本發(fā)明具體涉及一種機動車尾氣遙測設(shè)備綜合布點系統(tǒng)，屬于公共設(shè)施布點選址
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：由于近年來全國機動車保有量迅猛增長，致使市區(qū)以及各地交通擁堵現(xiàn)象日趨嚴重，大氣環(huán)境質(zhì)量也呈現(xiàn)出惡化趨勢，機動車排氣污染監(jiān)控工作正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。機動車尾氣是城市大氣環(huán)境污染的重要污染物，是城市空氣污染的主要源頭，在城市環(huán)境污染監(jiān)測方面，機動車尾氣監(jiān)測所占比例越來越高，已經(jīng)成為環(huán)境保護與管理的重要組成部分。從2000年以來，環(huán)保部門對于機動車尾氣的監(jiān)管不斷加強，一方面，通過提高排放標準加速老舊機動車淘汰的速度：機動車尾氣排放標準不斷提高，從歐I、歐II到國五標準，僅僅經(jīng)過了10余年的時間。另一方面，機動車尾氣檢測手段和技術(shù)不斷發(fā)展，先后經(jīng)歷雙怠速法、簡易工況法、模擬工況法、遙感監(jiān)測法等階段，檢測設(shè)備也從手持式、便攜式、檢測場固定式發(fā)展到了車載移動式、路側(cè)固定式。其中，由于新興的遙感監(jiān)測法具有檢測周期短、無需人工參與、準確度高與不影響交通的特點，已漸漸成為機動車尾氣檢測的重要技術(shù)手段，得到了業(yè)界的普遍認同。盡管如此，遙感監(jiān)測法能解決的也僅僅是尾氣檢測的問題，對于城市機動車(尤其在用機動車)的整體管控問題，仍然不能完全解決。由于機動車尾氣遙測設(shè)備尚未在城市路網(wǎng)得到廣泛使用，對于遙測設(shè)備的布點選址問題，已有的研究很少。《一種城市路網(wǎng)機動車尾氣實時遙感監(jiān)測基址選取方法》(申請?zhí)枺?01510214145.6)公開了一種在整個城市路網(wǎng)區(qū)域進行遙測設(shè)備的選址方法，該方法的目的是通過尾氣遙測設(shè)備的點位優(yōu)化從而使得城市路網(wǎng)上的遙測設(shè)備可檢測到盡量多的車輛，該方法側(cè)重于個體車輛排放水平的普查，不適合例如重點車輛尾氣排放狀況排查、城市路網(wǎng)區(qū)域排放濃度估計等方面的研究。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)，與此相似的有空氣質(zhì)量監(jiān)測的布點選址問題，關(guān)于這一問題的研究較多。傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測的布點選址方法主要有：網(wǎng)格布點法、功能分區(qū)布點法、扇形布點法和同心圓多方位布點法。劉潘煒等在《區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點方法研究》(中國環(huán)境科學(xué)，2010年07期)中以最大貼近度為優(yōu)化目標，提出一種區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)點位優(yōu)化問題的整數(shù)規(guī)劃模型，并采用分支定界法進行求解。由于尾氣遙測設(shè)備是安裝在道路上的，該文獻中考慮的人口約束及空間覆蓋度約束不適用于本項目，而且目標函數(shù)也不同。萬開等在《網(wǎng)絡(luò)自動質(zhì)控在空氣優(yōu)化布點監(jiān)測中的應(yīng)用》(環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010年6E期)中將固定和移動自動監(jiān)測結(jié)合起來，使用網(wǎng)絡(luò)遠程質(zhì)控技術(shù)實現(xiàn)空氣質(zhì)量監(jiān)測的優(yōu)化布點，本質(zhì)上還是網(wǎng)格布點法。然而我們所要進行安裝布設(shè)的遙測設(shè)備只是固定式的，該方法因此也不適用。發(fā)明專利《一種空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方法》(申請?zhí)枺?01610037653.6)公開了一種以克里金方差最小化為目標的空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方法，該方法考慮在研究區(qū)域內(nèi)已經(jīng)存在監(jiān)測布點網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上在該區(qū)域增加布點。而對于機動車尾氣遙感監(jiān)測而言，這樣的網(wǎng)絡(luò)尚未形成，因此該發(fā)明所提供的方法無法適用于機動車尾氣遙測設(shè)備布點。雖然國內(nèi)遙感監(jiān)測法已經(jīng)慢慢開始發(fā)展普及，但是其后續(xù)工作仍比較空白。其中，機動車尾氣遙測設(shè)備在路網(wǎng)上的布點問題尤其關(guān)鍵，因此亟需提出一系列切實有效的布點方案，以推動機動車尾氣遙測技術(shù)的實際應(yīng)用，推進我國機動車尾氣遙測產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，為環(huán)境污染地域的聯(lián)防聯(lián)控和氮氧化物總量減排的政策提供強有力的技術(shù)支撐。技術(shù)實現(xiàn)要素：傳統(tǒng)的遙感監(jiān)測法只能對其中極少部分車輛進行檢測，且各監(jiān)測點分散，沒有實現(xiàn)系統(tǒng)化和集成化，沒有充分利用各監(jiān)測點數(shù)據(jù)的相互聯(lián)系，無法實現(xiàn)更高層面的監(jiān)管，為有關(guān)部門提供決策依據(jù)或建議。本發(fā)明技術(shù)能克服上述缺點，真正發(fā)揮尾氣遙測設(shè)備的優(yōu)勢，實現(xiàn)城市管理的網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化，提供一種機動車尾氣遙測設(shè)備綜合布點系統(tǒng)。本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種機動車尾氣遙測設(shè)備綜合布點系統(tǒng)，包括基于道路相似性的布點模塊、基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊與基于特定車輛路線的布點模塊；解決機動車尾氣遙測設(shè)備在城市路網(wǎng)中的選址布點問題，能夠?qū)⒙肪W(wǎng)拓撲、道路信息、氣象信息、交通信息及布點區(qū)域已有檢測器數(shù)量的數(shù)據(jù)作為輸入，實現(xiàn)有效檢測車輛數(shù)最大、車輛檢測差別性最小及道路覆蓋率最大的目標，根據(jù)性能指標的不同，為相關(guān)部門提供多種選址布點方案，應(yīng)用選址布點方法對機動車尾氣遙測設(shè)備在城市路網(wǎng)中的布設(shè)點位進行優(yōu)化，可確保采集數(shù)據(jù)的完整性和多樣性，更好地服務(wù)于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。