本發(fā)明涉及交通系統(tǒng)數(shù)字化，具體是指災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法。

背景技術(shù)：

1、在氣候變化加劇、公共衛(wèi)生事件頻發(fā)的背景下，交通系統(tǒng)所面臨的不確定因素與未知風(fēng)險不斷增加。特別是在偏遠(yuǎn)和農(nóng)村地區(qū)，受地質(zhì)和氣候條件的限制，路網(wǎng)通常呈現(xiàn)出稀疏性(交通流量小、道路密度低、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分布廣泛等)，而該稀疏路網(wǎng)是實現(xiàn)地區(qū)連接、提供緊急服務(wù)和支持經(jīng)濟(jì)活動的唯一途徑。同時，受惡劣天氣(濃霧、大雪、路面結(jié)冰)、自然災(zāi)害(如泥石流、山體滑坡、地震等)等原因影響，會導(dǎo)致稀疏路網(wǎng)中路段/關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)等點(diǎn)位隨機(jī)破壞，出現(xiàn)完全中斷、單向通行等情況，其路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與常規(guī)路段存在較大差異。同時，經(jīng)常需要對突發(fā)災(zāi)害事件導(dǎo)致的臨時狀態(tài)進(jìn)行一定范圍、一定時段的交通管制甚至道路封閉等措施，臨時狀態(tài)結(jié)束后又恢復(fù)通行，即路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時常發(fā)生局部范圍、有限時段的變化。因此，亟需提出一種可以準(zhǔn)確反應(yīng)稀疏路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征和災(zāi)害事件下路網(wǎng)狀態(tài)動態(tài)變化的路網(wǎng)模型，為稀疏路網(wǎng)交通狀態(tài)評定、應(yīng)急救援路徑規(guī)劃、交通管控措施提供模型基礎(chǔ)，從而提高災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)應(yīng)急救援的及時性與準(zhǔn)確性。

2、在專利cn202010437381.5《一種交通路網(wǎng)的拓?fù)浣７椒跋到y(tǒng)》中，通過獲取所有道路的道路信息，組成關(guān)鍵要素信息庫；利用預(yù)設(shè)編碼規(guī)則整理道路信息，創(chuàng)建路口信息和路段信息。最后利用路口信息、路段信息和遞歸算法建立交通路網(wǎng)的拓?fù)淠Ｐ?。該方法主要針對城市?fù)雜道路網(wǎng)絡(luò)的建模需求，未能充分考慮稀疏路網(wǎng)中道路密度低、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分布廣泛等特征。并且使用靜態(tài)編碼和遞歸算法，缺乏對突發(fā)災(zāi)害事件影響下路網(wǎng)動態(tài)變化的響應(yīng)能力，難以適應(yīng)稀疏路網(wǎng)應(yīng)急救援中的突發(fā)情況。

3、在專利cn201910034685.4《一種自演化交通路網(wǎng)拓?fù)浣７椒ā分?，通過建立交通路網(wǎng)模型，以節(jié)點(diǎn)的度和鄰接矩陣表示；采用馬爾科夫模型計算預(yù)測交通流量，最后根據(jù)預(yù)測結(jié)果更新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)重要性(節(jié)點(diǎn)度)和節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系(鄰接矩陣)。然而，該方法是基于現(xiàn)有靜態(tài)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的交通流動態(tài)更新，缺乏考慮突發(fā)災(zāi)害事件影響下路網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，如道路或者節(jié)點(diǎn)的增加、刪減或恢復(fù)。

4、在專利cn202010028429.7《一種路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法及裝置》，通過獲取預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的多個路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，基于每個路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)屬性信息和上下游路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息，建立屬性拓?fù)湫畔ⅲ⒔傩粤斜砗托螤盍斜?，進(jìn)一步建立預(yù)設(shè)區(qū)域的時空路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來反應(yīng)路網(wǎng)拓?fù)潆S時間的變化。但該方法是通過屬性拓?fù)湫畔⒑托螤钚畔⒌淖兓瘉矸从陈肪W(wǎng)結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，這些信息包括路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的道路等級、長度、坐標(biāo)、形狀類別，以及它們在不同時間段內(nèi)的連接關(guān)系，尚未考慮災(zāi)害事件對路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響，并且對于稀疏路網(wǎng)中路網(wǎng)密度低、路段長關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分布廣、局部城鎮(zhèn)路網(wǎng)密等情況缺乏考慮，無法實現(xiàn)災(zāi)害事件影響下的稀疏路網(wǎng)的動態(tài)更新。

5、目前針對路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的研究還存在如下缺點(diǎn):

