一種城市內(nèi)澇情景下路網(wǎng)交通流的多源點(diǎn)協(xié)同疏導(dǎo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種城市內(nèi)澇情景下路網(wǎng)交通流的多 源點(diǎn)協(xié)同疏導(dǎo)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，各大城市內(nèi)澇情況日益嚴(yán)峻。內(nèi)澇積水嚴(yán)重阻礙道 路交通，甚至引發(fā)道路安全事故。因大規(guī)模降雨引起的城市內(nèi)澇災(zāi)害往往有多個(gè)內(nèi)澇積水 點(diǎn)，每一個(gè)黑點(diǎn)都能造成局部地區(qū)的交通擁堵，其相當(dāng)于一個(gè)疏散源，交通管理部門需要將 其盡快疏導(dǎo)到周邊的道路上。然而，不同的疏散源之間可能會(huì)相距較近，如果不進(jìn)行合理的 協(xié)同疏導(dǎo)，來(lái)自不同疏散源的擁堵交通流之間會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的沖突。目前涉及城市區(qū)域 范圍的交通疏導(dǎo)方法多數(shù)只考慮了單個(gè)疏散源點(diǎn)（或事故點(diǎn)）且疏散源點(diǎn)（或事故點(diǎn)）與 安全終點(diǎn)之間方向非常明確的情況。因此，已有的方法不適用于城市內(nèi)澇情景下的多源點(diǎn) 交通流的協(xié)同疏導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種城市內(nèi)澇積水點(diǎn)多源協(xié)同疏導(dǎo) 方法，用于進(jìn)行暴雨內(nèi)澇情景下?lián)矶陆煌ǖ目焖?、協(xié)同疏導(dǎo)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種城市內(nèi)澇情景下路網(wǎng)交通流的多源點(diǎn)協(xié)同疏導(dǎo)方法，其特征在于，對(duì)多個(gè)內(nèi) 澇積水點(diǎn)產(chǎn)生的不同方向的擁堵交通流進(jìn)行有機(jī)地協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的調(diào)度，最大程度地提高城 市道路系統(tǒng)的運(yùn)行效率，包括以下步驟：
[0006] SI.以每個(gè)內(nèi)澇積水點(diǎn)的空間位置為中心，利用arcgis內(nèi)置的工具生成每個(gè)內(nèi)澇 積水點(diǎn)影響范圍的泰森多邊形，每個(gè)泰森多邊形為一個(gè)疏導(dǎo)子區(qū)；
[0007] S2.利用廣度優(yōu)先搜索算法，對(duì)路段內(nèi)潰風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)判定，是以內(nèi)潰積水點(diǎn)所在 的一條或幾條路段進(jìn)行逐級(jí)擴(kuò)展搜索，內(nèi)澇積水點(diǎn)為最高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，依次搜索相鄰的各個(gè) 路段，并賦上相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)值；
[0008] S3.根據(jù)k則最短路徑算法，計(jì)算各疏導(dǎo)子區(qū)內(nèi)每個(gè)起始點(diǎn)對(duì)之間繞過(guò)內(nèi)澇積水 點(diǎn)的k條最短路徑，形成局部疏導(dǎo)路徑候選集；
[0009] S4.對(duì)候選路徑集中的各個(gè)疏導(dǎo)路徑進(jìn)行染色體編碼，基于遺傳算法并顧及交通 OD需求，進(jìn)行內(nèi)澇積水點(diǎn)多源疏導(dǎo)路徑的協(xié)同優(yōu)化。
[0010] 本發(fā)明是對(duì)"基于voronoi圖的疏導(dǎo)子區(qū)域劃分、基于廣度優(yōu)先搜索的道路風(fēng)險(xiǎn) 等級(jí)評(píng)價(jià)、基于k則最短路徑的局部疏導(dǎo)路徑候選集構(gòu)建、基于遺傳算法的多點(diǎn)協(xié)同疏導(dǎo) 優(yōu)化"進(jìn)行了系統(tǒng)的整合，構(gòu)建城市內(nèi)澇積水點(diǎn)多源協(xié)同疏導(dǎo)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市內(nèi)澇時(shí)多個(gè) 內(nèi)澇積水點(diǎn)周邊交通擁堵的協(xié)同疏導(dǎo)，并從全局上消除多個(gè)源點(diǎn)不同方向交通流之間的沖 突，提高路網(wǎng)系統(tǒng)的整體疏導(dǎo)效率。