基于道路相似性的布點模塊，使用一種基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法來實現(xiàn)，充分考慮了道路特性、道邊環(huán)境與氣象因素，提取出其中關(guān)鍵的屬性進行聚類，采用層次聚類的方法對城市路網(wǎng)的不同路段進行聚類，能夠?qū)⑷我鈹?shù)目的尾氣遙測設(shè)備進行優(yōu)化布點；基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊，使用一種基于圖論的機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備布點算法來實現(xiàn)，以城市路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)為主，輔以車流量等級，城市的區(qū)域功能信息，基于圖與超圖理論對問題進行建模，將遙測設(shè)備的布點選址問題轉(zhuǎn)化為最小橫貫問題，最終采用貪婪算法求解出布設(shè)尾氣遙測設(shè)備的路段集合；基于特定車輛路線的布點模塊，使用一種基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法來實現(xiàn)，針對城市公交系統(tǒng)尾氣的普查進行尾氣遙測設(shè)備選址布點，首先基于超圖理論，將公交車運行路線轉(zhuǎn)化為公交路線超圖，然后用布爾代數(shù)的相關(guān)原理，確定尾氣遙測設(shè)備在城市路網(wǎng)中的布設(shè)位置；上述基于道路相似性的布點模塊、基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊與基于特定車輛路線的布點模塊可單獨使用，也可組合使用，選擇標準取決于輸入信息的多少以及決策者對布設(shè)于城市路網(wǎng)的尾氣遙測設(shè)備的功能需求；在尾氣檢測信息、道路車流量信息、天氣信息和道路相關(guān)信息都可獲得的情況下采用基于道路相似性的布點模塊；在輸入信息只包含交通路網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和一些容易獲得的交通信息，包括路段所屬區(qū)域功能、交通流量的等級及是否建有天橋時，采用基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊；需要對公交車這一種類的機動車進行重點監(jiān)控時采用基于特定車輛路線的布點模塊。所述基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊中，一種基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，包括以下步驟：步驟一：采集所需樣本數(shù)據(jù)并對樣本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，所述所需樣本數(shù)據(jù)是指用尾氣遙測設(shè)備獲得目標路網(wǎng)中每條路段一段時間內(nèi)的尾氣檢測信息、道路車流量信息、天氣信息和道路相關(guān)信息；數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)規(guī)約和數(shù)據(jù)變換三個方面；步驟二：采用層次聚類的方法對步驟一中經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理處理后的樣本數(shù)據(jù)進行聚類分析；采用歐幾里德距離作為聚類距離的度量，首先將每個樣本都歸為一類，計算每兩個類之間的相似度，也就是樣本與樣本兩兩之間距離進行度量；然后把其中相似程度最高也就是距離最小的樣本聚成一類，循環(huán)重復(fù)相似性度量并進行最近類的合并，每次減少一類，最后直到所有的樣本被聚到一類中去，得到聚類結(jié)果；步驟三：根據(jù)步驟二中的聚類結(jié)果，繪制聚類譜系圖，將每一步聚類的結(jié)果直觀的顯示在聚類譜系圖上；步驟四：對所考察的路段賦予權(quán)重，代表路段的重要程度以及優(yōu)先考慮程度，將任意數(shù)目的尾氣遙測設(shè)備對應(yīng)相應(yīng)數(shù)目的聚類結(jié)果，在聚類譜系圖上找到包含類數(shù)目等于對應(yīng)數(shù)目的聚類結(jié)果，選取每個類中權(quán)重最大的路段布設(shè)尾氣遙測設(shè)備，最終得到將任意數(shù)目的尾氣遙測設(shè)備進行布點的方案。所述一種基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟一具體實現(xiàn)如下：(1)聚類前的樣本數(shù)據(jù)采集，將目標路網(wǎng)中的每條路段作為一個樣本，獲得每個樣本路段一段時間內(nèi)的尾氣檢測信息、道路車流量信息、天氣信息和道路相關(guān)信息；其中：尾氣檢測信息，包括的數(shù)據(jù)項有：檢測設(shè)備編號，檢測時間，檢測的車牌號碼，車速，車輛加速度，車輛長度，CO2、CO、HC、NO濃度,煙度值，抓拍照片；道路車流量信息，包括的數(shù)據(jù)項有：道路名稱，時間，小型客車、中型客車不同類型車輛的車流量；天氣信息，包括的數(shù)據(jù)項有：時間，城市，天氣狀況，溫度，濕度，風速，PM2.5，PM10，AQI；道路相關(guān)信息，包括的數(shù)據(jù)項有：地理位置id，所在省份，所在城市，所在街道，連接方式，路旁植被面積，建筑物平均高度；(2)樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理部分包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)規(guī)約和數(shù)據(jù)變換三個方面；數(shù)據(jù)清洗，就是通過對數(shù)據(jù)的分析，找出缺失值、偏離過大的個別極端值進行丟棄處理；數(shù)據(jù)規(guī)約，刪除與所考慮問題不相關(guān)、弱相關(guān)或冗余的屬性，合并相同屬性，同時不斷的對相關(guān)屬性的選擇進行修改，以達到所要求的聚類效果；數(shù)據(jù)變換，將數(shù)據(jù)規(guī)約后的數(shù)據(jù)進行標準化處理，轉(zhuǎn)化為便于處理的適當格式，以適應(yīng)聚類分析的需要。