一种基于双层异构网络的新建路网流量预测方法及系统与流程

本发明涉及交通控制，尤其涉及一种基于双层异构网络的新建路网流量预测方法及系统。

背景技术：

1、在经济迅速增长，效率逐步提高的社会中，人们的时间价值观念越来越强，而交通运输条件须与社会的发展相协调。因此，高速公路、国道、省道等主要运输方式的规划与建设仍会是当前和今后交通运输基础设施的重点发展所在。

2、在道路和道路网络的规划中，交通量的预测是道路规划的基础。近几年，每年新建的公路里程呈递增趋势，对新建的公路交通量进行精准预测显得尤为重要。而交通量预测对于确定新建道路的建设时机、建设等级、建设规模等都有重要的参考价值，有助于提高新建道路的效率。但是由于国道、省道等普通公路中交通流检测器布设较为稀疏，交通流量数据获取比较困难，而目前的新建交通量预测方法，往往仅针对新建的高速公路进行交通流量预测，无法对普通国省道的交通流量进行准确预测，并且现有方法均未充分考虑高速公路与普通国省道之间的交通流量交互作用，无法兼顾解决新建高速公路与新建普通国省道的流量估计问题，因此亟需将高速公路与普通国省道路网进行一体化重构，研究适用于高速公路及普通国省道的新建路段流量预测问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于双层异构网络的新建路网流量预测方法及系统，用于解决如下技术问题：目前的新建交通量预测方法，未充分利用高速公路与普通国省道之间的交通流量交互作用机制，无法兼顾解决新建高速公路与新建普通国省道的流量估计问题。

2、本发明实施例采用下述技术方案：

3、一方面，本发明实施例提供了一种基于双层异构网络的新建路网流量预测方法，方法包括：基于高速公路路网拓扑结构以及普通公路路网拓扑结构，构建双层异构公路网络；确定所述双层异构公路网络中，每条路段的历史日交通量；基于高速公路路网中的收费站数据，划分所述双层异构公路网络的交通小区单元；根据所述收费站数据，确定基于交通小区单元的初始od分布矩阵；根据所述每条路段的历史日交通量，建立高速公路与普通公路的路径广义出行成本计算模型，并对所述初始od分布矩阵进行迭代推算，得到所述双层异构公路网络的当前od分布矩阵；将新建路段融入所述双层异构公路网络中，并定义新建路段的广义出行成本；根据所述新建路段的广义出行成本以及所述当前od分布矩阵，确定所述新建路段的流量预测值。

4、在一种可行的实施方式中，基于高速公路路网拓扑结构以及普通公路路网拓扑结构，构建双层异构公路网络，具体包括：以高速公路中的互通式立体交叉点为节点，以相邻的两个互通式立体交叉点之间的路段为边，构建高速公路路网拓扑结构；以普通公路的平面交叉口为节点，以相邻的两个平面交叉口之间的路段为边，构建普通公路路网拓扑结构；将高速收费站作为高速公路与普通公路的耦合连接点，并基于所述耦合连接点，将所述高速公路路网拓扑结构与所述普通公路路网拓扑结构进行耦合重构，得到所述双层异构公路网络。

5、在一种可行的实施方式中，确定所述双层异构公路网络中，每条路段的历史日交通量，具体包括：将所述双层异构公路网络中，高速公路路段划分为主线基本路段以及匝道路段；根据高速收费站数据，统计所述匝道路段的历史日交通量；根据高速门架数据，统计所述主线基本路段的历史日交通量；根据，得到所述双层异构公路网络中，各个普通公路路段的历史日交通量；其中，m为所述普通公路路段的月变系数，d为所述普通公路路段的周变系数，aadt为所述普通公路路段的年平均日交通量。

6、在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：在所述主线基本路段中存在多个门架的情况下，取所有门架统计得到的历史日交通量平均值作为最终的历史日交通量；在某个普通公路路段没有设观测站的情况下，根据，分别算出所述普通公路路段的上游路段的历史日交通量和下游路段的历史日交通量，并取二者的平均值作为所述普通公路路段的历史日交通量。

7、在一种可行的实施方式中，基于高速公路路网中的收费站数据，划分所述双层异构公路网络的交通小区单元，具体包括：确定所述双层异构公路网络中每个耦合连接点的特征指标；所述特征指标包括收费站始发流量、收费站到达流量、收费站方向不均衡系数、收费站主要流量汇聚分布系数、收费站主要流量分散分布系数；其中，所述收费站方向不均衡系数为所述收费站始发流量与收费站到达流量的比值；所述收费站主要流量汇聚分布系数为从其他各收费站出发到达本收费站的主要车流量之间的均方差；所述收费站主要流量分散分布系数为从本收费站出发到达其他各收费站的主要车流量之间的均方差；对所述特征指标进行标准化处理以及极值归一化处理；根据处理后的所述特征指标，确定任意两个耦合连接点之间的特征相似度；根据所述任意两个耦合连接点之间的特征相似度，通过传递闭包法构建模糊等价矩阵；并选取所述模糊等价矩阵中的不同元素作为分类阈值，得到不同的耦合连接点聚类结果；通过f检验法，在所述不同的耦合连接点聚类结果中，确定最佳聚类结果，并将所述最佳聚类结果中的每个聚类簇确定为一个交通小区单元。

