[发明专利]一种基于引力场理论的路径选择方法

说明书

该发明公开了一种基于引力场理论的路径选择方法，属于智能交通系统技术领域，特别是涉及路网通行效率优化及节点失效控制领域。在交通路网传递车流量时，节点上的车辆是受到其他节点的引力作用，这个引力大小取决于节点间的距离、节点的拥塞程度以及节点的介中心性。在这样的思想下，在传输过程中的每个时间步，所有车辆都受到动态变化的引力作用，其传递路径也由动态变化的引力场决定。本方法提出的基于引力场的路径选择策略通过调节引力场数学模型来控制交通流的传输，能够在重要节点得到有效利用的同时，避开利用率过高的重要节点，达到提高传输容量和缓解拥堵情况的目的。

技术领域

本发明涉智能交通系统技术领域，特别是涉及一种基于复杂网络理论与引力场理论的路网通行效率优化及节点失效控制领域。

背景技术

在道路网络中，交通拥塞是一种常见的、复杂的复杂网络动力学现象。交通拥塞在网络结构中表现为节点或边的失效，导致其承载的交通流在失效的节点处由自由传播态转变为拥塞态。研究认为，在交通路网结构固定不变的情况下，交通拥塞的产生是由当前采用的网络路由策略决定的，使用传输性能越低的路由策略导致出现拥塞甚至网络崩溃的几率越大，其中最短距离思想下的路由策略最易造成重要节点失效。J.Wu,C.K.Tse andF.C.M.Lau,Effective routing algorithms based on node usage probability froma complex network perspective,提出了基于节点使用概率，均衡节点利用率的路由算法。Bai Y,Han D D,Tang M.Multi-priority Routing Algorithm Based on Source NodeImportance in Complex Networks[J].提出了基于节点分类，缓解hub节点拥塞的路由算法。智慧交通中采集道路车流数据的方式目前已有很多，如使用地磁传感器、视频的方式，都能实时获取道路车流量，但目前交通复杂网络路由算法的研究均专注于网络本身，没有信-物的结合，道路真实情况如当前空闲率等重要指标没有考虑在路由算法中，导致其路由算法缺少实用性。

发明内容

针对背景技术中的所有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于复杂网络的信物结合的动态路由算法，缓解网络拥塞，提高网络传输容量和效率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于引力场理论的路径选择方法，该方法包括：

步骤1：建立路网模型，具体包括：

根据现实城市道路拓扑结构，抽象出一个交通路网，实施方式为：将路口抽象为节点，将道路抽象为边，结合现实道路情况如车道数使用主观赋权法，设置节点传输能力c_i；

步骤2：计算网络节点的介中心性；

对步骤1中生成的路网模型，计算其节点的介中心性指标，节点i的介中心性为b_i：

其中，p(s,t)为节点s与节点t之间的最短路径数，p(s,t|i)为节点s与节点t之间经过节点i的最短路径数，V表示所有节点的集合；介中心性是衡量最短距离路由策略下节点利用率的重要指标，也是引力公式中重要的参数；

步骤3：配置流量模型，具体包括；

模拟交通流在路网模型中的传播状态，每个时间点都向路网模型中添加任务，给定起点s和目的地t，交通流根据设计的路由策略向目的地传播，到达目的地后任务完成；

步骤4：采集道路信息，获取节点空闲率h_i；

计算节点空闲h_i，当节点完全空闲时，h_i＝1，反之h_i＝0；

步骤5：获取当前节点v，其每个时间步可以传输任务个数c，目的地t；为节点v中的c个任务选取传输路径；