所述一種基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟二中，采用層次聚類的方法對步驟一中處理得到的樣本數(shù)據(jù)進行聚類分析具體包括以下步驟：(1)將步驟一中處理得到樣本中的每一個樣本都歸為一類，計算每兩個類之間的相似度，即對樣本與樣本兩兩之間的距離進行度量；度量樣本之間的相似性采用歐幾里德距離作為聚類距離的度量，歐幾里得距離如下：其中，d(i,j)表示歐幾里得距離，i和j為第i個樣本和第j個樣本的樣本標號，分別代表第i條路段和第j條路段，M4表示選取的相關(guān)屬性個數(shù)，相關(guān)屬性包括屬性合并后的污染物總濃度、煙度值、屬性合并后的總車流量、連接方式、路旁植被面積、建筑物平均高度，x表示相關(guān)屬性經(jīng)過標準化后的數(shù)值，xi1表示第i個樣本的第1個屬性，xi2表示第i個樣本的第2個屬性，表示第i個樣本的第M4個屬性，xj1表示第j個樣本的第1個屬性，xj2表示第j個樣本的第2個屬性，表示第j個樣本的第M4個屬性；(2)把步驟(1)中相似程度最高也就是距離最小的兩個樣本聚成一類，假設(shè)為樣本N5和樣本M6，將樣本N5，M6合并為一新類，記為Cla1＝{N5,M6}，新產(chǎn)生的類Cla1的相關(guān)屬性用路段N5，M6對應(yīng)屬性的均值表示，即新類的屬性表示為其中，N5和M6為第N5個樣本和第M6個樣本的樣本標號，M4表示選取的相關(guān)屬性個數(shù)，x表示相關(guān)屬性經(jīng)過標準化后的數(shù)值，表示第N5個樣本的第1個屬性，表示第N5個樣本的第M4個屬性，表示第M6個樣本的第1個屬性，表示第M6個樣本的第M4個屬性；(3)新類和其他類一起得到一個N4-1容量的樣本，計算樣本中所有樣本點每兩個之間的相似度，即兩兩之間的距離進行度量；將其中使得距離最小的兩個樣本聚成一類，記為Cla2，新產(chǎn)生的類Cla2的相關(guān)屬性用類中包含的兩個樣本的對應(yīng)屬性的均值表示；(4)類似地，重復(fù)進行相似性度量和最近類的合并，每次減少一類，依次得到新類最后類的個數(shù)減少為1，所有的樣本被聚到一類中去，得到聚類結(jié)果。所述一種基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟三中，根據(jù)聚類過程繪制聚類譜系圖，橫坐標為1處代表第一次聚類的結(jié)果，橫坐標為2處代表第二次聚類的結(jié)果，依次類推，將每一步聚類的結(jié)果直觀的顯示在聚類譜系圖上，聚類譜系圖充分展示了聚類的每一步過程，讓從可視化的層面了解到每一步哪些路段被聚為一類，每一步聚類結(jié)束后不同類的數(shù)目和這些類中分別包含哪些路段。所述一種基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟四中，對所考察的路段賦予權(quán)重，權(quán)重綜合考慮該路段的設(shè)備布設(shè)成本、設(shè)備布設(shè)難易程度要素后確定，權(quán)重越大代表路段的重要程度越大以及優(yōu)先考慮程度越高；假設(shè)需要將數(shù)目為M5的尾氣遙測設(shè)備進行，從聚類譜系圖找到對應(yīng)類數(shù)目為M5的聚類結(jié)果，即第N4-M5次聚類后的結(jié)果，選取這M5個類中每個類的權(quán)重最大的路段布設(shè)尾氣遙測設(shè)備，最終得到對任意數(shù)目的尾氣遙測設(shè)備進行布點的方案。所述基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊中，一種基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，包括以下步驟：步驟一：將城市交通路網(wǎng)依據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)和交通流方向抽象成一個有向圖，將交通路網(wǎng)信息抽象成一個數(shù)據(jù)矩陣，采用深度優(yōu)先搜索算法找到所述有向圖中的所有有向回路；步驟二：將所有路段作為有向回路超圖的頂點，所有有向回路作為有向回路超圖的超邊，建立城市路網(wǎng)的有向回路超圖，簡化該有向回路超圖，得到簡單有向回路超圖，建立簡單有向回路超圖中頂點的加權(quán)度模型，尋找加權(quán)度模型中加權(quán)度最大的頂點，采用貪婪算法求出簡單有向回路超圖的最小橫貫，即為機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的布點路段；所述加權(quán)度是指融合了交通路網(wǎng)信息的簡單有向回路超圖的頂點的度，所述簡單有向回路超圖的最小橫貫是指能夠覆蓋簡單有向回路超圖所有邊的最小頂點集合。所述一種基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟一中，將交通路網(wǎng)信息抽象成一個數(shù)據(jù)矩陣，如下：其中，表示交通路網(wǎng)的所有路段，M7為路網(wǎng)中路段總數(shù)；表示路段的信息，包括路段所屬區(qū)域功能，交通流量的等級，是否建有天橋；N7為布點方法中所利用的路段信息種類；Rij，i＝1,2,…,M7,j＝1,2,…,N7表示將路段信息數(shù)字化后的具體數(shù)值。所述一種基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟一中，采用深度優(yōu)先搜索算法找到所述有向圖中的所有有向回路的過程如下：(1)首先將城市交通路網(wǎng)依據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)和交通流方向抽象成一個有向圖，然后將有向圖轉(zhuǎn)換為線圖；(2)從步驟(1)中的線圖的一個初始頂點出發(fā)，沿著線圖的有向弧和不同的頂點尋找有向路徑，直到不存在有向弧到達下一個頂點，判斷是否存在有向弧回到初始頂點，若存在，表明檢測到一個圈；(3)退回步驟(2)中有向路徑的上一個頂點，沿著其他有向弧繼續(xù)拓展有向路徑，直到不存在有向弧到達下一個頂點，判斷是否存在有向弧回到初始頂點，若存在，表明檢測到一個圈；(4)重復(fù)步驟(3)，直到退回初始頂點；(5)依次以其他頂點為初始頂點，重復(fù)步驟(2)(3)(4)，線圖的所有圈即為原有向圖的所有有向回路。所述一種基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟二具體實現(xiàn)如下：(1)將所有路段作為有向回路超圖的頂點，所有有向回路作為有向回路超圖的邊，建立城市路網(wǎng)的有向回路超圖模型；(2)依次比較(1)中建立的有向回路超圖的兩條邊，判斷是否存在包含關(guān)系，若存在，則在有向回路超圖中刪去較長的那條邊，并且對刪除邊后的有向回路超圖重復(fù)此步驟，直到刪除邊后的有向回路超圖的任意兩條邊都不存在包含關(guān)系，即得到簡單有向回路超圖；(3)在步驟(2)得到的簡單有向回路超圖中建立頂點的加權(quán)度模型，尋找加權(quán)度模型中加權(quán)度最大的頂點，采用貪婪算法求出簡單有向回路超圖的最小橫貫。