山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法、装置以及电子设备与流程

1.本公开涉及公路技术领域，尤其涉及一种山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法及装置。


背景技术：

2.随着人口迅速增长和全球气候变暖增加了自然灾害的频率和强度，韧性交通建设的紧迫性日益凸显。为适应以及应对气候变化、自然灾害等环境因素影响，各个国家积极打造韧性交通。
3.而目前山区公路地质灾害频繁，一旦重要路段被滑坡掩埋或者被泥石流冲断道路，甚至导致交通瘫痪，道路救援难以施展。公路网网络系统复杂，公路网韧性评价指标多，各指标间相互影响，导致无法对公路网韧性进行评价。


技术实现要素：

4.提供该公开内容部分以便以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。该公开内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的目标特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
5.本公开实施例提供了一种山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法及确定装置，该方法能够对公路网韧性进行定量分析，确定公路网韧性值，有利于既有设施进行改扩建和升级改造，加强对另辟新线扩容的规划管理。
6.第一方面，本公开实施例提供了一种山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法，所述方法包括：确定目标公路网的各公路交汇点，各相邻公路交汇点之间构成公路路段，以公路交汇点为点，以公路路段视为边，以断面车流量进行加权，确定公路网模型；基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型，设定公路网服务质量阈值并动态调整阈值至出现巨大节点集群的临界阈值，确定影响交通网络畅通的目标路段；基于影响交通网络畅通的各目标路段的抗扰性指标、适应性指标、恢复指标确定各目标路段的指标韧性度；基于各目标路段的指标韧性度确定公路网韧性值。
7.结合第一方面的实施例，在一些实施例中，所述公路网拓扑网络模型，具体为：式1其中，v代表点集，e代表边集，w代表权值集。
8.结合第一方面的实施例，在一些实施例中，基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型具体为：基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型，其中，公路网服务质量模型为：
式2=式3式中，为指定时段内d内公路网服务质量指标集合；为时段d下公路路段mn内公路网服务质量指标；为公路路段mn的车辆平均速度，为时间段d内公路路段mn的车流量。
9.结合第一方面的实施例，在一些实施例中，为公路交汇点m、n之间的车辆行驶速度，为时间段d内公路交汇点m、n之间的车流量，具体为：公路路段mn的车辆行驶速度为式4式中，lmn为公路路mn距离，t_mn为公路路段mn通行时间；时间段d内公路交汇点m、n之间的车流量为式5式中，q
(mn,d,1)
为时间段d内公路路段mn上车的车流量；q
(mn,d,2)
为时间段d内公路路段mn下车的车流量；得出：式6将各公路路段数据代入，获得各路段，将对应集合赋予网络模型作为边权。
10.结合第一方面的实施例，在一些实施例中，设定公路网服务质量阈值并动态调整阈值至出现巨大节点集群的临界阈值，确定影响交通网络畅通的目标路段，具体为：设定公路网服务质量阈值，并获得各公路路段的交通状态；动态调整阈值至出现巨大节点集群的临界阈值，公路网全网络畅通，公路网服务质量达到最高，当略微增大临界阈值时，全网络畅通转变为局部畅通，此时由畅通路段转变为拥挤路段的公路路段即为目标路段。
11.结合第一方面的实施例，在一些实施例中，基于影响交通网络畅通的各目标路段的抗扰性指标、适应性指标、恢复指标确定各目标路段的指标韧性度，包括基于潜在灾害体的规模、灾害发生的影响范围、潜在灾害体发生的概率确定各目标路段的抗扰性指标，抗扰性指标计算公式：式7式中，为目标路段mn的抗扰性指标，为目标路段mn的潜在灾害体的规模表征系数，灾害体的规模为巨型，取0.2；灾害体的规模为大型，取0.4；灾害体的规模为小型，取0.6；无灾害体，取1.0；为公路路段mn中受到干扰的路段长度，为潜在灾
害体发生的概率；基于各目标路段的平均车速确定各目标路段的适应性指标，适应性指标计算公式：式8式中，为目标路段mn的抗扰性指标；基于各目标路段受到破坏，由较低车速恢复正常车速的时间确定恢复性指标，恢复性指标计算公式：式9式中，为目标路段mn的恢复性指标；基于层次分析法确定抗扰性指标、适应性指标以及恢复性指标的初始权重；基于目标公路网的运营信息确定影响各目标路段出现交通拥挤状态的影响指标以及指标重要性，获取每个指标的百分占比，归一化处理后获得指标的经验权重；基于指标的初始权重以及经验权重，根据熵权法确定动态权重，动态权重计算公式：式10式中：为第个指标第次更新后的动态权重；为第个指标第次更新的熵权；为动态权重更新次数，为第个指标初始权重；为第个指标经验权重；基于抗扰性指标、适应性指标、恢复性指标以及对应的动态权重，确定各指标的韧性度，即抗扰性韧性度、适应性韧性度以及恢复性韧性度，韧性度为指标值与其对应的动态权重的乘积。
12.结合第一方面的实施例，在一些实施例中，基于各目标路段的指标韧性度确定公路网韧性值，对各目标路段抗扰性韧性度、适应性韧性度以及恢复性韧性度进行正向化处理，建立以o为原点的三维坐标系，分别将抗扰性指标韧性度、适应性指标韧性度、恢复指标韧性度投射至三维坐标系，获得的目标路段的向量模长即为该公路网的韧性值。
13.第二方面，本公开实施例提供了，所述装置包括：构建模型单元，所述模型单元用于确定目标公路网的各公路交汇点，各相邻公路交汇点之间构成公路路段，以公路交汇点为点，以公路路段视为边，以断面车流量进行加权，确定公路网模型；确定目标单元，所述确定目标单元用于，基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型，设定公路网服务质量阈值并动态调整阈值至出现巨大节点集群的临界阈值，确定影响交通网络畅通的目标路段；求解单元，所述求解单元用于基于影响交通网络畅通的各目标路段的抗扰性指标、适应性指标、恢复指标确定各目标路段的指标韧性度；
