城市网络交通突发事件应急方案

数字技术与应用应用研究网络交通突发事件应急方案聂聪安徽合肥230009)摘要:随着我国城市现代化水平的不断提高和经济的快速发展,交通供需矛盾日渐突出,道路交通网络十分脆弱,一旦发生突发事件,极易引发大面积交通拥堵甚至瘫痪,这将引发严重的社会危害。因此,研究突发事件下城市路网交通应急方案具有重要意义。本文在BA网络模型的基础上重现突发事件下的交通拥堵的形成过程,收集形成过程中产生的各项特征参数,分析交通拥堵的形成机理。最后,提出了应对突发事件下交通拥堵的交通路径策略,从而降低突发事件对网络交通的影响。关键词:突发事件交通拥堵无标度网络疏散路径策略中图分类号:TP316文献标识码:A文章编号:1007-9416(2014)04-0101-02目前我国的城市化和机动化过程已进入了快速发展时期,早晚高峰期间交通流量处于饱和甚至超饱和状态,道路交通网络十分脆弱,如果一旦发生突发事件,极易引发大面积交通拥堵甚至瘫痪,事件区域内人员很难在短时间撤离到安全区域,这将引发严重的社会危害。因此,研究突发事件下的城市交通拥堵疏散策略,对于保障社会的稳定和经济的发展有很大的现实意义。由于突发事件具有突发性和偶然性等特点,因此很难收集到大量的真实数据来为理论研究提供支持。随着计算机技术的应用与发展一些基于计算机仿真技术用于疏散管理方面。如:美国橡树岭国家实验室研究并开发了紧急疏散模拟系(OREMS),能够对突发事件年详细讨论了在规则网络、等级网络,小世界网络和无标度网络中的交通流状态从自由状态到堵塞状态的相变。Hu(胡茂彬)等人[4]在2007年发现网络节点容量有限的网络交通中的一级相变和迟滞现象,Hu(胡茂彬)等人[5]并在2009年详细讨论了不同结构的网络产生的迟滞现象。Tadic等人[6]在2004年提出了基于二阶邻居搜索路由策图1网络信息包数随时间变化情况略。最常见的路由策略为最短路径路由策略[2,3],但是在具有无标度特性的网络中使用最短路径路由传输信息包时,其网络的临界信息包产生率非常的小,网络非常容易发生堵塞。Echenique等人[7]在2004年提出的一种基于全局信息的混合路由策略。他们发现在使用图2网络临界信息包产生率随节点处理能力的变化情况图3网络临界信息包产生率随可调参数的变化情况基金项目:国家自然科学基金资助“城市道路低碳交通发展路径及关键”(71210107008/G0103)。作者简介:聂聪(1987-),男,安徽安庆人,合肥工业大学交通运输工程学院,硕士研究生。数字技术与应用应数字技术与应用该路由策略信息流的传输效率较传统的最短路径路由有明显的优势。Wang(王文旭)等人[8]在2006提出了基于局部信息的静态局部路由策略。在该路由中,信息包正比于邻居节点度概率的选择下一个传输节点。Yan(严刚)等人[9]于2006年提出了基于全局信息的有效路由策略,在该路由中,信息包传输选择的路径为节点度之和最小的那一条。Wang(王文旭)等人[10]在2006年提出了基于局部信息的动态混合路由策略。在该路由中,信息包在选择下一个传输节点时不仅考虑邻居节点的度,还考虑了邻居节点中的信息包排队长度。Chen等人[11]在2006年将Echenique等人的路由策略进行了改进,新策略能够更好地提高网络的传输效率。本文通过在复杂网络模型上研究突发时间下城市交通拥堵的特征参数,提出了一个比较合理的交通疏散路径策略模型,使整个交通生率提高,网络信息包(车辆)传送时间缩短,从而交通拥堵能在较短的时间得到疏散。该方案将大大减少突发事件对正常城市交通及居民生活出行的影响,将事件造成的经济损失及社会不良影响降到最低程度,保障社会稳定发展。