本發(fā)明屬于交通數(shù)據(jù)分析，具體涉及一種橋梁重點(diǎn)車(chē)輛時(shí)空分布推演方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在橋梁傾覆事件中，主要的承重橋梁為獨(dú)柱墩橋梁，其中，車(chē)輛荷載超載是導(dǎo)致獨(dú)柱墩橋梁傾覆的主要原因，尤其是大型貨車(chē)、公交車(chē)、兩客一危重載車(chē)輛，這些車(chē)輛在獨(dú)柱墩橋上行駛時(shí)，獨(dú)柱墩橋梁容易受到偏載的作用，加上其橫向穩(wěn)定性較差，抗傾覆能力會(huì)進(jìn)一步下降，并且當(dāng)它們同時(shí)在橋上時(shí)獨(dú)柱墩橋梁傾覆的風(fēng)險(xiǎn)急劇增加。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，橋梁傾覆風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法主要通過(guò)高精度傳感器監(jiān)測(cè)橋梁關(guān)鍵部位的狀態(tài)變化，如位移、傾角等，并運(yùn)用數(shù)據(jù)分析與建模技術(shù)（如歷史數(shù)據(jù)分析、有限元模型分析以及數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)算法）來(lái)預(yù)測(cè)橋梁的潛在風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)分析數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)立即觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，以便及時(shí)采取應(yīng)急響應(yīng)措施，從而有效降低橋梁傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。這種方法雖然能夠準(zhǔn)確地提供實(shí)時(shí)預(yù)警，但是其預(yù)見(jiàn)性有所欠缺，無(wú)法在車(chē)輛到達(dá)橋梁之前進(jìn)行提前預(yù)警，而上述重點(diǎn)車(chē)輛質(zhì)量較大，在高速行駛時(shí)難以直接制停，依然難以避免橋梁傾覆事件的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種橋梁重點(diǎn)車(chē)輛時(shí)空分布推演方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

2、第一方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種橋梁重點(diǎn)車(chē)輛時(shí)空分布推演方法，包括：

3、s10：獲取通過(guò)目標(biāo)區(qū)域的重點(diǎn)車(chē)輛歷史軌跡數(shù)據(jù)；

4、s20：基于預(yù)先建立的路網(wǎng)拓?fù)洌捎枚嚯A馬爾可夫鏈，構(gòu)建動(dòng)態(tài)更新的車(chē)輛行駛路徑推演模型；

5、s30：將重點(diǎn)車(chē)輛歷史軌跡數(shù)據(jù)置入車(chē)輛行駛路徑推演模型，并結(jié)合重點(diǎn)車(chē)輛當(dāng)前所處路段，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)重點(diǎn)車(chē)輛的最大概率行駛路徑；

6、s40：根據(jù)多個(gè)重點(diǎn)車(chē)輛的最大概率行駛路徑，預(yù)測(cè)得到多個(gè)重點(diǎn)車(chē)輛分別行駛至目標(biāo)橋梁的時(shí)空間分布信息；

7、s50：若時(shí)空間分布信息符合預(yù)設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，則將時(shí)空間分布信息推送至風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊。

8、通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明方法基于多階馬爾可夫鏈構(gòu)建了動(dòng)態(tài)更新的車(chē)輛行駛路徑推演模型，將重點(diǎn)車(chē)輛歷史軌跡數(shù)據(jù)置入車(chē)輛行駛路徑推演模型中，得到每個(gè)重點(diǎn)車(chē)輛個(gè)性化的推演路徑（最大概率行駛路徑），相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方法的預(yù)見(jiàn)性更強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)重點(diǎn)車(chē)輛未來(lái)行駛路徑的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

9、優(yōu)選的，步驟s20包括：

10、s21：定義重點(diǎn)車(chē)輛在路網(wǎng)拓?fù)渲忻織l路段的車(chē)輛車(chē)段狀態(tài)、多階馬爾可夫鏈的階數(shù)、預(yù)測(cè)步長(zhǎng)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率；

11、s22：采用多階馬爾可夫鏈，計(jì)算重點(diǎn)車(chē)輛從當(dāng)前所在路段到路網(wǎng)拓?fù)渲邢乱宦范蔚臓顟B(tài)轉(zhuǎn)移概率；

12、s23：根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，構(gòu)建第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣；

13、s24：根據(jù)第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，計(jì)算重點(diǎn)車(chē)輛在所有車(chē)輛車(chē)段狀態(tài)下的第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣；

