本發(fā)明涉及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和交通路網(wǎng)復(fù)雜性評(píng)價(jià)領(lǐng)域，特別涉及一種基于最短路徑的城市交通道路網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

城市交通道路網(wǎng)絡(luò)是影響城市發(fā)展和城市交通的一個(gè)重要因素，路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了路網(wǎng)的許多性質(zhì)，而熵是一個(gè)可以度量網(wǎng)絡(luò)有序性的物理量，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越有序，熵越低。目前網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算方法大致可分為兩類(lèi)，一類(lèi)基于信息論，另一類(lèi)側(cè)重反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，通過(guò)路網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)度、介數(shù)、最短路徑長(zhǎng)度等性質(zhì)，可以構(gòu)造不同的函數(shù)來(lái)計(jì)算路網(wǎng)的熵，進(jìn)而分析路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特性?，F(xiàn)有的熵計(jì)算方法大多只考慮網(wǎng)絡(luò)特征的某一種，缺乏對(duì)路網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)特征的反映。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了改善現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算方法沒(méi)有把網(wǎng)絡(luò)局部屬性和全局屬性結(jié)合起來(lái)的問(wèn)題，提出了一種基于最短路徑的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算方法，通過(guò)計(jì)算路網(wǎng)各交叉口間的最短路徑和最短路徑長(zhǎng)度(即最短路徑經(jīng)過(guò)路段的數(shù)目)，算出路段上的平均權(quán)值，構(gòu)造不同最短路徑長(zhǎng)度下的平均權(quán)值集合，根據(jù)信息熵的公式來(lái)計(jì)算各最短路徑長(zhǎng)度下交通路網(wǎng)的熵。該方法主要依靠的是節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和網(wǎng)絡(luò)中最短路徑這兩個(gè)性質(zhì)，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度考慮了節(jié)點(diǎn)的近鄰數(shù)，又考慮了該節(jié)點(diǎn)和近鄰之間的權(quán)重，是該節(jié)點(diǎn)局域信息的綜合體現(xiàn)；最短路徑是網(wǎng)絡(luò)的全局統(tǒng)計(jì)量，體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)特征。本方法將二者結(jié)合起來(lái)，計(jì)算出的網(wǎng)絡(luò)熵能更準(zhǔn)確地反映城市道路網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

該系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)交通路網(wǎng)建模模塊，其根據(jù)城市道路交通路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通流數(shù)據(jù)，建立以交叉口為點(diǎn)、路段為邊、路段上的車(chē)流量為權(quán)值的動(dòng)態(tài)路網(wǎng)模型；最短路徑集合構(gòu)造模塊，其計(jì)算各節(jié)點(diǎn)對(duì)間的最短路徑和最短路徑經(jīng)過(guò)邊的數(shù)目，算出邊上的平均權(quán)值；道路交通網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算模塊，將每條最短路徑的的平均流量除以所有最短路徑的平均流量之和記為公式中的概率，計(jì)算出不同路徑長(zhǎng)度下的網(wǎng)絡(luò)路網(wǎng)熵。

該方法包括如下步驟：

1)計(jì)算各交叉口間經(jīng)過(guò)路段數(shù)最少的路徑，即為交叉口間的最短路徑dij(i和j為交叉口編號(hào)，dij為儲(chǔ)存最短路徑經(jīng)過(guò)的路段編號(hào)的集合)；

2)將最短路徑各路段上的流量相加，得到各條最短路徑上的流量之和fij；

3)計(jì)算最短路徑長(zhǎng)度，所述最短路徑長(zhǎng)度為最短路徑經(jīng)過(guò)路段的數(shù)目lij；

4)將最短路徑上的流量之和除以最短路徑長(zhǎng)度，得到每條最短路徑上的平均流量：

5)將長(zhǎng)度相同的最短路徑放在一個(gè)集合里，把各集合里最短路徑上的平均流量相加：

6)把集合里各最短路徑的平均流量分別除以步驟5)中算出的平均流量之和，作為概率，根據(jù)所述概率計(jì)算路網(wǎng)的熵e^l,

e^l＝∑pij·log2pij,

其中，

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)以道路流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，具有可計(jì)算性；

(2)路網(wǎng)中各交叉口間的最短路徑，體現(xiàn)了路網(wǎng)固有的結(jié)構(gòu)特性；

(3)充分考慮了交通路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性，以車(chē)流量為網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型能夠準(zhǔn)確反映路網(wǎng)動(dòng)態(tài)特征；

(4)網(wǎng)絡(luò)熵的計(jì)算不是只考慮了交叉口或路段，通過(guò)計(jì)算路網(wǎng)中個(gè)交叉口間的最短路徑和這些最短路徑上的平均權(quán)值來(lái)計(jì)算熵，更能夠體現(xiàn)路網(wǎng)局部和整體的結(jié)構(gòu)特征；