貪婪算法的求解過程如下：在簡單有向回路超圖中,刪除加權(quán)度模型中加權(quán)度最大的頂點及包含該頂點的所有邊，并且對刪除頂點和邊后的簡單有向回路超圖重復(fù)此步驟，直到簡單有向回路超圖為空，則刪除的頂點集合為簡單向回路超圖的最小橫貫，即機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的布點路段。所述一種基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟二中，簡單有向回路超圖中頂點的加權(quán)度模型的數(shù)學(xué)表達如下：其中，D*(i)表示簡單有向回路超圖頂點i的加權(quán)度，Rij為交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)矩陣模型中的元素，i＝1,2,…,M7,j＝1,2,…,N7；rj為路段信息，r1表示路段所屬的區(qū)域功能，如果路段位于污染區(qū)域，則r1＝0，否則r1＝1，rjmax表示rj的最大值，watr,j表示各個路段信息的權(quán)值，滿足deg(i)表示簡單有向回路超圖中頂點i的度，degmax表示簡單有向回路超圖中所有頂點的度的最大值。所述基于特定車輛路線的布點模塊中，一種基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，包括以下步驟：步驟一：將公交車行駛路線抽象為公交路線超圖；步驟二：應(yīng)用布爾代數(shù)相關(guān)理論求解公交路線超圖的所有極小橫貫集；步驟三：求解公交路線超圖的最小橫貫集，所述最小橫貫集是指所有極小橫貫集中基數(shù)最小的一個極小橫貫集，在本發(fā)明中最小橫貫集指最小監(jiān)測路段集合，即需要布設(shè)尾氣遙測設(shè)備的路段的集合。所述一種基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟一具體實現(xiàn)如下：(1)以城市實際的交通道路網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將公交車行駛路線中經(jīng)過的各路段抽象為超圖頂點，得到頂點集；(2)將公交車行駛線路抽象為超邊，超邊是頂點集的子集；(3)所有超邊的集合即為超圖，超圖由公交車行駛路線所得，稱之為公交路線超圖。所述一種基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，所述步驟二具體實現(xiàn)如下：(1)對公交路線超圖中每個頂點設(shè)布爾變量χi，χi表示路段i是否布設(shè)尾氣遙測設(shè)備，若χi＝1則表示此路段需要布設(shè)遙測設(shè)備；(2)公交路線超圖中每條邊按其所含頂點進行布爾加法，得到各條邊的布爾析取式，即：ψj表示第j條公交運行路線中包含的路段；(3)將所有邊的布爾析取式進行布爾乘法，得到公交路線超圖的布爾合取式，即：表示整個公交路線網(wǎng)中所有線路所含路段的全體，Nhy為公交路線超圖中超標數(shù)目；(4)對所得的合取式用布爾運算規(guī)律整理化簡，得到最簡的析取式，即：其中每個子式λt對應(yīng)的頂點集是公交路線超圖的一個極小橫貫集，所有的λt構(gòu)成公交路線超圖的所有極小橫貫集的集合表示與公交車每條運行路線都相交的路段全體。所述一種基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法中，步驟三具體實現(xiàn)如下：(1)求各個極小橫貫集的基數(shù)，即所含頂點的個數(shù)；(2)確定基數(shù)最小的極小橫貫集，該極小橫貫集即為最小橫貫集，最小橫貫集中頂點所對應(yīng)的路段即為需要布設(shè)尾氣遙測設(shè)備的路段，這些路段構(gòu)成的集合為最小監(jiān)測路段集合。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點：(1)傳統(tǒng)的遙感監(jiān)測法只能對其中極少部分車輛進行檢測，且各監(jiān)測點分散，沒有實現(xiàn)系統(tǒng)化和集成化，沒有充分利用各監(jiān)測點數(shù)據(jù)的相互聯(lián)系，無法實現(xiàn)更高層面的監(jiān)管，為有關(guān)部門提供決策依據(jù)或建議。本發(fā)明技術(shù)能克服上述缺點，真正發(fā)揮尾氣遙測設(shè)備的優(yōu)勢，實現(xiàn)城市管理的網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。(2)本發(fā)明提出的一種機動車尾氣遙測設(shè)備綜合布點系統(tǒng)包括基于道路相似性的布點模塊、基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊與基于特定車輛路線的布點模塊，采用不同的選址布點方法，針對不同目標對機動車尾氣遙測設(shè)備在城市路網(wǎng)中的布設(shè)點位進行優(yōu)化，可確保采集數(shù)據(jù)的完整性和多樣性，可更好地服務(wù)于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與分析。(3)本發(fā)明涉及的一種基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，將有限的資源集中到高價值的部分，實現(xiàn)了效益最大化的目標。將任意數(shù)目的尾氣遙測設(shè)備進行優(yōu)化布設(shè)使得布點方案更加靈活，一方面，避免了設(shè)備的閑置與資金的浪費，能夠使每臺遙測設(shè)備物盡其用；另一方面，能夠最大限度的獲得盡可能多的尾氣信息并對全路網(wǎng)尾氣信息做出預(yù)測。(4)本發(fā)明涉及的一種基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，特別針對公交車設(shè)計尾氣遙測設(shè)備布點方法，基于圖論與布爾代數(shù)理論將尾氣遙測設(shè)備的布點問題轉(zhuǎn)化為公交路線超圖的最小橫貫求解問題，再運用布爾運算的方法求出最小橫貫即得到布點方案，且算法簡單，更易操作?，F(xiàn)在暫時沒有以公交車為應(yīng)用背景的布點方法的研究，故本發(fā)明填補了現(xiàn)有技術(shù)在該應(yīng)用背景下的技術(shù)空白，具有很大的實踐意義。