6、(1)大部分針對路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的研究主要集中在城市交通網(wǎng)絡(luò)、高速公路交通網(wǎng)絡(luò)和公共交通網(wǎng)絡(luò)等路網(wǎng)密集區(qū)域，考慮稀疏路網(wǎng)特有條件(如道路總體密度低、局部路網(wǎng)密度高、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分布廣泛等)的研究處于空白，現(xiàn)有路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型構(gòu)建方法難以適應(yīng)稀疏路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征。

7、(2)大部分針對路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型主要集中于基于圖論的單層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)微觀模型，抽象為以路網(wǎng)中的道路交叉口為點(diǎn)，路網(wǎng)中路段為邊；在面對大范圍稀疏路網(wǎng)仿真時，其計算效率較低，無法滿足緊急救援的及時性和實時性需求。

8、(3)大部分針對路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的應(yīng)用局限于靜態(tài)場景或預(yù)設(shè)場景，缺乏突發(fā)災(zāi)害事件影響下的路網(wǎng)狀態(tài)實時變化的響應(yīng)能力，無法動態(tài)表征稀疏路網(wǎng)的交通狀態(tài)和緊急情況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，解決現(xiàn)有技術(shù)由于沒有考慮到稀疏路網(wǎng)覆蓋區(qū)域廣、總體區(qū)域路網(wǎng)密度低、局部區(qū)域路網(wǎng)密度高、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分布廣泛、節(jié)點(diǎn)間路段長度長等結(jié)構(gòu)屬性的問題；同時解決路網(wǎng)結(jié)構(gòu)隨突發(fā)災(zāi)害事件影響下的動態(tài)更新問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，包括以下步驟：

3、步驟1：獲取目標(biāo)區(qū)域中所有的道路信息、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)信息、災(zāi)害事件信息，利用所述信息組成路段要素信息表、節(jié)點(diǎn)要素信息表、災(zāi)害事件要素信息表；

4、步驟2：將稀疏路網(wǎng)分解為包含主干層和局部層的雙層網(wǎng)絡(luò)，在稀疏路網(wǎng)簡化原則的基礎(chǔ)上結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有向圖論構(gòu)建稀疏路網(wǎng)主干層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型gc；

5、步驟3：放大稀疏路網(wǎng)主干層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的節(jié)點(diǎn)要素和邊要素，采用有向圖論從微觀角度構(gòu)建稀疏路網(wǎng)局部層路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型gl，包括節(jié)點(diǎn)局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型gln和路段局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型gle；

6、步驟4：基于主干層拓?fù)錂C(jī)構(gòu)模型gc和局部層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型gl，通過屬性-拓?fù)潢P(guān)聯(lián)法關(guān)聯(lián)路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路網(wǎng)交通屬性，構(gòu)建稀疏路網(wǎng)雙層拓結(jié)構(gòu)模型g；

7、步驟5：建立典型災(zāi)害事件影響下的稀疏路網(wǎng)雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型編輯規(guī)則，進(jìn)一步制定災(zāi)害事件影響下的稀疏路網(wǎng)更新規(guī)則，根據(jù)災(zāi)害事件要素表和稀疏路網(wǎng)更新規(guī)則，更新稀疏路網(wǎng)雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

8、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

9、(1)本發(fā)明提出的稀疏路網(wǎng)雙層拓?fù)浣７椒?，通過將路網(wǎng)分解為主干層和局部層，并明確關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和邊的定義，結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有向圖論和屬性-拓?fù)潢P(guān)聯(lián)方法，提供了精細(xì)化的路網(wǎng)描述，特別適用于稀疏路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征。這種方法可以更準(zhǔn)確地反映道路密度低、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分布廣泛等特點(diǎn)，提高了應(yīng)急救援路徑規(guī)劃的精度和有效性，有利于在偏遠(yuǎn)和農(nóng)村等路網(wǎng)稀疏地區(qū)的災(zāi)害應(yīng)急救援中發(fā)揮重要作用。

10、(2)本發(fā)明具有較強(qiáng)的動態(tài)響應(yīng)能力，特別是能夠結(jié)合災(zāi)害事件對路網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)更新。通過建立多類型災(zāi)害事件處理規(guī)則，確保模型能夠根據(jù)實時數(shù)據(jù)和災(zāi)害事件的影響快速動態(tài)調(diào)整路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高了路網(wǎng)的適應(yīng)性和靈活性；其次，提供了全面的災(zāi)害應(yīng)對策略，為交通管理和應(yīng)急響應(yīng)提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)保障，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用前景。例如，在發(fā)生泥石流、山體滑坡等自然災(zāi)害時，本發(fā)明能夠迅速更新受影響區(qū)域的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，重新規(guī)劃應(yīng)急救援路徑，確保救援車輛能夠及時避開受災(zāi)區(qū)域，提高應(yīng)急響應(yīng)的效率和準(zhǔn)確性。