交通动力学模型交通动力学模型如下:每个时间步,向网络中加入R个信息包,每个信息包随机选取起始节点和目的地节点。规定每个节点处C,Ci=ki,其中ki为节点i的度,即每个时间步内一个节点向其邻居节点能传送的最大信息包数目为ki。根据突发事件的程度不同,改变网络中某个度大节点的最大传输信息包数,使其降FIFO)的规则依次发出。每个时间步,信息包对其邻居节点进行搜索,如果搜索到目的地节点,该信息包将直接传送到目的地节点并从网络中删除;否则,该信息包随机选择下一个邻居节点进行传输。如何度量网络信息包传输能力,我们一般用临界信息包产生率ccR来度量。网络交通状态会在临界信息包cc到堵塞状态的连续相变。在自由流状态中,每个时间步新加入的信息包能及时到达目的地,因而网络信息包总数趋于稳定。而在堵塞状态中,不断加入的信息包中,仅有一小部分信息包可以到达目的地节点,因此网络中信息包数目不断增加,最终导致整个网络发生]:其中,指时间内系统中信息包数于自由稳定状态,相应的序参数取值为零。在时,网络信息包数目随着时间在不断地增加,这时序参数取值大于零。本节对网络突发事件给网络交通所造成的影响进行模拟分析,Nk1可看到,当节点处理能力没有降低时,即c%=0%。在R取值为32时,随着时间步的增加,网络的信息包总数稳定在某一值附近,这时网络交通处在自由流状态。而当R=33时,可以看到,网络中的信息包总数随着时间步急剧上升,这说明新加入的信息包只有少数能到达目的地节点,大部分信息包堆积在网络中,随着时间步的增加,网络中信息包会越聚越多,此时网络中的交通处于堵塞状态。从中可以得出在无标度网络中使用局部信息路由随机行走模型,临界信息包产生率Rc=32。下面依次对不同程度的突发事件情况进行模拟。当节点最大传送信息包数降低10%,即,c%=10%得出Rc=31;当节点最大传送信息包数降低20%,即c%=20%,Rc=27;当节点最大传送信息包数降低30%,即c%=30%,Rc=24;当节点最大传送信息包数降低40%,即c%=40%,Rc=20当节点最大传送信息包数降低50%,出,随着节点最大传送信息包数的降低,网络传输能力会大大降低。下网络交通拥堵疏散策略由于网络节点处理能力降低,网络总的信息包传输能力降低,此时我们需要寻找更优更适合的交通网络路由策略来适应于此时网络所发生的突发情况。由于在原来策略中,网络信息包对节点的选择带有随机性,从而导致信息包在节点的选择性不带有主动性,基于此种情况,我们将改用信息包选择偏好性路由策略来提高信息包在网络节点选择上的主动性。所改变的新网络交通路由模型的规则如下:每一个时间步网络中产生R个信息包,这R个信息包随机的选择源点和目的地节点。每一个节点在每一个时间步最多可以向其邻居节点传送Ci个信息包,Ci=ki。每个节点对其邻居节点执行局部搜索。如果在其搜索范围内发现了信息包的目的地节点,则该信息包被直接送达目的地节点中;否则,就以如下概率传送到一个邻居节点去:P=kk(3.1)知,当议>0时,信息包在选择下一个传输节点时,度大的邻居节点被选择的概率较大;相反,当议<0时,度较小的邻居节点被选择的概率较大;当议=0时,该模型退化为随机行走模型。在此种模型中,我们仅考虑节点最大传送信息包数降低50%的情况,所得模拟情况见图3,从图中可以看出在议=(2,2)区间内,网络临界信息包产生率Rc先逐渐上升,在议=0.2处达到峰值Rc=22,然后又逐渐下降。在议=0.2时,网络传输能力达到最大。对比之前节点最大传送信息包数降低50%,即议=0时,网络传输能力得到提高。本文研究了网络在突发事件下的交通概况,模拟分析出突发