(5)本發(fā)明涉及的一種基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，需要的信息更少，只利用了交通路網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和一些容易獲得的交通信息，比如路段的車流量等級，城市的區(qū)域功能，路段是否建有天橋等，即可獲得機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的布點路段；通過建立交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)矩陣，將交通數(shù)據(jù)等模擬信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，更便于分析、分類和處理。附圖說明圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的組成框圖；圖2為基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法流程圖；圖3為基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法的實施實例聚類譜系圖示意圖；圖4為基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法流程圖；圖5為基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法的交通路網(wǎng)有向圖；圖6為基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法的交通路網(wǎng)有向回路超圖；圖7為基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法流程圖；圖8為基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法的公交路線超圖極小橫貫、最小橫貫求解流程圖。具體實施方式如圖1所示，本發(fā)明公開了一種機動車尾氣遙測設(shè)備綜合布點系統(tǒng)，包括基于道路相似性的布點模塊、基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊與基于特定車輛路線的布點模塊；三個模塊可單獨使用，也可組合使用，解決機動車尾氣遙測設(shè)備在城市路網(wǎng)中的選址布點問題，能夠?qū)⒙肪W(wǎng)拓撲、道路信息、氣象信息、交通信息及布點區(qū)域已有檢測器數(shù)量的數(shù)據(jù)作為輸入，實現(xiàn)有效檢測車輛數(shù)最大、車輛檢測差別性最小及道路覆蓋率最大的目標，根據(jù)性能指標的不同，為相關(guān)部門提供多種選址布點方案。采用選址布點方法，對機動車尾氣遙測設(shè)備在城市路網(wǎng)中的布設(shè)點位進行優(yōu)化，可確保采集數(shù)據(jù)的完整性和多樣性，可更好地服務(wù)于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與分析；基于道路相似性的布點模塊，使用一種基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法來實現(xiàn)，充分考慮了道路特性、道邊環(huán)境與氣象因素，提取出其中關(guān)鍵的屬性進行聚類，采用層次聚類的方法對城市路網(wǎng)的不同路段進行聚類，能夠?qū)⑷我鈹?shù)目的尾氣遙測設(shè)備進行優(yōu)化布點；基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊，使用一種基于圖論的機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備布點算法來實現(xiàn)，以城市路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)為主，輔以車流量等級，城市的區(qū)域功能信息，基于圖與超圖理論對問題進行建模，將遙測設(shè)備的布點選址問題轉(zhuǎn)化為最小橫貫問題，最終采用貪婪算法求解出布設(shè)尾氣遙測設(shè)備的路段集合；基于特定車輛路線的布點模塊，使用一種基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法來實現(xiàn)，針對城市公交系統(tǒng)尾氣的普查進行尾氣遙測設(shè)備選址布點，首先基于超圖理論，將公交車運行路線轉(zhuǎn)化為公交路線超圖，然后用布爾代數(shù)的相關(guān)原理，確定尾氣遙測設(shè)備在城市路網(wǎng)中的布設(shè)位置；基于道路相似性的布點模塊適用于尾氣檢測信息、道路車流量信息、天氣信息和道路相關(guān)信息都可獲得的情況下的選址布點方案設(shè)計，基于路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的布點模塊適用于輸入信息只包含交通路網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和一些容易獲得的交通信息，包括路段所屬區(qū)域功能、交通流量的等級及是否建有天橋，基于特定車輛路線的布點模塊適用于需要對公交車這一種類的機動車進行重點監(jiān)控時的選址布點方案設(shè)計。下面分別對本發(fā)明上述所涉及的重要技術(shù)進行詳細說明。一、本發(fā)明涉及的基于道路相似性的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，其具體實現(xiàn)方式如下：實施實例選取合肥市某地區(qū)某路網(wǎng)一段時間內(nèi)的具體檢測數(shù)據(jù)，該路網(wǎng)包含路段數(shù)目為N4＝10，利用聚類分析得到能夠?qū)⑷我鈹?shù)目為M5的尾氣遙測設(shè)備進行優(yōu)化布設(shè)的方案，如圖2所示，具體實現(xiàn)過程如下所示。步驟一：聚類前采集所需樣本數(shù)據(jù)并對樣本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。將目標路網(wǎng)中的每條路段作為一個樣本，獲得每個樣本路段一段時間內(nèi)的具體尾氣檢測信息，包括的數(shù)據(jù)項有：檢測設(shè)備編號，檢測時間，檢測的車牌號碼，車速，車輛加速度，車輛長度，CO2、CO、HC、NO濃度,煙度值，抓拍照片等。道路車流量信息，包括的數(shù)據(jù)項有：道路名稱，時間，小型客車、中型客車及其它不同類型車輛的車流量。天氣信息，包括的數(shù)據(jù)項有：時間，城市，天氣狀況，溫度，濕度，風速，PM2.5，PM10，AQI。道路相關(guān)信息，包括的數(shù)據(jù)項有：地理位置id，所在省份，所在城市，所在街道，連接方式，路旁植被面積，建筑物平均高度。首先進行數(shù)據(jù)清洗，通過對數(shù)據(jù)的分析，找出缺失值、偏離過大的個別極端值進行丟棄處理，這步需要花費較多的時間。