[0011] 優(yōu)選地，所述步驟Sl是將每個(gè)內(nèi)澇積水點(diǎn)作為對(duì)周邊交通產(chǎn)生影響的源頭，采用 arcgis軟件內(nèi)置的voronoi圖生成方法，按照最鄰近原則劃分平面--泰森多邊形，使每 個(gè)內(nèi)澇積水點(diǎn)與它的最近鄰區(qū)域相關(guān)聯(lián)，以此劃分每個(gè)內(nèi)澇積水點(diǎn)的影響范圍，并作為后 續(xù)交通疏導(dǎo)的子區(qū)。
[0012] 優(yōu)選地，步驟S2進(jìn)行路段內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定的方法具體為：以內(nèi)澇積水點(diǎn)所在的 一條或幾條路段開(kāi)始對(duì)疏導(dǎo)子區(qū)域內(nèi)的路網(wǎng)進(jìn)行廣度優(yōu)先搜索，從內(nèi)澇積水點(diǎn)開(kāi)始往周邊 1階、2階、3階至η階路段逐級(jí)擴(kuò)展直到搜索到該疏導(dǎo)子區(qū)的邊界；內(nèi)澇積水點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) 最高，每往下擴(kuò)展一級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)便降一級(jí)。
[0013] 優(yōu)選地，基于k則最短路徑算法構(gòu)建疏導(dǎo)子區(qū)內(nèi)的局部疏導(dǎo)路徑候選集的算法 中，疏導(dǎo)子區(qū)內(nèi)道路網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥B通關(guān)系需要進(jìn)行快速重建；重建的方法為：
[0014] 根據(jù)道路的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高，其可達(dá)性越低的原則，若是從高風(fēng)險(xiǎn)路段i到低風(fēng)險(xiǎn) 路段j，則連通關(guān)系arc[i] [j] = 1 ;否則arc[i] [j] = 0,以此重建疏導(dǎo)子區(qū)域內(nèi)部道路網(wǎng) 絡(luò)的拓?fù)溥B通關(guān)系。
[0015] 優(yōu)選地，步驟S4中利用全局優(yōu)化方法一一遺傳算法來(lái)進(jìn)行多個(gè)疏導(dǎo)源點(diǎn)之間的協(xié) 同疏導(dǎo)；遺傳算法適應(yīng)度函數(shù)選擇整個(gè)疏導(dǎo)系統(tǒng)的平均疏導(dǎo)完成時(shí)間，即被疏導(dǎo)車輛在經(jīng) 過(guò)路段上的通行時(shí)間之和的平均值即為適應(yīng)度函數(shù)的值；
[0017] 其中，每一個(gè)路段行程時(shí)間tlS為：
[0019] 其中，t為實(shí)際通過(guò)該路段所需要的時(shí)間，t。為路段自由行駛時(shí)間，q為當(dāng)時(shí)通過(guò) 該路段的交通流量，單位pcu/h，c為路段的實(shí)際通行能力，單位pcu/h，α、β為模型待定 參數(shù)。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的方法能夠?qū)Χ鄠€(gè)內(nèi)澇積水點(diǎn)產(chǎn) 生的擁堵交通流進(jìn)行合理有效的協(xié)同疏導(dǎo)，并顧及交通OD(起訖點(diǎn)）需求以及內(nèi)澇積水造 成的道路風(fēng)險(xiǎn)，可以有效的解決目前各大城市因城市內(nèi)澇造成的偶發(fā)性交通擁堵的有效疏 導(dǎo)問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明公開(kāi)方法的流程圖。
[0022] 圖2為對(duì)廣州市核心區(qū)路網(wǎng)進(jìn)行基于voronoi圖的疏導(dǎo)子區(qū)劃分結(jié)果。
[0023] 圖3為基于廣度優(yōu)先搜索的道路風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)流程示意圖。
[0024] 圖4為基于k則最短路徑的局部疏導(dǎo)路徑候選集構(gòu)建流程示意圖。
[0025] 圖5為基于遺傳算法的多點(diǎn)協(xié)同疏導(dǎo)優(yōu)化流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027] 本發(fā)明的技術(shù)流程如附圖1所示，包括基于voronoi圖的疏導(dǎo)子區(qū)劃分、基于廣度 優(yōu)先搜索的道路內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)、基于k則最短路徑的局部疏導(dǎo)路徑候選集構(gòu)建、基于 遺傳算法的多點(diǎn)協(xié)同疏導(dǎo)優(yōu)化四個(gè)步驟。
