[发明专利]一种基于启发式算法的区域禁货道路划定方法

权利要求书

1.一种基于启发式算法的区域禁货道路划定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将研究区域确定为郊区城镇范围内的路网；

步骤二、采用原始法对区域路网进行解析，将路网中的交叉口抽象为点，数量为m，点集合为G，并为每个点赋予编号，范围从1到m；将相邻的两点之间路段抽象为直线段，数量为n，并为每条路段赋予编号(i,j)，其中i∈(1～m-1)，j∈(2～m)，ij；然后在解析完的抽象路网上任意选取两点作为货车的出发地A和目的地B；

步骤三、以人口密度作为计算依据，计算一辆货车行驶单位距离对不同用地类型产生的社会成本大小的评判值具体方法为：

第一步，首先统计出研究区域内所有用地类型，接着计算出每种用地类型范围内、某一工作日24小时内的平均人口密度，公式如下

D_f＝p_f/A_f

其中f∈(1～e)，e表示研究区域内所有用地类型个数；D_f表示第f种用地类型人口密度；p_f表示第f种用地类型范围内、某一工作日全天每一个小时末的总人口数统计之和；表示第f种用地类型范围内、全天第q个小时末总人口数，q∈(1～24)；A_f表示第f种用地类型面积；

第二步，将各类用地平均人口密度按从小到大顺序排序，并分别与各类用地平均人口密度中的最小值D_min进行比值，最后将比值结果全部四舍五入取正整数，作为一辆货车行驶单位距离对不同用地类型产生的社会成本大小的评判值最小取1；

步骤四、计算货车行驶在AB之间编号为(i,j)的路段上行驶产生的社会成本，公式如下：

其中表示货车k在编号为(i,j)的路段上行驶所产生的社会成本；表示编号为(i,j)的路段上第f种用地类型所占据的道路长度；

步骤五、计算货车运输成本，公式如下：

其中表示货车k在编号为(i,j)的路段上行驶所产生的运输成本；g表示货车单位距离运输成本；R_i,j表示路段(i,j)的长度；

步骤六、计算货车通行总成本，公式如下：

C_总＝C_社+C_运

其中C_总表示所有货车从出发地A行驶到目的地B所产生的总成本；C_社表示所有货车从出发地A行驶到目的地B所产生的社会成本；C_运表示所有货车从出发地A行驶到目的地B所产生的运输成本；h表示货车总数；

步骤七、基于启发式算法生成货车行驶路径方案，具体过程如下：

设定货车k(k＝1,2，...，h)在行驶过程中，根据各条路段上的信息量决定行驶方向；用禁忌表tabu_k(k＝1,2，...，h)记录货车当前已经过的点；表示货车k是否在路段(i,j)上行驶的概率；

其中，allowed_k＝{G-tabu_k}表示货车k下一步允许选择的点；α为信息式启发因子，α＝1；β为期望式因子，β＝4；τ_ij为路段(i,j)上的信息量，其表达式如下：

η_i,j为启发函数，其表达式如下：

步骤八、应用Wardrop系统最优原理将货车流量在步骤七中获得的路径方案中进行分配，寻找与路径方案中所有货车总的行驶时间最短的路径方案为最终选择的方案，然后计算出所有货车通行的总成本，所有货车总的行驶时间计算公式如下：

其中Z表示路网中所有货车总的行驶时间；Q_i,j表示路段(i,j)分配的货车流量；表示出发点A到目的地B之间第d条路径的流量；r表示步骤七计算得到的路径总数；t_i,j表示一辆货车在路段(i,j)的上的行驶时间，其表达式如下：

t_i,j,0表示货车在路段(i,j)自由行驶所需要的时间；c_i,j表示路段(i,j)的通行能力；表示路径-路段相关变量，其表达式如下：