CN112597259A - 一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法。该方法包括：获取目标分配区域内所有的节点信息及路段信息；根据节点信息和路段信息，构建电子道路地图网络；根据电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点；根据替换节点，新建换乘路段；根据替换节点，替换电子道路地图网络中路段的起点或终点的属性，获得重构电子道路地图网络；采用多路径‑容量限制法，将交通流量分配到重构电子道路地图网络的各路段上；根据重构电子道路地图网络各路段上的交通流量，采用路段编号相等原则确定电子道路地图网络各路段上的交通流量，使得区域交通分配能够综合考虑换乘行为的影响，交通流量的分配结果更加接近实际，提高区域交通分配的合理性。

Description

一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法

技术领域

本申请涉及道路交通技术领域，特别是涉及一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法。

背景技术

随着道路交通网的不断发展，区域一体化协同发展已成为未来我国经济发展的趋势。交通体系不仅是区域经济一体化的动脉,也是区域产业整合的前提,是合理配置资源、提高经济运行质量和效率的重要基础。因此，区域一体化协同发展离不开区域综合交通相关理论与技术的支撑。

交通***不仅是一个涉及了多个学科，跨区域，大规模的复杂巨***，还具有实验成本巨大甚至无法进行实验的特性。由城市交通规划理论发展而来的“四阶段”法理论一直广泛应用，其内容包括交通发生与吸引、交通分布、交通方式划分、交通分配。传统的“四阶段”法理论在应用于区域综合一体化分配中，往往存在很多问题。出行者组合出行的交通方式，在交通方式确定时，基本出行路径就已经确定。这与“四阶段”法的交通方式划分与交通分配两个过程相互独立的性质矛盾。区域间的交通出行往往涉及复杂的多交通方式换乘行为，直接应用“四阶段”法很难用于区域综合交通***的交通需求分析，导致区域交通分配不合理。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高区域交通分配合理性的一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法。

一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法，所述方法包括：

获取目标分配区域内所有的节点信息及路段信息；

根据所述节点信息和所述路段信息，构建电子道路地图网络；

根据所述电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点；

根据所述替换节点，新建换乘路段；

根据所述替换节点，替换所述电子道路地图网络中路段的起节点或终节点的属性，获得重构电子道路地图网络；

采用多路径-容量限制法，将交通流量分配到所述重构电子道路地图网络的各路段上；

根据所述重构电子道路地图网络各路段上的交通流量，采用路段编号相等原则确定所述电子道路地图网络各路段上的交通流量。

在其中一个实施例中，所述根据所述电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点的步骤，包括：

对所述电子道路地图网络进行分析，确定所述电子道路地图网络中的换乘节点；

分析以所述换乘节点为起点或终点的路段，获得路段编号集合；

根据所述路段编号集合中各路段的路段类型进行划分，获得子集合；

根据所述子集合中不为空集的数量，新增所述数量的替换节点。

在其中一个实施例中，所述根据所述替换节点，新建换乘路段的步骤，包括：

从所述替换节点中，取任意两个替换节点进行排列组合，获得各组合；

根据各所述组合新建的换乘路段。

上述基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法，通过获取目标分配区域内所有的节点信息及路段信息；根据节点信息和路段信息，构建电子道路地图网络；根据电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点；根据替换节点，新建换乘路段；根据替换节点，替换电子道路地图网络中路段的起点或终点的属性，获得重构电子道路地图网络；采用多路径-容量限制法，将交通流量分配到重构电子道路地图网络的各路段上；根据重构电子道路地图网络各路段上的交通流量，采用路段编号相等原则确定电子道路地图网络各路段上的交通流量，使得区域交通分配能够综合考虑换乘行为的影响，交通流量的分配结果更加接近实际，从而提高区域交通分配的合理性。

附图说明

图1为一个实施例中基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法的流程示意图；

图2为一个实施例中重构前局部区域综合交通网络示意图；

图3为一个实施例中重构后局部区域综合交通网络示意图。

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，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处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。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法，包括以下步骤：