确定单元，所述确定单元用于基于各目标路段的指标韧性度确定公路网韧性值。
14.结合第二方面的实施例，在一些实施例中，基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型具体为：基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型，其中，公路网服务质量模型为：式2=式3式中，为指定时段内d内公路网服务质量指标集合；为时段d下公路路段mn内公路网服务质量指标；为公路路段mn的车辆平均速度，为时间段d内公路路段mn的车流量。
15.第三方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当上述一个或多个程序被上述一个或多个处理器执行，使得上述一个或多个处理器实现如第一方面上述的山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法。
16.本公开实施例提供的山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法，该方法能够对公路网韧性进行定量分析，首先从公路网各路段确定影响公路网运营的核心路段作为目标路段，重点考虑目标路段的指标韧性度，通过各目标路段的指标韧性度间接确定公路网韧性值，该方法能够从公路网侵扰的本质入手，摒弃非目标路段的影响，基于渗流原理入手，合理确定目标路段，简化公路网评价形式，以目前运营的各目标路段的影响因素作为评价指标，综合确定公路网的韧性值，该韧性值利于既有设施进行改扩建和升级改造，加强对另辟新线扩容的规划管理。
附图说明
17.结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。
18.图1是根据本公开的山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法的一个实施例的流程图；图2是根据本公开实施例提供的电子设备的基本结构的示意图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
20.应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
21.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
22.需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
23.需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
24.本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
25.请参考图1，其示出了根据本公开的山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法的一个实施例的流程。该山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法，可以应用于公路网韧性评价，但是并不进行限定。如图1所示，该山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法包括以下步骤：步骤101，确定目标公路网的各公路交汇点，各相邻公路交汇点之间构成公路路段，以公路交汇点为点，以公路路段视为边，以断面车流量进行加权，确定公路网模型（即公路网拓扑网络模型）在这里，公路网拓扑网络模型，具体为：式1其中，v代表点集，e代表边集，w代表权值集。
26.步骤102，基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型，设定公路网服务质量阈值并动态调整阈值至出现巨大节点集群的临界阈值，确定影响交通网络畅通的目标路段。
27.在这里，其借助渗流理论设定公路网服务质量阈值，当进行动态调整阈值时，如果出现巨大节点集群的临界阈值即拥堵路段。
28.基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型具体为：基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型，其中，公路网服务质量模型为：式2=式3式中，为指定时段内d内公路网服务质量指标集合；为时段d下公路路段mn内公路网服务质量指标；为公路路段mn的车辆平均速度，为时间段d内公路路段mn的车流量。
29.其中，为公路交汇点m、n之间的车辆行驶速度，为时间段d内公路交汇点m、n之间的车流量，具体为：公路路段mn的车辆行驶速度为
式4式中，lmn为公路路mn距离，t_mn为公路路段mn通行时间；时间段d内公路交汇点m、n之间的车流量为式5式中，q
(mn,d,1)
为时间段d内公路路段mn上车的车流量；q
(mn,d,2)
为时间段d内公路路段mn下车的车流量；得出：式6将各公路路段数据代入，获得各路段，将对应集合赋予网络模型作为边权。
30.进一步地，设定公路网服务质量阈值并动态调整阈值至出现巨大节点集群的临界阈值，确定影响交通网络畅通的目标路段，具体为：设定公路网服务质量阈值，并获得各公路路段的交通状态；动态调整阈值至出现巨大节点集群的临界阈值，公路网全网络畅通，公路网服务质量达到最高，当略微增大临界阈值时，全网络畅通转变为局部畅通，此时由畅通路段转变为拥挤路段的公路路段即为目标路段。
31.步骤103，基于影响交通网络畅通的各目标路段的抗扰性指标、适应性指标、恢复指标确定各目标路段的指标韧性度。
32.在这里，包括基于潜在灾害体的规模、灾害发生的影响范围、潜在灾害体发生的概率确定各目标路段的抗扰性指标；基于各目标路段的平均车速确定各目标路段的适应性指标；基于各目标路段受到破坏，由较低车速恢复正常车速的时间确定恢复性指标；基于层次分析法确定抗扰性指标、适应性指标以及恢复性指标的初始权重；基于目标公路网的运营信息确定影响各目标路段出现交通拥挤状态的影响指标以及指标重要性，获取每个指标的百分占比，归一化处理后获得指标的经验权重；基于指标的初始权重以及经验权重，根据熵权法确定动态权重；基于抗扰性指标、适应性指标、恢复性指标以及对应的动态权重，确定各指标的韧性度，即抗扰性韧性度、适应性韧性度以及恢复性韧性度。