14、其中，車(chē)輛行駛路徑推演模型至少包括多階馬爾可夫鏈、第一狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣和第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣。

15、優(yōu)選的，步驟s22中狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的表達(dá)式為：

16、

17、其中，表示路徑起點(diǎn)為且重點(diǎn)車(chē)輛從當(dāng)前所在路段到前個(gè)路段的情況行駛到下一個(gè)路段的概率，為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率計(jì)算數(shù)據(jù)集中路徑起點(diǎn)從車(chē)輛當(dāng)前所在路段到前個(gè)路段的次數(shù)，為行駛路徑中包含路徑的次數(shù)。

18、優(yōu)選的，步驟s30包括：

19、s31：獲取車(chē)輛行駛路徑推演模型內(nèi)多階馬爾可夫鏈的當(dāng)前狀態(tài)和重點(diǎn)車(chē)輛當(dāng)前所處路段對(duì)應(yīng)的當(dāng)前狀態(tài)鏈路；

20、s32：定義馬爾可夫狀態(tài)集合后，將多階馬爾可夫鏈的當(dāng)前狀態(tài)輸送至馬爾可夫狀態(tài)集合中存儲(chǔ)，初始化多階馬爾可夫鏈的當(dāng)前狀態(tài)；

21、s33：采用馬爾可夫狀態(tài)集合和第二狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，預(yù)測(cè)重點(diǎn)車(chē)輛前往路網(wǎng)拓?fù)渲忻織l路段的概率，并篩選出重點(diǎn)車(chē)輛的最大概率行駛路徑。

22、優(yōu)選的，在步驟s40之前，方法包括：

23、s400：構(gòu)建路網(wǎng)拓?fù)渲忻總€(gè)路段的平均行駛速度預(yù)測(cè)模型；

24、s401：獲取路網(wǎng)拓?fù)渲兴屑t綠燈各相位交替的時(shí)間點(diǎn)。

25、優(yōu)選的，步驟s40包括：

26、s41：判斷每一重點(diǎn)車(chē)輛的最大概率行駛路徑是否通過(guò)目標(biāo)橋梁，若是，執(zhí)行步驟s42，若否，結(jié)束預(yù)測(cè)；

27、s42：計(jì)算通過(guò)步驟s41檢驗(yàn)的重點(diǎn)車(chē)輛當(dāng)前位置與目標(biāo)橋梁的相對(duì)距離；

28、s43：判斷相對(duì)距離是否小于預(yù)設(shè)的距離閾值，若是，執(zhí)行步驟s44，若否，結(jié)束預(yù)測(cè)；

29、s44：根據(jù)平均行駛速度預(yù)測(cè)模型，計(jì)算通過(guò)步驟s43檢測(cè)的重點(diǎn)車(chē)輛行駛過(guò)最大概率行駛路徑中各路段的行駛速度；

30、s45：將最大概率行駛路徑轉(zhuǎn)換為車(chē)輛行駛路徑鏈路后，根據(jù)行駛速度和路網(wǎng)拓?fù)渲兴屑t綠燈各相位交替的時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算通過(guò)步驟s43檢測(cè)的重點(diǎn)車(chē)輛在車(chē)輛行駛路徑鏈路中由起始點(diǎn)到各節(jié)點(diǎn)所需的節(jié)點(diǎn)等待時(shí)間；

31、s46：根據(jù)行駛速度、節(jié)點(diǎn)等待時(shí)間及目標(biāo)橋梁的路段信息，預(yù)測(cè)通過(guò)步驟s43檢測(cè)的重點(diǎn)車(chē)輛行駛至目標(biāo)橋梁的時(shí)空間分布信息。

32、優(yōu)選的，目標(biāo)橋梁的路段信息包括橋梁長(zhǎng)度和目標(biāo)橋梁在最大概率行駛路徑中所處的橋梁路段節(jié)點(diǎn)，步驟s46包括：

33、s461：獲取橋梁長(zhǎng)度和橋梁路段節(jié)點(diǎn)；

34、s462：根據(jù)行駛速度、節(jié)點(diǎn)等待時(shí)間、橋梁路段節(jié)點(diǎn)及橋梁長(zhǎng)度，計(jì)算重點(diǎn)車(chē)輛進(jìn)出目標(biāo)橋梁所需的橋梁通過(guò)時(shí)間；