步骤S220，获取目标分配区域内所有的节点信息及路段信息。

其中，目标分配区域是指当前需要进行交通分配的区域。节点信息包括节点数目n，以及每个节点对应的编号和类型等属性，可表示为：v_i＝(i，type_i)，其中，v_i表示第i个节点，i是v_i的编号，type_i是v_i的类型，n是节点数目，若第i个节点为换乘节点，则type_i＝1，否则，type_i＝0。

路段信息包括路段数目m，以及每个路段的编号、起点、终点、路段类型和阻抗等属性，可以表示为：e_j＝(j，f_j，t_j，mode_j，r_j)，e_j表示第j条路段，j是e_j的编号，f_j是e_j的起节点编号，t_j是e_j的终节点编号，mode_j是e_j的路段类型，r_j是e_j的路段阻抗；路段类型一般包括公路、铁路、水路和航空四种交通运输方式，其中，路段类型为公路时，mode_j＝0；路段类型为铁路时，mode_j＝1；路段类型为水路时，mode_j＝2；路段类型为航空时，mode_j＝3。i,j∈Z+，且i≤n，j≤m，Z+表示正整数。

步骤S240，根据节点信息和路段信息，构建电子道路地图网络。

其中，电子道路地图网络可表示为G＝<V,E>，其中，G为电子道路地图网络，V为节点集合，E是路段集合。电子道路地图网络是计算机技术表达的交通实体，目标分配区域的所有路段的起点和终点构成一个节点集合，所有路段构成路段集合；每条路段都有一对起点节点和终点节点；每一个节点都连接至少一条路段，电子道路地图的节点集合和路段集合构成了计算机技术表达技术中的图结构，如图所示的部分目标分配区域的电子道路地图。

步骤S260，根据电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点。

在一个实施例中，根据电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点的步骤，包括：对电子道路地图网络进行分析，确定电子道路地图网络中的换乘节点；分析以换乘节点为起点或终点的路段，获得路段编号集合；根据路段编号集合中各路段的路段类型进行划分，获得子集合；根据子集合中不为空集的数量，新增数量的替换节点。

其中，找到节点集合V中节点类型为1的节点，即节点类型为换乘节点的节点，对于每一个换乘节点，做步骤1至步骤2：

步骤1：统计以该换乘节点为起点或终点的路段，获得路段编号集合，记作C_i，将C_i中各路段按照路段类型，划分为子集合C0_i，C1_i，C2_i，C3_i，C0_i对应路段类型为公路，C1_i对应路段类型为铁路，C2_i对应路段类型为水路，C3_i对应路段类型为航空；将C0_i，C1_i，C2_i，C3_i中不为空集的数量记作u；

步骤2：从节点集合V中剔除节点类型为1的节点，新建u个替换节点，分别为v_n+1，v_n+2……v_n+u，具体新增的替换节点为：

v_n+1＝(n+1，0)

v_n+2＝(n+2，0)

……

v_n+u＝(n+u，0)。

步骤S280，根据替换节点，新建换乘路段。

在一个实施例中，根据替换节点，新建换乘路段的步骤，包括：从替换节点中，取任意两个替换节点进行排列组合，获得各组合；根据各组合新建的换乘路段。

其中，根据排列组合的公式

对替换节点进行排列组合，获得各组合，其中，u为替换节点的个数。根据各组合新建的换乘路段，分别为

具体新建的换乘路段为：

e_m+1＝(m+1，n+1，n+2，4，r_m+1)

e_m+2＝(m+2，n+2，n+1，4，r_m+2)

e_m+3＝(m+3，n+1，n+3，4，r_m+3)

e_m+4＝(m+3，n+3，n+1，4，r_m+4)