8、在一种可行的实施方式中，根据所述收费站数据，确定基于交通小区单元的初始od分布矩阵，具体包括：根据所述收费站数据，获取以各个收费站为行和列标识的od分布矩阵；将属于同一个交通小区单元的收费站进行od合并，得到基于交通小区单元的初始od分布矩阵；所述初始od分布矩阵中的元素为：作为出行发生源的交通小区单元与作为出行吸引源的交通小区单元之间的历史日交通量。

9、在一种可行的实施方式中，根据所述每条路段的历史日交通量，建立高速公路与普通公路的路径广义出行成本计算模型，并对所述初始od分布矩阵进行迭代推算，得到所述双层异构公路网络的当前od分布矩阵，具体包括：根据所述每条路段的历史日交通量，建立高速公路与普通公路的路径广义出行成本计算模型：；其中，r表示出行者从交通小区单元i到交通小区单元j的第r条有效路径；表示路径r的广义出行成本；h表示人均日工作时长；d表示人均年工作日；gdp表示当地人均生产总值；表示车辆通过路径r的总出行费用；表示路段a的历史日交通量，a为路径r中的第a个路段；表示路段a的通行能力；表示路段a的自由流行程时间；为道路使用者的出行时间价值成本的权重系数；为道路使用者的出行经济价值成本的权重系数；r表示路径r上的所有路段集合；根据，得到出行者从交通小区单元i到交通小区单元j时，选择第r条有效路径的概率；其中，e为指数函数的底数；将所述初始od分布矩阵中的每个od分布量分配到多条有效路径上，得到每条有效路径第n次迭代后的交通分配量，其中n=1为初始条件，为初始od分布量；将经过路段a的所有有效路径的第n次迭代后的交通分配量进行累加，得到路段a第n次迭代后的交通分配量；根据，得到交通小区单元i和交通小区单元j之间路段a的期望交通量；根据，得到路径r的期望交通量；其中，表示路段的数量；根据，得到交通小区单元i和交通小区单元j之间，第n次迭代后的od分布量；计算路段a的第n次迭代后的交通分配量与路段a的历史日交通量之间的相对误差；若所述相对误差小于等于收敛阈值，则停止迭代，输出当前od分布矩阵；若所述相对误差大于所述收敛阈值，则令n=n+1，继续进行迭代计算，直到收敛为止。

10、在一种可行的实施方式中，将新建路段融入所述双层异构公路网络中，并定义新建路段的广义出行成本，具体包括：按照实际地理位置，将所述新建路段添加到所述双层异构公路网络中，得到新的双层异构公路网络；将所述新建路段的广义出行成本定义为：；其中，表示车辆通过新建路段b的总出行费用；表示新建路段b的自由流行程时间。

11、在一种可行的实施方式中，根据所述新建路段的广义出行成本以及所述当前od分布矩阵，确定所述新建路段的流量预测值，具体包括：根据所述新建路段的广义出行成本，重新计算出行者从交通小区单元i到交通小区单元j时，选择每条有效路径的概率；将所述当前od分布矩阵中的每个od分布量分配到多条有效路径上，得到每条有效路径的交通分配量；将经过新建路段的所有有效路径的交通分配量进行累加，得到所述新建路段的流量预测值。

12、另一方面，本发明实施例还提供了一种基于双层异构网络的新建路网流量预测系统，系统包括：网络构建模块，用于基于高速公路路网拓扑结构以及普通公路路网拓扑结构，构建双层异构公路网络；数据处理模块，用于确定所述双层异构公路网络中，每条路段的历史日交通量；基于高速公路路网中的收费站数据，划分所述双层异构公路网络的交通小区单元；根据所述收费站数据，确定基于交通小区单元的初始od分布矩阵；根据所述每条路段的历史日交通量，建立高速公路与普通公路的路径广义出行成本计算模型，并对所述初始od分布矩阵进行迭代推算，得到所述双层异构公路网络的当前od分布矩阵；将新建路段融入所述双层异构公路网络中，并定义新建路段的广义出行成本；根据所述新建路段的广义出行成本以及所述当前od分布矩阵，确定所述新建路段的流量预测值。

13、与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于双层异构网络的新建路网流量预测方法及系统，具有如下有益效果：

14、本发明将高速公路路网和普通国省道路网相耦合，构建了一个双层异构公路网络，通过高速公路收费站的特征指标数据，将双层异构公路网络划分为多个交通小区单元，然后根据初始od分布矩阵以及路径广义出行成本计算模型，推算整个双层异构公路网络的实际od分布矩阵和od分布预测矩阵，进而根据流量分配算法得到新建路段的预测交通流量。本发明将高速公路与普通国省道视为一个整体进行研究，充分发挥了高速公路与普通国省道的交通流量交互作用机理，便捷地推算出新建的普通国省道流量参考值或者高速公路流量参考值，该流量参考值能够为新建道路的建设等级、建设规模等提供准确有效的数据支持。本发明所提出的流量预测方法适用性强，不仅解决了普通国省道中交通流检测器布设稀疏，难以便捷进行流量估计的问题，还可以兼顾解决新建高速公路与新建普通国省道的流量估计问题。