35、s463：根據(jù)橋梁長(zhǎng)度和橋梁通過(guò)時(shí)間，預(yù)測(cè)得到多個(gè)重點(diǎn)車(chē)輛行駛至目標(biāo)橋梁的時(shí)空間分布信息。

36、優(yōu)選的，步驟s462的計(jì)算表達(dá)式為：

37、

38、

39、其中，為重點(diǎn)車(chē)輛進(jìn)入目標(biāo)橋梁的時(shí)間，為重點(diǎn)車(chē)輛駛出目標(biāo)橋梁的時(shí)間，為重點(diǎn)車(chē)輛進(jìn)入橋梁路段節(jié)點(diǎn)的速度，為重點(diǎn)車(chē)輛進(jìn)入橋梁時(shí)的速度，為橋梁長(zhǎng)度，為節(jié)點(diǎn)等待時(shí)間，為橋梁路段節(jié)點(diǎn)到橋梁起點(diǎn)的距離。

40、優(yōu)選的，在步驟s10之前，本發(fā)明方法還包括：

41、s100：獲取重點(diǎn)車(chē)輛的原始軌跡數(shù)據(jù)，并對(duì)原始軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗；

42、s101：根據(jù)路網(wǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)錂z查；

43、s102：將經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗后的原始軌跡數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)拓?fù)錂z查后的路網(wǎng)進(jìn)行軌跡匹配，得到軌跡的路網(wǎng)匹配結(jié)果；

44、s103：根據(jù)路網(wǎng)匹配結(jié)果，將軌跡點(diǎn)位置校正至路網(wǎng)，得到重點(diǎn)車(chē)輛歷史軌跡數(shù)據(jù)。

45、第二方面，為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種橋梁重點(diǎn)車(chē)輛時(shí)空分布推演系統(tǒng)，采用上述橋梁重點(diǎn)車(chē)輛時(shí)空分布推演方法，本發(fā)明系統(tǒng)包括：

46、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取通過(guò)目標(biāo)區(qū)域的重點(diǎn)車(chē)輛歷史軌跡數(shù)據(jù)；

47、模型構(gòu)建模塊，用于基于預(yù)先建立的路網(wǎng)拓?fù)?，采用多階馬爾可夫鏈，構(gòu)建動(dòng)態(tài)更新的車(chē)輛行駛路徑推演模型；

48、路徑預(yù)測(cè)模塊，用于將重點(diǎn)車(chē)輛歷史軌跡數(shù)據(jù)置入車(chē)輛行駛路徑推演模型，并結(jié)合重點(diǎn)車(chē)輛當(dāng)前所處路段，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)重點(diǎn)車(chē)輛的最大概率行駛路徑；

49、空間分布預(yù)測(cè)模塊，用于根據(jù)多個(gè)重點(diǎn)車(chē)輛的最大概率行駛路徑，預(yù)測(cè)得到多個(gè)重點(diǎn)車(chē)輛分別行駛至目標(biāo)橋梁的時(shí)空間分布信息；

50、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，用于在時(shí)空間分布信息符合預(yù)設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，接收時(shí)空間分布信息。

51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少存在以下優(yōu)點(diǎn)：

52、（1）本發(fā)明方法基于多階馬爾可夫鏈，考慮了車(chē)輛行駛路徑的起點(diǎn)、車(chē)輛歷史行駛線路、預(yù)測(cè)步長(zhǎng)等因素，建立了每個(gè)重點(diǎn)車(chē)輛的個(gè)性化路徑預(yù)測(cè)推演模型，不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)車(chē)輛未來(lái)行駛路徑的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，還能夠根據(jù)車(chē)輛位置變化動(dòng)態(tài)更新車(chē)輛預(yù)測(cè)路徑。

53、（2）針對(duì)車(chē)輛在橋梁的未來(lái)時(shí)空分布難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題，本發(fā)明方法考慮了車(chē)輛經(jīng)過(guò)不同路段不同時(shí)間點(diǎn)的路段平均行駛速度以及車(chē)輛抵達(dá)交叉口的紅綠燈等待時(shí)間，建立了基于時(shí)變運(yùn)行特征的橋梁重點(diǎn)車(chē)輛時(shí)空分布推演模型，可識(shí)別車(chē)輛在橋梁上的時(shí)空分布，能夠?qū)崿F(xiàn)多輛重點(diǎn)車(chē)輛同時(shí)經(jīng)過(guò)獨(dú)柱墩橋梁的高風(fēng)險(xiǎn)工況識(shí)別。