……

其中，

是新建的换乘路段的换乘阻抗，由具体换乘方式及实际情况决定；这些新建的换乘路段的类型不同于公路、铁路、水路和航空的路段类型，记为4。

步骤S300，根据替换节点，替换电子道路地图网络中路段的起节点或终节点的属性，获得重构电子道路地图网络。

其中，改变电子道路地图网络中路段的起节点和终节点的属性。具体地，设C0_i，C1_i，C2_i，C3_i中非空的集合分别对应新建的替换节点v_n+1，v_n+2……v_n+u。为了叙述方便，对于某一个非空集合称作C，和C对应新建的替换节点，称作vv。那么，对于C中的任意路段元素，如果它的起节点或终节点为换乘节点，将起节点编号或终节点编号变为vv的编号。对每一个非空集合，都进行这样的属性变更操作完成更新，更新节点数目n＝n+u-1，路段数目

更新后的节点集合为V'，路段集合为E'，重构电子道路地图网络为G'＝<V',E'>。

步骤S320，采用多路径-容量限制法，将交通流量分配到重构电子道路地图网络的各路段上。

其中，重构电子道路地图网络G′作为待分配网络，采用多路径-容量限制法进行交通分配，将交通量分配到路段集合E'上。对于E'中的路段编号为j的路段，其路段流量记作flow_j。

步骤S340，根据重构电子道路地图网络各路段上的交通流量，采用路段编号相等原则确定电子道路地图网络各路段上的交通流量。

其中，采取路段编号相等原则更新电子道路地图网络中路段集合E中各路段的路段流量。具体地，Tflow_j＝flow_j，

其中Tflow_j是路段集合E中路段编号为j的路段流量。

上述基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法，通过获取目标分配区域内所有的节点信息及路段信息；根据节点信息和路段信息，构建电子道路地图网络；根据电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点；根据替换节点，新建换乘路段；根据替换节点，替换电子道路地图网络中路段的起点或终点的属性，获得重构电子道路地图网络；采用多路径-容量限制法，将交通流量分配到重构电子道路地图网络的各路段上；根据重构电子道路地图网络各路段上的交通流量，采用路段编号相等原则确定电子道路地图网络各路段上的交通流量，使得区域交通分配能够综合考虑换乘行为的影响，交通流量的分配结果更加接近实际，从而提高区域交通分配的合理性。

在一个实施例中，一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法，以重构某区域综合交通网络为例，具体包括如下步骤：

步骤S1：输入目标分配区域内所有的节点信息及路段信息的数据。以节点数目n为32，路段数目m为56举例说明，每一个节点包含编号和类型等属性信息，表示为：

v_i＝(i，type_i)

每一个路段包含编号、起点、终点、路段类型和阻抗等属性信息，表示为：

e_j＝(j，f_j，t_j，mode_j，r_j)

其中，v_i表示第i个节点，i是v_i的编号，type_i是v_i的类型，n是节点数目，若第i个节点为换乘节点，则type_i＝1，否则，type_i＝0，e_j表示第j条路段，j是e_j的编号，f_j是e_j的起节点编号，t_j是e_j的终节点编号，mode_j是e_j的路段类型，r_j是e_j的路段阻抗；路段类型一般包括公路、铁路、水路和航空四种交通运输方式，其中，路段类型为公路时，mode_j＝0；路段类型为铁路时，mode_j＝1；路段类型为水路时，mode_j＝2；路段类型为航空时，mode_j＝3。i,j∈Z+，且i≤n，j≤m，Z+表示正整数。

步骤S2：将节点信息和路段信息构建为电子道路地图网络，表示为：

G＝<V,E>

其中，G为电子道路地图网络；V为节点集合；E是路段集合；

步骤S3：构建电子道路地图网络后，找到所有节点类型为1的节点，对于每一个节点类型为1的节点，做以下操作，如图2、3所示，以满足节点类型为1的节点v₁为例，叙述此过程：

(1)统计以v₁为起点或终点的路段，获得路段编号集合，记作C₁，将C₁按照路段类型，分为子集合C0₁，C1₁，C2₁，C3₁；分别对应路段类型为公路、铁路、水路、航空；其中，公路、铁路、水路类型的路段集合不为空集；