然后進行數(shù)據(jù)規(guī)約，刪除與所考慮問題不相關(guān)、弱相關(guān)或冗余的屬性(如溫度，濕度，風速，檢測的車牌號碼，車速，車輛加速度)，合并類似屬性(小型客車、中型客車及其它不同類型車輛的車流量合并為車流量，CO2、CO、HC、NO濃度合并為污染物濃度)，最終選取了其中M4＝8個相關(guān)屬性(相關(guān)屬性包括屬性合并后的污染物總濃度、煙度值、屬性合并后的總車流量、連接方式、路旁植被面積、建筑物平均高度)。最后進行數(shù)據(jù)變換，將不同單位、不同數(shù)量級的數(shù)據(jù)進行標準化處理。步驟二：采用層次聚類的方法對步驟一中處理得到的樣本數(shù)據(jù)進行層次聚類分析具體包括以下步驟：(1)將步驟一中處理得到樣本中的每一個樣本都歸為一類，共計10個類，計算每兩個類之間的相似度，也就是計算樣本點兩兩之間的歐幾里德距離，得到距離矩陣如下：其中d表示歐幾里得距離。(2)選取對角線以下下三角中最小的元素為d(3,6)，將路段3和路段6合并為一新類，記為Cla1＝{3，6}，利用路段3和路段6的相關(guān)屬性重新計算得到新類Cla1的屬性。(3)新類和其他類一起可得到一個N4-1＝9容量的樣本，計算新樣本中所有樣本點兩兩之間的距離，其中使得距離最小的為d(4,10),將路段4和路段10聚成一類，記為Cla2＝{4,10},類的數(shù)目減少為9個。利用路段4和路段10的相關(guān)屬性重新計算得到新類Cla2的屬性。(4)類似地，重復(fù)進行相似性度量和距離最小類的合并，每次減少一類，可以依次得到新類Cla3，Cla4，…,Cla9，在第9步聚類時，類的個數(shù)減少為1，所有的樣本被聚為一類，得到聚類結(jié)果。聚類結(jié)果如下表所示：聚類步數(shù)聚類選擇聚類結(jié)果13,61,2,4,5,7,8,9,10，{3,6}24,101,2,5,7,8,9，{3,6}，{4，10}38,91,2,5,7,{8,9},{3,6},{4,10}4Cla2,Cla31,2,5,7,{3,6},{4,8,9,10}55,Cla41,2,7,{3,6},{4,5,8,9,10}67,Cla51,2,{3,6},{4,5,7,8,9,10}71，2{1,2},{3,6},{4,5,7,8,9,10}8Cla1,Cla7{1,2,3,6},{4,5,7,8,9,10}9Cla6,Cla8{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}步驟三：根據(jù)步驟二中的聚類結(jié)果繪制聚類譜系圖，將每一步聚類的結(jié)果直觀的顯示在聚類譜系圖上如圖3所示。橫坐標為1處代表第一次聚類的結(jié)果，包含9個類{{1}，{2}，{4}，{5}，{7}，{8}，{9}，{10}，{3,6}}。橫坐標為2處代表第二次聚類的結(jié)果，包含8個類{{1}，{2}，{5}，{7}，{8}，{9}，{4，10}，{3,6}}，依次類推。步驟四：對所考察的路段賦予權(quán)重，代表路段的重要程度以及優(yōu)先考慮程度，權(quán)重綜合考慮該路段的設(shè)備布設(shè)成本、設(shè)備布設(shè)難易程度等要素后確定。路段1權(quán)重為4，路段2,3,4權(quán)重為3，路段5,6權(quán)重為2，路段7,8,9,10權(quán)重為1。假設(shè)需要將數(shù)目為M5＝3的尾氣遙測設(shè)備布設(shè)到該路網(wǎng)中，從聚類譜系圖找到對應(yīng)類數(shù)目為3的聚類結(jié)果，即第7次聚類后的結(jié)果為{{1,2}，{3,6}，{4,5,7,8,9,10}}，選取這3個類中每個類的權(quán)重最大的路段{1,3,4}布設(shè)尾氣遙測設(shè)備，最終得到對尾氣遙測設(shè)備進行布點的方案為在路段1，路段3，路段4上布點。二、本發(fā)明涉及的基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，其具體實現(xiàn)方式如下：如圖4所示，本發(fā)明涉及的基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法的具體實現(xiàn)如下：步驟一：將城市交通路網(wǎng)依據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)和交通流方向抽象成一個有向圖，其中有向圖的頂點表示路網(wǎng)的交叉路口，有向圖的有向弧表示路網(wǎng)的一條單方向路段，有向弧的方向由該路段的交通流方向決定。將交通路網(wǎng)信息抽象成一個M7×N7的數(shù)據(jù)矩陣，如下：其中，表示交通路網(wǎng)的所有路段，M7為路網(wǎng)中路段總數(shù)；表示路段的信息，如路段所屬區(qū)域功能，交通流量的等級，是否建有天橋等，N7為布點方法中所利用的路段信息種類；Rij(i＝1,2,…,M7,j＝1,2,…,N7)表示將路段信息數(shù)字化后的具體數(shù)值。數(shù)字化的方法如下：如果路段位于工廠等污染區(qū)域，則r1＝0，否則r1＝1；路段車流量等級可分為L7個等級，用1,2,…,L7表示車流量從低到高；路段是否建有天橋，用1表示有天橋，0表示無天橋等。然后采用深度優(yōu)先搜索算法找到交通路網(wǎng)有向圖中的所有有向回路，由于有向回路的搜索算法較復(fù)雜，而有向圈的算法易于實現(xiàn)，因此將交通路網(wǎng)有向圖中有向回路的搜索轉(zhuǎn)換為其線圖中有向圈的搜索。線圖也是一個有向圖，其頂點表示原有向圖的弧，線圖中兩個頂點相鄰當且僅當原有向圖中對應(yīng)的兩條弧相鄰。有向圖D的線圖用D*表示，設(shè)D的有向弧集合為D*的頂點集合則為其中vi＝ai,i＝1,2,…,M7。在D*中搜索有向圈的過程如下：1、以v1為初始頂點，沿著不同的頂點尋找有向路徑直到從頂點不存在有向弧到達下一個頂點。2、檢驗是否存在有向弧若存在，判斷路徑長度是否大于設(shè)定值L8。如是，表明檢測到一個有效圈記為P1。3、退回沿著其他有向弧繼續(xù)拓展有向路徑，直到不存在有向弧到達下一個頂點。判斷是否存在有向弧回到初始頂點，若存在，判斷路徑長度是否大于設(shè)定值L8。如是，表明檢測到一個有效圈記為P2。4、退回到重復(fù)步驟3直到退回到v1。5、依次以為初始頂點，重復(fù)步驟1，2，3，4。至此找到了D*中的所有長度大于設(shè)定值L8的有向圈其中M8為有向圈的總數(shù)，也是D中有向回路的總數(shù)。需要說明的是，為了避免重復(fù)，即含有q個頂點的某一有向圈被重復(fù)檢測到q次，以vi為初始頂點找圈時無需訪問頂點vj(j≤i)。步驟二:建立城市路網(wǎng)的有向回路超圖模型I＝(χatr,F)，其中χatr是超圖I的頂點集合，其中的每個元素代表一條路段，F(xiàn)是超圖I的超邊集合，每個超邊代表一個有向回路。超圖I＝(χatr,F)是簡單超圖當且僅當若則i＝j(luò)。