一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法

1.一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：每间隔时间T1将车辆车牌号、车辆地理位置信息、车辆瞬时车速与广播时间作为车载终端数据包，广播给实时监测车辆所在路段的路侧设备；同时，通过实时监听车辆所在路段的路侧设备广播的路侧数据包；若车辆接收到从车辆所在路段的路侧设备广播来的路侧数据包，则进入步骤二；否则进入步骤三；
步骤二：将车辆接收到的路侧数据包转发给车载电子地图显示模块；车载电子地图显示模块根据路侧数据包中的应急疏散路径数据，将该疏散路径显示在车载电子地图上，或者更新电子地图上已经显示的本车辆疏散路径，然后，返回步骤一继续执行；
步骤三：路侧设备实时监听路侧设备所监测路段上全部车辆广播的车载终端数据包；
若接收到车载终端数据包，则进入步骤四；否则继续监听；
步骤四：根据接收到的车载终端数据包中车辆地理位置信息，查看车辆是否位于路侧设备监测的路段范围；若车辆未处于路侧设备监测的路段范围，则不对车辆的车载终端数据包进行处理；若车辆处于路侧设备监测的路段范围，则在车辆所在路段对应的车辆记录表中查看是否已经存在该车辆车牌号对应的记录；若不存在，则将车辆的车牌号、广播时间、车辆的地理位置信息、车辆的瞬时车速作为一条新的记录添加到车辆记录表中；若已存在，则通过车辆的车载终端数据包中广播时间、车辆的地理位置信息、车辆的瞬时车速更新车辆记录表中相应字段内容；
同时，路侧设备还实时监听网络后台服务器的最优疏散路径数据包；如果接收到最优疏散路径数据包，则将最优疏散路径数据包进行广播，之后继续监听最优疏散路径数据包；
若没有接收到最优疏散路径数据包，则继续监听；
步骤五：路侧设备每间隔时间T2根据路侧的路段车辆记录表数据，统计路段的车辆总数，并统计单位时间内流入该路段的车辆数；然后，将路段的车辆总数、单位时间内流入路段的车辆数、路侧设备ID、路段ID、统计时间A作为路段数据包，传输给网络后台服务器；
步骤六：路侧设备每间隔时间T3根据路侧设备监测路段的车辆记录表数据，将路侧设备所监测的全部路段构成一个局部交通网络区域，统计当前时刻局部交通网络区域内车辆总数，并将区域内车辆总数、路侧设备ID、区域ID、统计时间B作为区域数据包，传输给网络后台服务器；
步骤七：网络后台服务器接收各个路侧设备传输的路段数据包和区域数据包，根据路段数据包中记录的路段ID，在网络后台服务器的路段车辆流入率记录表中，用路段数据包中记录的数据将对应字段数据更新；在网络后台服务器的区域车辆统计记录表中，根据区域数据包中记录的数据将对应字段数据更新；
步骤八：若被监测交通网络中没有发生安全应急事件，则返回步骤七继续执行；若某一个或几个局部交通网络区域中发生安全应急事件，执行以下步骤：
(1)定义发生安全应急事件的局部交通网络区域为：危险区域；没有发生安全应急事件的局部区域为:安全区域；令危险区域总数为N，用i表示第i个危险区域，将i的所有取值的集合记为I；令安全区域总数为M，用j表示第j个安全区域，将j的所有取值的集合记为J；同时，用l表示第l条路段，l的所有取值的集合记为A；
(2)根据路段车辆流入率记录表中的数据，获得第l条路段上的车辆总数，记为nl，l∈A；
根据区域车辆统计记录表中的数据，获得第i个危险区域的车辆总数，记为Si，i∈I，并得到第j个安全区域内可容纳的最大车辆数，记为Cj，j∈J；根据所有路段车辆流入率记录表中的数据，获得单位时间驶出第i个危险区域的车辆数，记为ρi，i∈I；
(3)根据区域车辆统计记录表的数据，判断每一个危险区域内的车辆总数是否都大于S*；如果是，则继续执行步骤(4)；如果否，则结束；
(4)根据电子交通地图数据库，查询获得每一条路段的几何信息，包括：第l条路段的路段长度Ll，第l条路段的车道数Wl，l∈A；网络后台服务器根据道路交通设计标准，查询获得第l条路段的设计自由流车速 和设计交通流密度 且l∈A；
(5)根据所有路段的长度Ll， 利用Dijkstra算法搜索从每一个危险区域到达每一个安全区域的前K条行程距离最短的路径，K条行程距离最短的路径中每条路径用k表示，k取1到K；
