考虑布控区域边界点的移动污染源排放遥测站点选址方法与流程

本发明设计一种考虑布控区域边界点的移动污染源排放遥测站点选址方法，属于移动污染源排放遥测站点的布设技术领域，以城市交通路网中所有的在路机动车至少能够被监测到一次为目标，根据图论的相关理论，进行建模与求解，进而研究移动污染源排放遥测站点在交通路网中的选址布设问题。

背景技术：

近几年来，我国机动车数量急剧增长，在为人们的日常出行提供便利的同时，也造成了日益严重的尾气污染情况，对大气环境造成了极大的影响。尾气污染物不仅直接危害人们的身体健康，如增加呼吸系统疾病、城市儿童交通病甚至癌症的患病风险，还会对环境造成不良的影响，如引发酸雨的发生、增强温室效应。而机动车尾气污染治理的前提是对尾气污染物的有效监测，移动污染源排放遥测系统能够在机动车正常行驶的过程中进行尾气排放监测，不会对其产生任何影响，而且可以避免驾驶员为了达到检测标准而采取一些违规手段的行为，能够取得更加准确的尾气监测结果。该系统由广泛分布于交通路网中的尾气遥测站点组成，每天通过这些监测点的车辆数成千上万，其排放情况可以被实时监测。然而由于路网上布设的遥测站点安装、维护成本高，其数量受到了经济预算的限制，所以其选址布设问题是构建移动污染源排放遥测系统的关键。

目前国内外对移动污染源排放遥测系统的选址布设问题研究仍处于起步阶段，以至于该系统的实际应用受到了极大的限制。为了使该系统早日能够在城市交通路网中对在路车辆的尾气排放浓度进行实时有效的监测，需要对遥测站点选址布设问题进行研究。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种考虑布控区域边界点的移动污染源排放遥测站点选址方法，只需利用城市交通路网拓扑结构，采用广度优先遍历确定布点路口顺序，然后根据各路口车流量的流入流出平衡关系，以监测站点布设数目最少为目标来获取布点方案，使其能够达到城市路网中所有的在路机动车至少能够被监测到一次的目的。

本发明技术解决方案：

考虑布控区域边界点的移动污染源排放遥测站点选址方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：根据城市交通路网的拓扑结构以及交通流向，将其抽象成一个有向图，再将有向图转化成一个邻接矩阵，化简该邻接矩阵，分别以各个平衡顶点作为起始点，采用广度优先遍历确定这些平衡顶点的遍历顺序。

步骤二：根据步骤一的顶点遍历顺序，依次对各个平衡顶点直接相连的有向边进行布点操作，从而得出各个布点路段集合。布点操作过程如下：将与当前访问的顶点直接相连的有向边分成两个集合，即流入边集合和流出边集合，比较这两个集合中未知边个数，选择未知边个数少的集合中的未知边作为布点路段，此时与该顶点直接相连的有向边全都更新为已知边，减少了下一个路口的驶入驶出路段集合中未测路段数量，在访问下一个顶点时可以避免冗余布点的情况发生。求得各个备选布点路段集合的基数，即监测站点的布设数目，选择数目最少的集合作为布设监测站点的路段集合。

所述步骤一中，将交通路网信息抽象成一个邻接矩阵，如下：

其中，v₁,v₂,...,v_n表示交通路网中所有的交通路口，n表示该路网中路口的总数；R_ij,i＝1,2,...,n,j＝1,2,...,n表示路口v_i和路口v_j的连接情况，若v_i与v_j不相连，则R_ij＝Inf，若相连，则R_ij＝k,k＝1,2,...,m，k表示路口v_i和路口v_j连接的有向路段编号，m为该路网中所有路段总数。

所述步骤一中，化简邻接矩阵，分别以各个平衡顶点作为起始点，采用广度优先遍历确定这些平衡顶点的遍历顺序具体过程如下：

(1)寻找出度与入度相等，并且与其连接的相邻顶点只有两个的顶点，删除该顶点在矩阵中对应的行和列，调整矩阵中与该顶点直接相连的两个顶点的连接关系，从而简化了该邻接矩阵；

(2)在步骤(1)得到的最简邻接矩阵中以某个顶点作为起始顶点，并访问；

(3)依次访问该顶点的各个未被访问过的邻接顶点，将全部邻接顶点都访问到；

(4)分别从上一个步骤访问到的顶点出发，依次访问它们的未被访问过的邻接顶点，并使先被访问的顶点的邻接顶点先于后被访问的顶点的邻接顶点被访问，以此循环，直到矩阵中所有顶点都被访问到；

(5)依次以其他顶点为初始顶点，重复步骤(2)(3)(4)，得出所有的顶点遍历方案。

本发明与现有技术相比存在的优点在于：

(1)本发明需要利用的信息很少，只需交通路网的拓扑结构，且该发明获得的结果中无冗余项。

(2)本发明充分考虑布控区域边界点问题，能够处理存在非平衡点的路网模型，更加贴合实际，而且该发明适应于任意路网，具有很强的适应性。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为某城市部分交通路网有向图；