(5)基于最短路徑的網(wǎng)絡(luò)熵能夠有效地反映路網(wǎng)的復(fù)雜性和最短路徑長(zhǎng)度之間的關(guān)系；

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明方法主要流程圖。

圖2為城市道路交通網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算流程圖。

圖3為最短路徑的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參照?qǐng)D1，一種基于最短路徑的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算方法，主要分為三個(gè)層次：動(dòng)態(tài)交通路網(wǎng)建模模塊103、不同路徑長(zhǎng)度下的最短路徑集合構(gòu)造模塊102、基于最短路徑的道路交通網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算模塊101。三個(gè)部分具有逐級(jí)支撐關(guān)系，即動(dòng)態(tài)路網(wǎng)模型為最短路徑矩陣的構(gòu)造提供平臺(tái)，最短路徑矩陣為交通道路網(wǎng)絡(luò)熵的計(jì)算提供了依據(jù)。

動(dòng)態(tài)交通路網(wǎng)建模模塊，根據(jù)城市道路交通路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通流數(shù)據(jù)，建立以交叉口為點(diǎn)、路段為邊、路段上的車(chē)流量為權(quán)值的動(dòng)態(tài)路網(wǎng)模型；不同路徑長(zhǎng)度下的最短路徑集合構(gòu)造模塊，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)對(duì)間的最短路徑和最短路徑經(jīng)過(guò)邊的數(shù)目，算出邊上的平均權(quán)值；基于最短路徑的道路交通網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算模塊，借鑒信息熵的公式，將每條最短路徑的的平均流量除以所有最短路徑的平均流量之和記為公式中的概率，計(jì)算出不同路徑長(zhǎng)度下的網(wǎng)絡(luò)路網(wǎng)熵。

所述動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型描述如下：任何一個(gè)城市道路交通網(wǎng)絡(luò)都可以描述為以下形式：

g＝(v,e,w),

其中，g為要建模的交通網(wǎng)絡(luò)，v＝{v1,v2,v3…vn,}為交通網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)集合(n為節(jié)點(diǎn)數(shù))，e＝{wij|i,j∈v}為交通網(wǎng)絡(luò)中邊的集合(wij為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j直接相連的邊上的權(quán)值)，權(quán)值w定義為路段上的車(chē)流量，來(lái)自實(shí)時(shí)道路交通監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

所述基于最短路徑的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)熵計(jì)算方法描述如下：

1)計(jì)算各交叉口間經(jīng)過(guò)路段數(shù)最少的路徑，即為交叉口間的最短路徑dij(i和j為交叉口編號(hào)，dij為儲(chǔ)存最短路徑經(jīng)過(guò)的路段編號(hào)的集合)；

2)將最短路徑各路段上的流量相加，得到各條最短路徑上的流量之和fij；

3)計(jì)算最短路徑的長(zhǎng)度，即最短路徑經(jīng)過(guò)路段的數(shù)目lij；

4)將最短路徑上的流量之和除以最短路徑長(zhǎng)度，得到每條最短路徑上的平均流量：

5)將長(zhǎng)度相同的最短路徑放在一個(gè)集合里，把各集合里最短路徑上的平均流量相加；

6)把集合里各最短路徑的平均流量分別除以上一步算出的平均流量之和，作為概率，再應(yīng)用香農(nóng)信息熵的公式計(jì)算路網(wǎng)的熵,

e^l＝∑pij·log2pij,

其中，

參照?qǐng)D2，交通流數(shù)據(jù)和路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)201為動(dòng)態(tài)交通路網(wǎng)的建模202提供了支撐；在動(dòng)態(tài)交通路網(wǎng)203之上，實(shí)現(xiàn)了最短路徑上的流量和與最短路徑長(zhǎng)度的計(jì)算203，計(jì)算各條最短路徑的平均流量204，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同最短路徑長(zhǎng)度下交通路網(wǎng)的熵計(jì)算205。

參照?qǐng)D3，301表示整個(gè)路網(wǎng)；302是路網(wǎng)的交叉口和路段數(shù)據(jù)，v表示交叉口，e表示路段，w表示路段上的流量；303表示路網(wǎng)中各交叉口之間的最短路徑，dij是交叉口i到交叉口j的最短路徑經(jīng)過(guò)的路段的集合；304表示最短路徑長(zhǎng)度的集合，集合中有多少個(gè)不同的值，最終就構(gòu)造多少個(gè)基于最短路徑的平均流量集合，計(jì)算多少個(gè)網(wǎng)絡(luò)熵；305表示每條最短路徑上的流量之和；306表示每條最短路徑上的平均流量；307表示最短路徑長(zhǎng)度為l的所有最短路徑的平均流量集合；308表示在最短路徑長(zhǎng)度為l下，集合中元素占所有平均流量之和的概率；309表示用信息熵公式計(jì)算最短路徑長(zhǎng)度為l時(shí)的路網(wǎng)熵。