(6)定义从第i个危险区域到达第j个安全区域的第k条最短路径总行程距离为 定义决策变量为 如果通过第k条最短路径将第i个危险区域内的车辆疏散到第j个安全区域，则 否则， 且i∈I，j∈J，k∈{1,2,…,K}；由此，进一步建立车辆应急疏散路径决策模型：
min:(O1)α×(O2)β×(O3)γ
式(1)中，ρi单位时间驶出第i个危险区域的车辆数,i∈I；O1为以最小化疏散车辆总行程距离为目标的目标函数，α表示目标函数O1的非负权重值，其根据具体应用情况设定，其取值范围为任意的正整数，如取α＝1；O2表示以最小化疏散车辆总行程时间为目标的目标函数，β表示目标函数O2的非负权重值，其根据具体应用情况设定，其取值范围为任意正整数，取β＝2；O3表示以最小化疏散路径拥堵概率为目标的目标函数，γ表示目标函数O3的非负权重值，其根据具体应用情况设定，其取值范围为任意的正整数，取γ＝1； 是与第i个危险区域相关的决策变量的等式约束方程，其中i∈I； 是与第j个安全区域相关的决策变量的不等式约束方程，其中j∈J；
上述O1、O2、O3的表达式为：
式(3)与式(4)中， 表示路段决策变量，如果通过第k条最短路径将第i个危险区域内的车辆疏散到第j个安全区域且该最短路径经过第l条路段，则 如果通过第k条最短路径将第i个危险区域内的车辆疏散到第j个安全区域且该最短路径不经过第l条路段，则 表示车辆在第l条路段上的最小旅行时间，其取值为 tl是
车辆在第l条路段上的期望旅行时间； 表示利用第k条最短路径将第i个危险区域内的车辆疏散到第j个安全区域导致第l条路段发生拥堵的概率值；
(7)通过遗传算法求解式(1)所述的车辆应急疏散路径决策模型，获得使目标函数取值最小化情况下的最优决策变量 和 的取值，i∈I，j∈J，l∈A，k∈{1,2,…,K}；然后，根据取值为1的最优决策变量 和 获得车辆从危险区域i疏散到安全区域j的最优路径
(8)将最优疏散路径 生成本次最优疏散路径的时间打包成最优疏散路径数据包，传输给第i个危险区域内所有路侧设备，且i∈I；
(9)根据广播最优疏散路径数据包的截止时间T判断是否停止广播本次求解得到的最优疏散路径数据包，如果是，则停止广播本次最优疏散路径数据包，然后返回步骤六继续执行，否则，继续广播本次最优疏散路径数据包；
(10)每一个危险区域内的路侧设备接收到由网络后台服务器传输来的最优疏散路径数据包，将该最优疏散路径数据包作为路侧数据包转广播给危险区域内的车载设备；
(11)危险区域内车辆接收到由路侧设备广播的路侧数据包，将该数据包传输给车载电子地图显示模块，车载电子地图显示模块将最优疏散路径显示在车载电子地图上。
2.如权利要求1所述的一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于：所述步骤(6)中，tl通过下述计算模型计算得到：
3.如权利要求1所述的一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于：所述步骤(6)中， 通过下述计算模型计算得到：
式中，ρl的取值为：
4.如权利要求1所述的一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于：所述步骤(7)中， 为：
且i∈I，j∈J。
5.如权利要求1所述的一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于：所述的时间间隔参数T1、T2和T3均为正整数，满足条件T16.如权利要求1所述的一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于：所述T1＝8秒、T2＝16秒、T3＝32秒。
7.如权利要求1所述的一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于：所述时间参数T＝600秒。
8.如权利要求1所述的一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于：所述S*为非负整数。
9.如权利要求1所述的一种基于车联网的道路交通网络应急疏散路径生成方法，其特征在于：所述S*＝2。

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