[发明专利]一种基于最短路径的城市道路交通网络熵计算方法及系统

说明书

本发明提供一种基于最短路径的城市道路交通网络熵计算方法及系统，该方法考虑路网中所有的最短路径及路段上的流量，通过计算交通路网中每个节点对间的最短路径和最短路径经过的边的数目，算出边上的平均流量，构造不同最短路径长度下的平均流量矩阵，并根据香农的信息熵公式，分别计算不同最短路径长度下的网络熵，进而对路网的结构特性进行评价分析。

技术领域

本发明涉及复杂网络和交通路网复杂性评价领域，特别涉及一种基于最短路径的城市交通道路网络熵计算方法。

背景技术

城市交通道路网络是影响城市发展和城市交通的一个重要因素，路网的拓扑结构决定了路网的许多性质，而熵是一个可以度量网络有序性的物理量，网络结构越有序，熵越低。目前网络熵计算方法大致可分为两类，一类基于信息论，另一类侧重反映网络结构特征，通过路网中节点度、介数、最短路径长度等性质，可以构造不同的函数来计算路网的熵，进而分析路网的结构特性。现有的熵计算方法大多只考虑网络特征的某一种，缺乏对路网整体结构特征的反映。

发明内容

本发明为了改善现有的网络熵计算方法没有把网络局部属性和全局属性结合起来的问题，提出了一种基于最短路径的城市道路交通网络熵计算方法，通过计算路网各交叉口间的最短路径和最短路径长度(即最短路径经过路段的数目)，算出路段上的平均权值，构造不同最短路径长度下的平均权值集合，根据信息熵的公式来计算各最短路径长度下交通路网的熵。该方法主要依靠的是节点的强度和网络中最短路径这两个性质，节点强度考虑了节点的近邻数，又考虑了该节点和近邻之间的权重，是该节点局域信息的综合体现；最短路径是网络的全局统计量，体现了网络的整体结构特征。本方法将二者结合起来，计算出的网络熵能更准确地反映城市道路网络性质。

本发明具体采用以下技术方案：

该系统包括动态交通路网建模模块，其根据城市道路交通路网拓扑结构数据和实时动态交通流数据，建立以交叉口为点、路段为边、路段上的车流量为权值的动态路网模型；最短路径集合构造模块，其计算各节点对间的最短路径和最短路径经过边的数目，算出边上的平均权值；道路交通网络熵计算模块，将每条最短路径的的平均流量除以所有最短路径的平均流量之和记为公式中的概率，计算出不同路径长度下的网络路网熵。

该方法包括如下步骤：

1)计算各交叉口间经过路段数最少的路径，即为交叉口间的最短路径d_ij(i 和j为交叉口编号，d_ij为储存最短路径经过的路段编号的集合)；

2)将最短路径各路段上的流量相加，得到各条最短路径上的流量之和f_ij；

3)计算最短路径长度，所述最短路径长度为最短路径经过路段的数目l_ij；

4)将最短路径上的流量之和除以最短路径长度，得到每条最短路径上的平均流量：

5)将长度相同的最短路径放在一个集合里，把各集合里最短路径上的平均流量相加：

6)把集合里各最短路径的平均流量分别除以步骤5)中算出的平均流量之和，作为概率，根据所述概率计算路网的熵E^l,

E^l＝∑p_ij·log₂ p_ij,

其中，

本发明具有如下有益效果：

(1)以道路流量监测数据为基础，具有可计算性；

(2)路网中各交叉口间的最短路径，体现了路网固有的结构特性；