图3为未布点路段上的车辆在布点路段上首次被监测的具体情况。

具体实施方式

为使本发明实现的技术创新点易于理解，下面结合图1，对本发明的实现方式进一步详细叙述，具体步骤如下：

步骤一：根据某城市部分交通路网的拓扑结构以及交通流向，将其抽象成一个有向图，如图2所示，再将有向图转化成一个邻接矩阵，如下：

其中，若v_i与v_j不相连，则R_ij＝Inf，若相连，则R_ij＝k,k＝1,2,...,m，k表示路口v_i和路口v_j连接的有向路段编号,如v₂通向v₁，连接的有向边为a₁，矩阵中R_2,1＝1。

在图2中顶点v₃,v₆,v₁₀,v₁₃满足出度与入度相等，并且与其连接的相邻顶点只有两个，删除这些顶点在矩阵中对应的行和列，调整矩阵中与该顶点直接相连的两个顶点的连接关系，即R_11,4＝5,R_4,11＝22,R_5,9＝12,R_9,5＝6,R_9,12＝25,R_12,9＝20，从而简化了该邻接矩阵。然后分别以各个平衡顶点(不包括v₁₄,v₁₆,v₁₇)作为起始点，采用广度优先遍历确定各个平衡顶点的遍历顺序，具体过程如下：

(1)以v₁为起始顶点，并访问之；

(2)依次访问该顶点的各个未被访问过的邻接顶点，将全部邻接顶点都访问到；

(3)分别从上一步骤访问到的顶点出发，依次访问它们的未被访问过的邻接顶点，并使先被访问的顶点的邻接顶点先于后被访问的顶点的邻接顶点被访问，以此循环，直到所有顶点都被访问到；

(4)依次以其他平衡顶点为初始顶点，重复步骤(1)(2)(3)，得出所有的平衡顶点遍历方案，结果如下：

S₁:v₁→v₂→v₄→v₁₅→v₅→v₇→v₁₁→v₈→v₉→v₁₂

S₂:v₂→v₁→v₅→v₄→v₁₅→v₈→v₉→v₇→v₁₁→v₁₂

S₃:v₄→v₁→v₇→v₁₁→v₂→v₁₅→v₈→v₁₂→v₅→v₉

S₄:v₅→v₂→v₈→v₉→v₁→v₇→v₁₂→v₄→v₁₅→v₁₁

S₅:v₇→v₄→v₈→v₁₁→v₁→v₅→v₉→v₁₂→v₂→v₁₅

S₆:v₈→v₅→v₇→v₉→v₁₂→v₂→v₄→v₁₁→v₁→v₁₅

S₇:v₉→v₅→v₈→v₁₂→v₂→v₇→v₁₁→v₁→v₄→v₁₅

S₈:v₁₁→v₄→v₇→v₁₂→v₁→v₈→v₉→v₂→v₁₅→v₅

S₉:v₁₂→v₈→v₉→v₁₁→v₅→v₇→v₄→v₂→v₁→v₁₅

S₁₀:v₁₅→v₁→v₂→v₄→v₅→v₇→v₁₁→v₈→v₉→v₁₂

步骤二：根据步骤一所得到的遍历顺序，依次对各个平衡顶点直接相连的有向边进行布点操作。以S₁为例，v₁的流入边集合为{a₁,a₂₈}，未知边个数为2，流出边集合为{a₂}，未知边个数为1，流入未知边数大于流出未知边数，所以选择在流出未知边a₂处布点，此时{a₁,a₂,a₂₈}都更新为了已知边。下一个顶点v₂的流入边集合为{a₃}，未知边个数为1，流出边集合为{a₁,a₃₀}，未知边个数为1，流入未知边数等于流出未知边数，所以可以选择a₃或a₃₀处布点，此时{a₁,a₃,a₃₀}都更新为了已知边，以此类推，从而得出布点方案。再按其他的平衡点遍历顺序获取布点方案，比较各个方案的布点数目大小，选择数目最小的方案作为布点结果，此例中最小布点路段集合为{a₅,a₁₁,a₁₂,a₁₇,a₂₄,a₂₅,a₂₇}。

其他未布设监测点的路段上的车辆能够在驶经布点布点路段时首次被监测到的具体情况如图3所示，其中圆盘的7层为布设尾气监测设备的路段，从内到外依次为a₅,a₁₁,a₁₂,a₁₇,a₂₄,a₂₅,a₂₇，有颜色填充的扇形区域表示某未布点路段上的全部或部分车辆在行驶到某布点路段上时首次被监测到，例如未布点路段a₂上的所有车辆分别行驶到布点路段a₅,a₁₁,a₁₇,a₂₄上首次被监测到。由此可见，该方法能够保证每辆在路车辆能够至少被监测一次。

总之，本发明更具可行性以及普适性，相比于已有的移动污染源排放遥测站点的选址布设方法，本发明利用的信息更少，得出的结果无冗余项，而且充分考虑布控区域边界点问题，能够处理存在非平衡点的路网模型，适用于任意城市交通网络，对移动污染源排放遥测站点的选址布设方法研究提供了新的思路和方法。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。