1.一种城市道路交通网络级联失效的缓解方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、将城市道路交通网络抽象为复杂网络进行建模;
步骤2、建立节点的负载‑容量模型;
节点负载为:
其中,i表示网络中任意节点, 为节点的初始负载量,ki为节点的度,τ为节点负载的可调参数,τ≥1;
节点的容量为:
式中,Ci(t)为节点i的容量,β为节点容量与节点初始负载的比例参数,β≥0;
步骤3、制定负载重分配策略;
具体包括以下步骤:
步骤3.1:定义双向边的传输速率并以此为基础进行负载重分配,边的传输速率公式表示为:其中,ρij为节点i向节点j方向的边的传输速率,Dij为节点i与节点j之间的传输距离,为整个网络节点间的平均距离, 为源节点i给邻居节点j的负载分配比例,Φi为源节点的非拥塞邻居节点的集合;
步骤3.2:引入边的传输速率系数控制边的传输速率,传输速率系数可映射为交通灯的控制,其中,i为拥塞节点,λ为节点i向节点j方向的传输速率系数,j为拥塞节点i的邻居节点,Co、Cr、Nor代表邻居节点的三种状态拥塞、临界、正常,当j节点处于临界状态时,拥塞节点i向邻居节点j的传输速率系数λij定义为与节点j的流入量/流出量相关的变量,公式如下:式中,δ为节点流入量/流出量的值;
此外,邻居节点j向拥塞节点i的传输速率系数为0,即λ=0i∈Co,j∈Co/Cr/Nor;
公式(4)中所述引入边的传输速率系数λ调节边的传输速率ρij,匹配交通灯进行实施的具体方案是:设置拥塞路口及其邻居路口,连接它们之间的双向车道,路口红绿灯周期为T,其中一个周期内红灯时长为R,绿灯时长为G,黄灯时长为Y,T=R+G+Y,T与Δt对应,路口的饱和车流量为S,路口当前排队车辆数为N;
检测拥塞路口,自检测到拥塞路口开始,由各邻居路口驶向拥塞路口方向的交通灯设置为红灯,每隔T时间检测一次拥塞路口的邻居路口状态,对应调整交通灯时长;直到拥塞路口与邻居路口都恢复正常,交通灯恢复正常;
所述拥塞路口的邻居路口状态分为三种情况:正常状态:N<0.95*S;临界状态:0.95*S≤N
1)假设邻居路口处于正常状态,则由拥塞路口驶向邻居路口方向的交通灯按照正常的红绿灯时长R、G、Y以及正常的红绿灯相位顺序通行;
2)假设邻居路口处于临界状态,则由拥塞路口驶向邻居路口方向的交通灯一个周期内绿灯时长调整为λG,红灯时长调整为(1‑λ)G+R,黄灯时长仍为Y,相位顺序不变;
3)假设邻居路口处于拥塞状态,则由拥塞路口驶向邻居路口方向的交通灯一个周期内绿灯时长调整为0,红灯时长调整为T,黄灯时长调整为0,相位顺序不变;
其中,S为路口的饱和车流量,N为路口当前排队车辆数;
步骤3.3:结合式(3)和式(4)得出边的传输量,并表示出拥塞节点及其邻居节点的负载更新量:ij
ΔLij为在拥塞缓解时间段内拥塞节点i传输给其邻居节点j的负载量,T 为拥塞节点i缓解完成的总时间;
通过实时监测路口状态来调整交通灯,设置每隔Δt秒监测一次路口状态,Ri为缓解时ij间内的监测次数/轮数,于是:T =Ri·Δt;
Li(t+T)=Li(t)‑∑j∈NeiiΔLij (7)其中,Li(t+T)和Lj(t+T)为拥塞节点i及其邻居节点j在t+T时刻的负载量,Li(t)和Lj(t)分别为拥塞节点i及其邻居节点j在t时刻的负载量,式(7)中拥塞节点i的负载更新只有输出给其邻居节点j的负载量ΔLij,邻居节点j到拥塞节点i的边的传输速率系数为0,(8)式中j代表拥塞节点i的正常邻居节点,ΔLij表示拥塞节点i传输给节点j的负载量,由(6)式可知该负载量的计算和传输速率系数λ有关;ΔLjk表示节点j传输给正常邻居节点k的负载,节点j及其邻居节点k之间的传输速率系数λ默认值为1;
步骤4、选取评价指标对缓解效果进行评估;
步骤5、仿真工作。
2.根据权利要求1所述的一种城市道路交通网络级联失效的缓解方法,其特征在于:所述步骤4包括以下步骤:步骤4.1:评价指标1:网络状态,首先定义节点状态:其中,Co代表拥塞状态,Cr代表临界状态,Nor代表正常状态,μ∈(0,1),其中,s=Li(t)/Ci(t),s∈(0,1),Si(t)∈[0,1],网络状态是指网络在t时刻能够发挥的效用,设为SG(t),且:在初始时刻,网络中的所有节点都保持正常,于是SG(t0)=N,将网络状态归一化表示为:其中,Q为网络状态归一化的值,N为网络中的节点总数;
步骤4.2:评价指标2:网络效率,定义为节点之间距离倒数的平均和,即:其中,dij为节点i与节点j之间最短路径的长度;
将网络效率归一化,表示为:
式中,E′为网络存在失效节点时的网络效率,ρ为网络效率归一化值。
3.根据权利要求1所述的一种城市道路交通网络级联失效的缓解方法,其特征在于:所述步骤5包括以下步骤:步骤5.1:设置网络参数,网络参数包括:区域范围、通信半径、节点总数、初始节点数和每次连接节点数,生成BA无标度网络;
步骤5.2:初始化BA无标度网络中节点负载参数τ、容量参数β、边的传输速率系数λ、节ij点网络状态Si(0)、监测次数/轮数Ri、监测时间间隔Δt和缓解时长T ,初始拥塞节点规模;
步骤5.3:识别拥塞节点N0~NS;
步骤5.4:根据表达式(4)、(5)确定拥塞节点与其邻居节点之间的传输速率系数λ,进行Δt时间的负载传输,根据表达式(7)、(8)更新N0~NS中的拥塞节点以及其邻居节点的负载,根据表达式(9)、(12)计算网络节点状态Si(t)和网络效率E′,利用表达式(11)、(13)将其归一化为Q和ρ;
步骤5.5:判断步骤5.3中的拥塞节点N0~NS是否全部恢复正常,如果全部恢复正常,进行步骤5.6;如果没有全部恢复正常,返回步骤5.4;
步骤5.6:判断拥塞节点N0~NS的邻居节点状态,如果存在拥塞节点,返回步骤5.3,如果不存在,缓解过程结束。