表示小汽车对网联自动公交车速度的影响；ζ表示网联自动公交车对小汽车速度的影响；和/>分别表示网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在路段上的行驶时间；/>和/>分别表示网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车在路段上的自由流行驶时间；α^B和σ^B表示网联自动公交车模式下BPR函数中的两参数；α^A和σ^A表示网联自动小汽车模式下BPR函数中的两参数；f_r(j)表示经过上车路段(i,j)终点的公交路线r的发车频率；t_al表示固定的公交乘客下车时间；

所述分布规划模块在所述有限开放策略下，根据所述多模式交通网络构建多模式均衡模型，计算所述多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布；

所述评价筛选模块根据所述出行需求分布和所述路段行驶时间计算公式，计算得出评价指标，进而从若干所述网联自动公交专用道方案中，确定最佳的网联自动公交专用道方案。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述分布规划模块计算所述多模式交通网络中的出行需求分布和车流分布包括：

所述分布规划模块计算出行需求在网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车中的出行需求分布，以及所述网联自动公交车、所述网联自动小汽车和所述人工小汽车在所述多模式交通网络中的车流分布。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述分布规划模块根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建所述多模式交通网络中路段通行能力计算公式，进而得到路段行驶时间计算公式包括：

所述分布规划模块根据路段物理属性、用途和交通流组成，构建路段通行能力计算公式，计算所述多模式交通网络中小汽车网络路段和公交网络路段的通行能力；

所述分布规划模块根据所述小汽车网络路段和所述公交网络路段的通行能力，构建路段行驶时间计算公式，计算所述多模式交通网络中网联自动公交车、网联自动小汽车和人工小汽车的行驶时间。