城市網(wǎng)絡(luò)交通突發(fā)事件應(yīng)急方案

數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用應(yīng)用研究網(wǎng)絡(luò)交通突發(fā)事件應(yīng)急方案聶聰安徽合肥230009)摘要:隨著我國城市現(xiàn)代化水平的不斷提高和經(jīng)濟的快速發(fā)展,交通供需矛盾日漸突出,道路交通網(wǎng)絡(luò)十分脆弱,一旦發(fā)生突發(fā)事件,極易引發(fā)大面積交通擁堵甚至癱瘓,這將引發(fā)嚴(yán)重的社會危害。因此,研究突發(fā)事件下城市路網(wǎng)交通應(yīng)急方案具有重要意義。本文在BA網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上重現(xiàn)突發(fā)事件下的交通擁堵的形成過程,收集形成過程中產(chǎn)生的各項特征參數(shù),分析交通擁堵的形成機理。最后,提出了應(yīng)對突發(fā)事件下交通擁堵的交通路徑策略,從而降低突發(fā)事件對網(wǎng)絡(luò)交通的影響。關(guān)鍵詞:突發(fā)事件交通擁堵無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)疏散路徑策略中圖分類號:TP316文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1007-9416(2014)04-0101-02目前我國的城市化和機動化過程已進入了快速發(fā)展時期,早晚高峰期間交通流量處于飽和甚至超飽和狀態(tài),道路交通網(wǎng)絡(luò)十分脆弱,如果一旦發(fā)生突發(fā)事件,極易引發(fā)大面積交通擁堵甚至癱瘓,事件區(qū)域內(nèi)人員很難在短時間撤離到安全區(qū)域,這將引發(fā)嚴(yán)重的社會危害。因此,研究突發(fā)事件下的城市交通擁堵疏散策略,對于保障社會的穩(wěn)定和經(jīng)濟的發(fā)展有很大的現(xiàn)實意義。由于突發(fā)事件具有突發(fā)性和偶然性等特點,因此很難收集到大量的真實數(shù)據(jù)來為理論研究提供支持。隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展一些基于計算機仿真技術(shù)用于疏散管理方面。如:美國橡樹嶺國家實驗室研究并開發(fā)了緊急疏散模擬系(OREMS),能夠?qū)ν话l(fā)事件年詳細(xì)討論了在規(guī)則網(wǎng)絡(luò)、等級網(wǎng)絡(luò),小世界網(wǎng)絡(luò)和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中的交通流狀態(tài)從自由狀態(tài)到堵塞狀態(tài)的相變。Hu(胡茂彬)等人[4]在2007年發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點容量有限的網(wǎng)絡(luò)交通中的一級相變和遲滯現(xiàn)象,Hu(胡茂彬)等人[5]并在2009年詳細(xì)討論了不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的遲滯現(xiàn)象。Tadic等人[6]在2004年提出了基于二階鄰居搜索路由策圖1網(wǎng)絡(luò)信息包數(shù)隨時間變化情況略。最常見的路由策略為最短路徑路由策略[2,3],但是在具有無標(biāo)度特性的網(wǎng)絡(luò)中使用最短路徑路由傳輸信息包時,其網(wǎng)絡(luò)的臨界信息包產(chǎn)生率非常的小,網(wǎng)絡(luò)非常容易發(fā)生堵塞。Echenique等人[7]在2004年提出的一種基于全局信息的混合路由策略。他們發(fā)現(xiàn)在使用圖2網(wǎng)絡(luò)臨界信息包產(chǎn)生率隨節(jié)點處理能力的變化情況圖3網(wǎng)絡(luò)臨界信息包產(chǎn)生率隨可調(diào)參數(shù)的變化情況基金項目:國家自然科學(xué)基金資助“城市道路低碳交通發(fā)展路徑及關(guān)鍵”(71210107008/G0103)。作者簡介:聶聰(1987-),男,安徽安慶人,合肥工業(yè)大學(xué)交通運輸工程學(xué)院,碩士研究生。數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用應(yīng)數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用該路由策略信息流的傳輸效率較傳統(tǒng)的最短路徑路由有明顯的優(yōu)勢。Wang(王文旭)等人[8]在2006提出了基于局部信息的靜態(tài)局部路由策略。在該路由中,信息包正比于鄰居節(jié)點度概率的選擇下一個傳輸節(jié)點。Yan(嚴(yán)剛)等人[9]于2006年提出了基于全局信息的有效路由策略,在該路由中,信息包傳輸選擇的路徑為節(jié)點度之和最小的那一條。Wang(王文旭)等人[10]在2006年提出了基于局部信息的動態(tài)混合路由策略。在該路由中,信息包在選擇下一個傳輸節(jié)點時不僅考慮鄰居節(jié)點的度,還考慮了鄰居節(jié)點中的信息包排隊長度。Chen等人[11]在2006年將Echenique等人的路由策略進行了改進,新策略能夠更好地提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。本文通過在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型上研究突發(fā)時間下城市交通擁堵的特征參數(shù),提出了一個比較合理的交通疏散路徑策略模型,使整個交通生率提高,網(wǎng)絡(luò)信息包(車輛)傳送時間縮短,從而交通擁堵能在較短的時間得到疏散。該方案將大大減少突發(fā)事件對正常城市交通及居民生活出行的影響,將事件造成的經(jīng)濟損失及社會不良影響降到最低程度,保障社會穩(wěn)定發(fā)展。