由于由實際交通路網(wǎng)的有向回路建模而來的超圖可能不是簡單超圖，首先進行簡化有向回路超圖I＝(χatr,F)的操作，過程如下：1、令i＝1,F′＝F。2、令j＝i+1，判斷Fi是否含于Fj，如是，將F′-Fj附給F′；否則判斷Fj是否含于Fi，如是，將F′-Fi附給F′。3、j增加1，重復(fù)第二步直到j(luò)＝|F|。4、i增加1，重復(fù)第二步和第三步直到i＝|F|-1。然后尋找簡化后的有向回路超圖中加權(quán)度最大的頂點，采用貪婪算法求出該簡單超圖的最小橫貫，即為機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的布點路段集合。其中，簡單有向回路超圖中頂點的加權(quán)度的數(shù)學(xué)表達如下：其中，D*(i)表示簡單有向回路超圖中頂點i的加權(quán)度，Rij(i＝1,2,…,M1,j＝1,2,…,N7)為交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)矩陣模型中的元素，rj(j＝1,2,3,…,N7)為路段信息，r1表示路段所屬的區(qū)域功能，如果路段位于工廠等污染區(qū)域，則r1＝0，否則r1＝1，rjmax表示rj(j＝1,2,3,…,N7)的最大值，watr,j(j＝1,2,…,N7)表示各個路段信息的權(quán)值，滿足deg(i)表示簡單有向回路超圖中頂點i的度，degmax表示簡單有向回路超圖中所有頂點的度的最大值。采用貪婪算法求解該簡單超圖的最小橫貫的具體步驟為：1、令Tr為空集。2、創(chuàng)建一個空的頂點ti，尋找中具有最大的加權(quán)度的頂點賦給ti。將ti添加到集合Tr中。3、i增加1，令圖為刪除了選定頂點及包含該頂點的所有邊的圖重復(fù)步驟2直到為空集時結(jié)束。則集合Tr即為有向回路超圖的最小橫貫，也就是機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的布點路段。為方便說明，這里選取一個簡單的例子介紹本發(fā)明涉及的基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法的具體過程。圖5為某城市部分交通路網(wǎng)抽象而成的有向圖D＝(V,A)，交通路網(wǎng)建模成有向圖的方法為：將交通路網(wǎng)中的交叉路口用頂點表示，交通路網(wǎng)中的路段用有向弧表示，這里的路段指交通流方向單一的路段，一條雙向行駛的道路建模成兩個方向相反的有向弧。圖5所示的有向圖包含7個頂點，11條有向弧，設(shè)有向弧集合A＝{a1,a2,…,a11}。其中，7個頂點表示實際交通路網(wǎng)中的7個交叉路口，11條有向弧表示實際交通路網(wǎng)中的11條路段，這里弧a1,a2,a3,a8,a11表示5條單向行駛的路段，弧a4和a5，a6和a7以及a9和a10表示三條雙向行駛的道路，有向弧的指向表示車流方向。其中頂點3處存在轉(zhuǎn)向限制，即從a3轉(zhuǎn)向a6是不允許的。根據(jù)路段信息建立交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)矩陣，如下：其中r1表示路段所屬的區(qū)域功能，如果路段位于工廠等污染區(qū)域，則r1＝0，否則r1＝1；r2表示路段車流量等級，分為5個等級，用1,2,…,5表示車流量從低到高；r3表示路段是否建有天橋，用1表示有天橋，0表示無天橋。然后采用深度優(yōu)先搜索算法找到交通路網(wǎng)有向圖中的所有有向回路，由于有向回路的搜索算法較復(fù)雜，而有向圈的算法易于實現(xiàn)，因此將交通路網(wǎng)有向圖中有向回路的搜索轉(zhuǎn)換為其線圖中有向圈的搜索。線圖也是一個有向圖，其頂點表示原有向圖的弧，線圖中兩個頂點相鄰當且僅當原有向圖中對應(yīng)的兩條弧相鄰。有向圖D的線圖用D*表示，則D*的頂點集合為{v1,v2,…,v11}，其中vi＝ai,i＝1,2,…,11。在D*中搜索有向圈的過程如下：1、以v1為初始頂點，沿著不同的頂點尋找有向路徑直到從頂點不存在有向弧到達下一個頂點。2、檢驗是否存在有向弧若存在，判斷路徑長度是否大于設(shè)定值L8＝2。如是，表明檢測到一個有效圈記為P1。3、退回沿著其他有向弧繼續(xù)拓展有向路徑，直到不存在有向弧到達下一個頂點。判斷是否存在有向弧回到初始頂點，若存在，判斷路徑長度是否大于設(shè)定值L2。如是，表明檢測到一個有效圈記為P2。4、退回到重復(fù)步驟3直到退回到v1。5、依次以為初始頂點，重復(fù)步驟1，2，3，4。至此找到了D*中的所有長度大于設(shè)定值L8＝2的有向圈P1＝{a4,a10,a9,a5}P2＝{a4,a10,a7,a6,a9,a5}P3＝{a4,a10,a7,a2,a1}P4＝{a4,a10,a7,a6,a11,a8,a3,a2,a1}P5＝{a4,a10,a11,a8,a3,a2,a1}P6＝{a6,a9,a10,a7}需要說明的是，為了避免重復(fù)，即含有q個頂點的某一有向圈被重復(fù)檢測到q次，以vi為初始頂點找圈時無需訪問頂點vj(j≤i)。然后建立城市路網(wǎng)的有向回路超圖模型I＝(χatr,F)，其中χatr是超圖I的頂點集合，其中的每個元素代表一條路段，F(xiàn)是超圖I的超邊集合，每個超邊代表城市路網(wǎng)中的一個有向回路，即Fi＝Pi,i＝1,2,..,6，如圖6所示。簡化超圖I：1、令i＝1,F′＝F。2、令j＝i+1，判斷Fi是否含于Fj，如是，將F′-Fj附給F′；否則判斷Fj是否含于Fi，如是，將F′-Fi附給F′。3、j增加1，重復(fù)第二步直到j(luò)＝|F|。4、i增加1，重復(fù)第二步和第三步直到i＝|F|-1。在本實施例中，簡化后的有向回路超圖I′＝(χatr,F′.)，其中F′＝F-{F2,F4}。然后尋找簡化后的有向回路超圖中加權(quán)度最大的頂點，采用貪婪算法求出該簡單超圖的最小橫貫，即為機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的布點路段集合。在本發(fā)明例中，有向回路超圖的加權(quán)度的數(shù)學(xué)表達如下：其中，D*(i)表示頂點i的加權(quán)度，Rij(i＝1,2,…,11,j＝1,2,3)為交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)矩陣中的元素，rjmax(j＝1,2,3)表示rj(j＝1,2,3)的最大值，λj(j＝1,2,3)表示各道路信息的權(quán)值，權(quán)值依據(jù)各路段信息的參考價值和重要程度確定為λ1＝0.4,λ2＝0.4,λ3＝0.2，滿足deg(i)表示頂點i的度，degmax表示所有頂點的度的最大值。采用貪婪算法求解I′的最小橫貫：1、令Tr為空集。2、創(chuàng)建一個空的頂點tr,i，尋找中具有最大的加權(quán)度的頂點賦給tr,i。將tr,i添加到集合Tr中。