[0028] SI.基于voronoi圖的疏導(dǎo)子區(qū)劃分：
[0029] 用于進(jìn)行交通疏導(dǎo)子區(qū)域的劃分，每一個(gè)子區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)內(nèi)澇積水點(diǎn)的主要影響范 圍。
[0030] 步驟11、將從外部獲取的內(nèi)澇積水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)疊加到地圖上，得到城市內(nèi)澇點(diǎn)的空 間位置；
[0031] 步驟12、以空間上分布的內(nèi)澇積水點(diǎn)為基礎(chǔ)，調(diào)用ARCGIS軟件中voronoi圖的生 成方法，生成以各個(gè)內(nèi)澇積水點(diǎn)為中心的泰森多邊形。
[0032] 每一個(gè)泰森多邊形為一個(gè)內(nèi)澇積水點(diǎn)的主要影響范圍，以此劃分交通疏導(dǎo)子區(qū) 域。
[0033] S2.基于廣度優(yōu)先搜索的道路內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)：
[0034] 用于道路被內(nèi)澇積水淹沒(méi)時(shí)，評(píng)價(jià)從內(nèi)澇積水區(qū)開(kāi)始逐漸蔓延到周邊各條道路的 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
[0035] 由于內(nèi)澇積水點(diǎn)主要分布在路段上，為了使用廣度優(yōu)先搜索算法，需要對(duì)道路網(wǎng) 絡(luò)做一步預(yù)處理。考慮每一個(gè)疏導(dǎo)子區(qū)q，將所有包含在子區(qū)q中的道路抽取出來(lái)，并將每 一條路段看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，用路段之間的連通關(guān)系表達(dá)節(jié)點(diǎn)之間的連通關(guān)系，以此構(gòu)建子圖 Gq。子圖Gq的初始狀態(tài)是其中所有頂點(diǎn)均未訪問(wèn)，在子圖G q中選擇內(nèi)澇積水點(diǎn)q所在的路 段i作為初始點(diǎn)，則基于廣度優(yōu)先搜索的道路內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)的基本步驟如下：
[0036] 步驟21、從子圖Gq中的頂點(diǎn)i出發(fā)，訪問(wèn)之；并將其訪問(wèn)標(biāo)志置為已被訪問(wèn)，即 visited[i] = 1，且風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)置為 0,即 danger[i] = 0 ;
[0037] 步驟22、依次訪問(wèn)頂點(diǎn)i的各個(gè)未被訪問(wèn)過(guò)的鄰接點(diǎn)j，將i的全部鄰接點(diǎn)j都訪 問(wèn)至丨J，且 danger [j] = danger [i]+l ；
[0038] 步驟23、分別從這些鄰接點(diǎn)j出發(fā)，依次訪問(wèn)它們的未被訪問(wèn)過(guò)的鄰接點(diǎn)，并同時(shí) 更新visited及danger數(shù)組的值，且使"先被訪問(wèn)的頂點(diǎn)的鄰接點(diǎn)"先于"后被訪問(wèn)的頂點(diǎn) 的鄰接點(diǎn)"被訪問(wèn)，直到圖中所有已被訪問(wèn)過(guò)的頂點(diǎn)的鄰接點(diǎn)都被訪問(wèn)到。
[0039] 依此類推，直到圖Gq中所有頂點(diǎn)都被訪問(wèn)完為止，最終danger數(shù)組中的值即為沿 內(nèi)澇積水點(diǎn)中心擴(kuò)展的各條路段的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)初始值，則內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的修正值為一個(gè) 較大的常數(shù)N-danger [i]。
[0040] S3.基于k則最短路徑的局部疏導(dǎo)路徑候選集構(gòu)建流程示意圖：
[0041] 用于在每一個(gè)疏導(dǎo)子區(qū)中構(gòu)建局部疏導(dǎo)路徑的候選集，其具體流程如下：
[0042] S31)由疏導(dǎo)子區(qū)內(nèi)的路段內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)構(gòu)建新的路段拓?fù)溥B通關(guān)系
[0043] 道路的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高，其可達(dá)性越低。若是從高風(fēng)險(xiǎn)路段i到低風(fēng)險(xiǎn)路段j，則連 通關(guān)系arc[i] [j] = 1 ;否則