11、(3)本發(fā)明通過創(chuàng)新的雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，將區(qū)域路網(wǎng)近似為節(jié)點(diǎn)，顯著提高了仿真的運(yùn)行速度。這種方法有效減少了計算負(fù)荷，使得在應(yīng)急救援任務(wù)中能夠快速求解最優(yōu)路徑，縮短應(yīng)急響應(yīng)時間，確保救援車輛能夠及時到達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場。

技術(shù)特征：

1.災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟1中所述的道路信息包括道路幾何屬性和靜態(tài)交通屬性數(shù)據(jù)，所述道路幾何屬性數(shù)據(jù)道路編號edge_id、道路名稱edge_name、道路一端節(jié)點(diǎn)編號fnode_id、道路另一端節(jié)點(diǎn)編號tnode_id、道路長度edge__length及道路兩端節(jié)點(diǎn)編號數(shù)組endnodes，endnodes＝[fnode_id，tnode_id]；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟1中所述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)信息包含節(jié)點(diǎn)編號node_id、節(jié)點(diǎn)名稱node_name、節(jié)點(diǎn)連接數(shù)don、節(jié)點(diǎn)經(jīng)度lng及節(jié)點(diǎn)緯度lat；其中，節(jié)點(diǎn)編號設(shè)置為列表行索引；基于此，組成節(jié)點(diǎn)要素信息表。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟1中所述災(zāi)害事件信息包含災(zāi)害發(fā)生時間time，災(zāi)害事件類別event、災(zāi)害事件所在路段編號edge_id、車道封閉數(shù)量lnnum、災(zāi)害事件所在路段開始位置節(jié)點(diǎn)編號tnode_id、災(zāi)害事件所在路段結(jié)束節(jié)點(diǎn)編號tnode_id、災(zāi)害事件起點(diǎn)距所在路段起點(diǎn)tnode_id的距離tdistance及災(zāi)害事件長度length；基于此，組成災(zāi)害事件要素信息表。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟2中所述稀疏路網(wǎng)雙層網(wǎng)絡(luò)包含稀疏路網(wǎng)主干層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)gc和稀疏路網(wǎng)局部層路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)gl，其中稀疏主干層路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由稀疏路網(wǎng)簡化后的基本建模單元組合而成；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟2中所述在稀疏路網(wǎng)簡化原則的基礎(chǔ)上結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有向圖論構(gòu)建稀疏路網(wǎng)主干層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型gc,表示為有向圖gc＝{nc,ec,lc,c}；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟3中所述的稀疏路網(wǎng)局部層路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型gl是稀疏路網(wǎng)主干層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的節(jié)點(diǎn)要素和邊要素的局部放大，包含節(jié)點(diǎn)局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)gln和路段局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)gle；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟3中所述的路段局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)gle是主干層路網(wǎng)路段放大后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將稀疏路網(wǎng)地區(qū)長路段結(jié)合交通事件、交通管制或施工作業(yè)需求等進(jìn)一步劃分為更小單元，表示為有向圖gle＝{nle,ele}；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟4中所述通過屬性-拓?fù)潢P(guān)聯(lián)法關(guān)聯(lián)路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路網(wǎng)交通屬性，具體方法為：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，步驟5中所述典型災(zāi)害事件包括三類，具體為：第一類為新建道路、局部路段失效后新增繞行路徑，事件類別event＝1；第二類為災(zāi)害事件導(dǎo)致路段功能失效或交通管制、拆除臨時繞行路徑，事件類別event＝2；第三類為路網(wǎng)交通設(shè)施改擴(kuò)建場景下的路網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)更新，事件類別event＝3；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了災(zāi)害事件影響下稀疏路網(wǎng)可動態(tài)編輯雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模方法，包括組成路段要素信息表、節(jié)點(diǎn)要素信息表、災(zāi)害事件要素信息表；構(gòu)建稀疏路網(wǎng)主干層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型GC；構(gòu)建稀疏路網(wǎng)局部層路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型GL；構(gòu)建稀疏路網(wǎng)雙層拓結(jié)構(gòu)模型G；建立典型災(zāi)害事件影響下的稀疏路網(wǎng)雙層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型編輯規(guī)則；本發(fā)明通過將路網(wǎng)分解為主干層和局部層，并明確關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和邊的定義，結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有向圖論和屬性?拓?fù)潢P(guān)聯(lián)方法，提供了精細(xì)化的路網(wǎng)描述，特別適用于稀疏路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征；這種方法可以更準(zhǔn)確地反映道路密度低、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分布廣泛等特點(diǎn)，提高了應(yīng)急救援路徑規(guī)劃的精度和有效性，有利于在路網(wǎng)稀疏地區(qū)的災(zāi)害應(yīng)急救援中發(fā)揮重要作用。

技術(shù)研發(fā)人員：楊軫,謝世坤,單海英,鄭瑞平,馮洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30