交通動力學(xué)模型交通動力學(xué)模型如下:每個時間步,向網(wǎng)絡(luò)中加入R個信息包,每個信息包隨機選取起始節(jié)點和目的地節(jié)點。規(guī)定每個節(jié)點處C,Ci=ki,其中ki為節(jié)點i的度,即每個時間步內(nèi)一個節(jié)點向其鄰居節(jié)點能傳送的最大信息包數(shù)目為ki。根據(jù)突發(fā)事件的程度不同,改變網(wǎng)絡(luò)中某個度大節(jié)點的最大傳輸信息包數(shù),使其降FIFO)的規(guī)則依次發(fā)出。每個時間步,信息包對其鄰居節(jié)點進行搜索,如果搜索到目的地節(jié)點,該信息包將直接傳送到目的地節(jié)點并從網(wǎng)絡(luò)中刪除;否則,該信息包隨機選擇下一個鄰居節(jié)點進行傳輸。如何度量網(wǎng)絡(luò)信息包傳輸能力,我們一般用臨界信息包產(chǎn)生率ccR來度量。網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)會在臨界信息包cc到堵塞狀態(tài)的連續(xù)相變。在自由流狀態(tài)中,每個時間步新加入的信息包能及時到達目的地,因而網(wǎng)絡(luò)信息包總數(shù)趨于穩(wěn)定。而在堵塞狀態(tài)中,不斷加入的信息包中,僅有一小部分信息包可以到達目的地節(jié)點,因此網(wǎng)絡(luò)中信息包數(shù)目不斷增加,最終導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)生]:其中,指時間內(nèi)系統(tǒng)中信息包數(shù)于自由穩(wěn)定狀態(tài),相應(yīng)的序參數(shù)取值為零。在時,網(wǎng)絡(luò)信息包數(shù)目隨著時間在不斷地增加,這時序參數(shù)取值大于零。本節(jié)對網(wǎng)絡(luò)突發(fā)事件給網(wǎng)絡(luò)交通所造成的影響進行模擬分析,Nk1可看到,當(dāng)節(jié)點處理能力沒有降低時,即c%=0%。在R取值為32時,隨著時間步的增加,網(wǎng)絡(luò)的信息包總數(shù)穩(wěn)定在某一值附近,這時網(wǎng)絡(luò)交通處在自由流狀態(tài)。而當(dāng)R=33時,可以看到,網(wǎng)絡(luò)中的信息包總數(shù)隨著時間步急劇上升,這說明新加入的信息包只有少數(shù)能到達目的地節(jié)點,大部分信息包堆積在網(wǎng)絡(luò)中,隨著時間步的增加,網(wǎng)絡(luò)中信息包會越聚越多,此時網(wǎng)絡(luò)中的交通處于堵塞狀態(tài)。從中可以得出在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中使用局部信息路由隨機行走模型,臨界信息包產(chǎn)生率Rc=32。下面依次對不同程度的突發(fā)事件情況進行模擬。當(dāng)節(jié)點最大傳送信息包數(shù)降低10%,即,c%=10%得出Rc=31;當(dāng)節(jié)點最大傳送信息包數(shù)降低20%,即c%=20%,Rc=27;當(dāng)節(jié)點最大傳送信息包數(shù)降低30%,即c%=30%,Rc=24;當(dāng)節(jié)點最大傳送信息包數(shù)降低40%,即c%=40%,Rc=20當(dāng)節(jié)點最大傳送信息包數(shù)降低50%,出,隨著節(jié)點最大傳送信息包數(shù)的降低,網(wǎng)絡(luò)傳輸能力會大大降低。下網(wǎng)絡(luò)交通擁堵疏散策略由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處理能力降低,網(wǎng)絡(luò)總的信息包傳輸能力降低,此時我們需要尋找更優(yōu)更適合的交通網(wǎng)絡(luò)路由策略來適應(yīng)于此時網(wǎng)絡(luò)所發(fā)生的突發(fā)情況。由于在原來策略中,網(wǎng)絡(luò)信息包對節(jié)點的選擇帶有隨機性,從而導(dǎo)致信息包在節(jié)點的選擇性不帶有主動性,基于此種情況,我們將改用信息包選擇偏好性路由策略來提高信息包在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點選擇上的主動性。所改變的新網(wǎng)絡(luò)交通路由模型的規(guī)則如下:每一個時間步網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生R個信息包,這R個信息包隨機的選擇源點和目的地節(jié)點。每一個節(jié)點在每一個時間步最多可以向其鄰居節(jié)點傳送Ci個信息包,Ci=ki。每個節(jié)點對其鄰居節(jié)點執(zhí)行局部搜索。如果在其搜索范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了信息包的目的地節(jié)點,則該信息包被直接送達目的地節(jié)點中;否則,就以如下概率傳送到一個鄰居節(jié)點去:P=kk(3.1)知,當(dāng)議>0時,信息包在選擇下一個傳輸節(jié)點時,度大的鄰居節(jié)點被選擇的概率較大;相反,當(dāng)議<0時,度較小的鄰居節(jié)點被選擇的概率較大;當(dāng)議=0時,該模型退化為隨機行走模型。在此種模型中,我們僅考慮節(jié)點最大傳送信息包數(shù)降低50%的情況,所得模擬情況見圖3,從圖中可以看出在議=(2,2)區(qū)間內(nèi),網(wǎng)絡(luò)臨界信息包產(chǎn)生率Rc先逐漸上升,在議=0.2處達到峰值Rc=22,然后又逐漸下降。在議=0.2時,網(wǎng)絡(luò)傳輸能力達到最大。對比之前節(jié)點最大傳送信息包數(shù)降低50%,即議=0時,網(wǎng)絡(luò)傳輸能力得到提高。本文研究了網(wǎng)絡(luò)在突發(fā)事件下的交通概況,模擬分析出突發(fā)