33.示例性地，抗扰性指标计算公式：式7式中，为目标路段mn的抗扰性指标，为目标路段mn的潜在灾害体的规模表征系数，灾害体的规模为巨型，取0.2；灾害体的规模为大型，取0.4；灾害体的规模为小型，取0.6；无灾害体，取1.0；为公路路段mn中受到干扰的路段长度，为潜在灾害体发生的概率；适应性指标计算公式：
式8式中，为目标路段mn的抗扰性指标，取恢复性指标计算公式：式9式中，为目标路段mn的恢复性指标。
34.动态权重计算公式：式10式中：为第个指标第次更新后的动态权重；为第个指标第次更新的熵权；为动态权重更新次数，为第个指标初始权重；为第个指标经验权重。
35.韧性度为指标值与其对应的动态权重的乘积。
36.步骤104，基于各目标路段的指标韧性度确定公路网韧性值。
37.在这里，对各目标路段抗扰性韧性度、适应性韧性度以及恢复性韧性度进行正向化处理，建立以o为原点的三维坐标系，分别将抗扰性指标韧性度、适应性指标韧性度、恢复指标韧性度投射至三维坐标系，获得的目标路段的向量模长即为该公路网的韧性值。
38.本公开实施例提供的山区公路灾害路段抗灾韧性计算方法，该方法能够对公路网韧性进行定量分析，首先从公路网各路段确定影响公路网运营的核心路段作为目标路段，重点考虑目标路段的指标韧性度，通过各目标路段的指标韧性度间接确定公路网韧性值，该方法能够从公路网侵扰的本质入手，摒弃非目标路段的影响，基于渗流原理入手，合理确定目标路段，简化公路网评价形式，以目前运营的各目标路段的影响因素作为评价指标，综合确定公路网的韧性值，该韧性值利于既有设施进行改扩建和升级改造，加强对另辟新线扩容的规划管理。
39.进一步，作为对上述各图所示方法的实现，本公开提供了一种山区公路灾害路段抗灾韧性计算装置，该装置实施例与图1所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。
40.本实施例的山区公路灾害路段抗灾韧性计算装置包括：构建模型单元，所述模型单元用于确定目标公路网的各公路交汇点，各相邻公路交汇点之间构成公路路段，以公路交汇点为点，以公路路段视为边，以断面车流量进行加权，确定公路网模型；确定目标单元，所述确定目标单元用于，基于公路路段车辆平均速度、公路路段车流量确定公路网服务质量模型，设定公路网服务质量阈值并动态调整阈值至出现巨大节点集群的临界阈值，确定影响交通网络畅通的目标路段；求解单元，所述求解单元用于基于影响交通网络畅通的各目标路段的抗扰性指标、适应性指标、恢复指标确定各目标路段的指标韧性度；
确定单元，所述确定单元用于基于各目标路段的指标韧性度确定公路网韧性值。
41.下面参考图2，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、pda（个人数字助理）、pad（平板电脑）、pmp（便携式多媒体播放器）、车载终端（例如车载导航终端）等等的移动终端以及诸如数字tv、台式计算机等等的固定终端。图2示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
42.如图2所示，电子设备可以包括处理装置（例如中央处理器、图形处理器等）201，其可以根据存储在只读存储器（rom）202中的程序或者从存储装置208加载到随机访问存储器（ram）203中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram203中，还存储有电子设备200操作所需的各种程序和数据。处理装置201、rom202以及ram203通过总线204彼此相连。输入/输出（m/o）接口205也连接至总线204。
43.通常，以下装置可以连接至m/o接口205：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置206；包括例如液晶显示器（lcd）、扬声器、振动器等的输出装置207；包括例如磁带、硬盘等的存储装置208；以及通信装置202。通信装置202可以允许电子设备与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图2示出了具有各种装置的电子设备，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
44.特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置209从网络上被下载和安装，或者从存储装置208被安装，或者从rom202被安装。在该计算机程序被处理装置201执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
45.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如nava、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
46.附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令
的组合来实现。
47.描述于本公开实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，模块的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
48.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列（fpga）、专用集成电路（asmc）、专用标准产品（assp）、片上系统（soc）、复杂可编程逻辑设备（cpld）等等。
49.在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦除可编程只读存储器（eprom或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（cd-rom）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
50.以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
51.此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
52.尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。