3、i增加1，令圖為刪除了選定頂點及包含該頂點的所有邊的圖重復(fù)步驟2直到為空集時結(jié)束。則集合Tr即為有向回路超圖的最小橫貫，也就是機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的布點路段。在本發(fā)明涉及的基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法實施例中，最后求出的集合Tr＝{a4,a9}，即為機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的布點路段集合。總之，本發(fā)明涉及的基于圖論的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法更具可行性，相比于已有的城市路網(wǎng)交通路網(wǎng)機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備布點方法，本發(fā)明需要的信息更少，只利用了交通路網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和一些容易獲得的交通信息，比如路段的車流量等級，城市的區(qū)域功能，路段是否建有天橋等，并且將交通信息數(shù)字化，更便于分析、分類和處理，對城市機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備布點問題的研究提供了新的思路和方法。三、本發(fā)明涉及的基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法，其具體實現(xiàn)方式如下：基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法以實時高效監(jiān)測公交車尾氣排放情況為目標，根據(jù)圖論與布爾代數(shù)相關(guān)理論，進行數(shù)學(xué)建模與求解，進而研究機動車尾氣遙測設(shè)備在城市交通路網(wǎng)中的布設(shè)問題。如圖7所示，基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法的具體實施步驟如下：(1)將公交車行駛路線抽象為公交路線超圖。圖論中有如下超圖的定義：設(shè)是一個有限集，則上的一個超圖是指上的一個有限子集簇，使得(1)Frou,i≠φ(i＝1,2,…,N)(2)其中為超圖的第i個頂點，共Mv個頂點，為頂點集合；Frou,i為超圖的第i個超邊，共Nhy個超邊，φ表示空集，為超邊集合，也就是超圖。結(jié)合城市交通路網(wǎng)，將公交車行駛線路中經(jīng)過的各路段抽象為超圖頂點，將整條線路抽象為超邊，得到公交路線超圖。圖論中超圖橫貫的定義為：設(shè)是上的一個超圖，若頂點子集滿足Tr∩Frou,i≠φ(i＝1,2,…,Nhy)，即Tr與每條邊都相交，則稱Tr是超圖的一個橫貫(集)。如果一個橫貫的任何一個真子集都不是橫貫,則稱這個橫貫為極小橫貫集。所有極小橫貫集中基數(shù)最小的極小橫貫集是最小橫貫集?；谝陨蠙M貫、極小橫貫、最小橫貫的定義，將公交線路抽象為超圖模型后，尾氣遙測設(shè)備的布點問題便轉(zhuǎn)化為求公交路線超圖的最小橫貫集問題。(2)求公交路線超圖的極小橫貫集。在前兩步的基礎(chǔ)上，用布爾代數(shù)相關(guān)理論求公交路線超圖的最小橫貫。首先介紹布爾代數(shù)相關(guān)理論。布爾變量的值只有0,1兩種情況，用“+”和“·”表示布爾代數(shù)中的“布爾加法(邏輯或)”與“布爾乘法(邏輯與)”，也稱為“析取”與“合取”，只含布爾加法的表達式稱為析取式，只含布爾乘法的表達式稱為合取式。下面介紹求公交路線超圖所有極小橫貫集的具體步驟：設(shè)是頂點集上的一個公交路線超圖，由公交車行駛路線抽象而得。超圖中頂點為超邊為Frou,j(j＝1,2,…,Nhy)。本發(fā)明中用表示公交路線超圖，超圖的一個頂點表示公交車線路中經(jīng)過的一個路段；超圖的一個超邊Frou,j表示一條公交車運行線路。①對每一個頂點設(shè)布爾變量χi與之對應(yīng)，χi表示路段i是否布設(shè)尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備，若χi＝1則表示此路段需要布設(shè)監(jiān)測設(shè)備。②對公交路線超圖的每一條邊中的頂點進行布爾加法運算，得到每條邊Frou,j對應(yīng)的布爾析取式ψj表示第j條公交運行路線中包含的路段；③對第②步得到的公交路線超圖中所有邊的布爾析取式ψj進行布爾乘法運算，得到整個公交路線超圖的布爾合取式：表示整個公交線路網(wǎng)中所有線路所含路段的全體；④對先使用布爾分配律展開，再用結(jié)合律、交換律、冪等律進行化簡，最終得到最簡的析取式：其中λt對應(yīng)的頂點集是公交路線超圖的一個極小橫貫集，所有λt構(gòu)成公交路線超圖的所有極小橫貫集，表示與公交車每條運行線路都相交的路段全體。(3)求公交路線超圖的最小橫貫集。比較橫貫超圖中所有極小橫貫集的基數(shù)，基數(shù)最小的極小橫貫集是最小橫貫集，即最小監(jiān)測路段集合，為實際中需要布設(shè)機動車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備的路段。圖8為公交路線超圖極小橫貫集、最小橫貫集求解的流程圖。首先，對公交路線超圖中各頂點設(shè)布爾變量，變量值取0或1，取1時表示該頂點代表的路段要布設(shè)尾氣檢測設(shè)備；然后，對公交路線超圖中每條邊，根據(jù)該邊所含的頂點進行布爾加法運算，得到對應(yīng)于每條邊的布爾析取式；接著將所有超邊的布爾析取式進行布爾乘法運算，得到整個公交路線超圖的布爾合取式；之后用布爾運算的性質(zhì)對所得的合取式整理化簡，得到最簡的析取式，其中每個子式代表超圖的一個極小橫貫集；最后比較各個極小橫貫集的基數(shù)，即所含元素的個數(shù)，取基數(shù)最小的極小橫貫集為最小橫貫集，最小橫貫集中的元素所對應(yīng)的路段即為需要布設(shè)尾氣遙測設(shè)備的路段，進而得到了基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備的布點方案。相比于已有的監(jiān)測器布點方案，本發(fā)明涉及的基于圖論與布爾代數(shù)的機動車尾氣遙測設(shè)備布點方法專門針對城市公交系統(tǒng)，更具獨特性，且求解算法簡單易實現(xiàn)，操作性更強。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要功能。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實例的限制，上述實例和說明書中的描述只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附權(quán)利要求書及其等效物界定。當前第1頁1 2 3