(2)从节点集合V中剔除v₁，新建3个替换节点，分别为v₃₂，v₃₃，v₃₄；具体新增的替换节点为：

v₃₃＝(32，0)

v₃₄＝(33，0)

v₃₅＝(34，0)

(3)新建6条换乘路段将这些新建替换节点连接起来，分别为e₅₇，e₅₈……e₆₂；具体新增的换乘路段为：

e₅₇＝(57，32，33，4，r₅₇)

e₅₈＝(58，33，32，4，r₅₈)

e₅₉＝(59，32，34，4，r₅₉)

e₆₀＝(60，34，32，4，r₆₀)

e₆₁＝(61，33，34，4，r₆₁)

e₆₂＝(62，34，33，4，r₆₂)

其中，r₅₇、r₅₈……r₆₂是新建的换乘路段的换乘阻抗，由具体换乘方式及实际情况决定；这些新建的换乘路段的类型不同于公路、铁路、水路和航空的的路段类型，记为4。

(4)改变电子道路地图网络中路段的起点和终点的属性。具体地，C0₁＝{10，11}，C1₁＝{12，13，14，15}，C2₁＝{16，17}，将集合C0₁、C1₁和C2₁中的路段属性的起节点编号或终节点编号是v₁的编号变更为对应的替换节点的编号，如：

变更前的路段属性为：

e₁₀＝(10，1，5，0，r₁₀)

e₁₁＝(11，5，1，0，r₁₁)

e₁₂＝(12，1，3，1，r₁₂)

e₁₃＝(13，3，1，1，r₁₃)

e₁₄＝(14，1，6，1，r₁₄)

e₁₅＝(15，6，1，1，r₁₅)

e₁₆＝(16，1，7，2，r₁₆)

e₁₇＝(17，7，1，2，r₁₇)

改变起节点编号或终节点编号后的路段为：

e₁₀＝(10，32，5，0，r₁₀)

e₁₁＝(11，5，32，0，r₁₁)

e₁₂＝(12，33，3，1，r₁₂)

e₁₃＝(13，3，33，1，r₁₃)

e₁₄＝(14，33，6，1，r₁₄)

e₁₅＝(15，6，33，1，r₁₅)

e₁₆＝(16，34，7，2，r₁₆)

e₁₇＝(17，7，34，2，r₁₇)

(5)更新节点数目n＝n+3-1，路段数目m＝m+6，更新后的节点集合为V'，路段集合为E'，重构电子道路地图网络为G'＝<V',E'>。

步骤S4：采用多路径-容量限制法，将交通流量分配到重构电子道路地图网络的各路段上。

步骤S5：根据重构电子道路地图网络各路段上的交通流量，采用路段编号相等原则确定电子道路地图网络各路段上的交通流量。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上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 (3)

1.一种基于区域综合交通网络拓扑重构的交通分配方法，其特征在于，所述方法包括：

获取目标分配区域内所有的节点信息及路段信息；

根据所述节点信息和所述路段信息，构建电子道路地图网络；

根据所述电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点；

根据所述替换节点，新建换乘路段；

根据所述替换节点，替换所述电子道路地图网络中路段的起节点或终节点的属性，获得重构电子道路地图网络；

采用多路径-容量限制法，将交通流量分配到所述重构电子道路地图网络的各路段上；

根据所述重构电子道路地图网络各路段上的交通流量，采用路段编号相等原则确定所述电子道路地图网络各路段上的交通流量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电子道路地图网络中的换乘节点，新增替换节点的步骤，包括：

对所述电子道路地图网络进行分析，确定所述电子道路地图网络中的换乘节点；

分析以所述换乘节点为起点或终点的路段，获得路段编号集合；

根据所述路段编号集合中各路段的路段类型进行划分，获得子集合；

根据所述子集合中不为空集的数量，新增所述数量的替换节点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述替换节点，新建换乘路段的步骤，包括：

从所述替换节点中，取任意两个替换节点进行排列组合，获得各组合；

根据各所述组合新建的换乘路段。

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