【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及交通工程及网络优化领域，特别涉及一种高原山区公路网络关键节点识别方法及系统装置。
技术介绍
1、随着现代化的快速推进，国家公路网已具有一定规模，但自然灾害多发、地理自然阻隔等重点区域公路网络仍需完善。公路网作为高原山区经济社会持续稳定发展的关键支撑，在该区域的交通运输体系中处于至关重要的位置。然而，因高原山区地形地貌的特殊性和路网结构的复杂性，节点的失效通常会对路网的局部连通度造成显著影响，严重时甚至导致整体连通性恶化，使得交通运输效能大幅下降。因此，对高原山区公路网络进行关键节点识别，对于提高整个网络的稳定性和安全性具有重要意义。
2、在研究分析公路网络时，学者们运用复杂网络理论进行公路网络建模，将公路网络抽象为拓扑网络模型，然后分析网络拓扑结构特性。刘瑞等利用中介中心性和网络效率等指标，对我国高速公路的网络结构特性进行了分析。张欣宇等基于复杂网络理论，对广西壮族自治区高速公路的拓扑结构进行了详细研究，揭示了度分布、聚类系数和网络中心性对公路网络连通性的影响。崔杨等构建西部地区公路网络的拓扑结构网络模型，采用度分布、平均路径长度和网络效率等复杂网络特性指标，定量分析了该区域公路网络的结构特性。
3、公路网络是一种现实交通网络，不仅网络结构具有复杂性，还受到交通属性的影响，如公路等级、通行能力和交通流量等。然而，传统模型往往忽略了公路网络中的交通属性。所以，考虑公路网络实际因素的模型、指标分析逐渐成为研究趋势。代洪娜等人在《考虑流量加权的高速公路网脆弱性研究》中基于传统路网拓扑结构建立以
4、近年来，许多学者针对公路网络重要节点也展开了大量的相关研究。吴丽娜等人在《省域高速公路网络连通可靠性:黑龙江省案例分析》中，结合网络连通性和可靠性等关键指标，对高速公路网络的节点重要度进行评估。王灵丽等人在《基于聚类算法的交通网络节点重要性评价方法研究》中分析随机森林算法对节点识别的适用性，通过构建道路交通无向加权网络模型，结合节点交通量和pr值等指标与改进的随机森林算法，计算加权网络节点的重要性。张贵兰在《基于节点综合重要度的城市道路交通网络相继拥堵疏散路径规划》中采用熵权法确定节点度、点权重及接近中心性等指标的权重，结合灰色系统评价与层次分析法综合评价公路网络节点的重要度。冯慧芳等人在《基于轨迹大数据的城市交通感知和路网关键节点识别》中，基于网页排名方法pagerank算法，通过对其改进为wnoderank以适用有向加权网络，对关键点进行识别研究。
5、目前将节点重要性评估和重要节点识别两者进行有效结合的研究还相对较少，多数识别方法对节点综合重要性的考虑仍十分欠缺。因此，考虑高原山区公路的网络结构和交通功能，建立关键节点重要性评价指标体系，结合基于主、客观组合确定的综合权重，本专利技术提出一种高原山区公路网络关键节点识别方法及系统装置，以应对现有技术的不足。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中在高原山区公路网络关键节点识别中存在的不足，如传统算法对地形复杂性和交通流量等多维度因素的考虑不充分，现有的关键节点识别方法通常依赖单一的网络结构指标或交通属性，主观权重和客观权重的确定往往缺乏科学性和合理性的问题。提供了一种高原山区公路网络关键节点识别方法及系统装置，通过引入多维度的关键节点评价指标体系，结合模糊层次分析法（fahp）和熵权改进的critic法科学确定主观权重和客观权重，并通过博弈论综合赋权法优化综合权重的确定，最终改进leaderrank算法实现高精度的关键节点识别，提升了高原山区公路网络的整体连通性和抗灾能力。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种高原山区公路网络关键节点识别方法，包括以下步骤：
4、s1、构建高原山区公路网络的拓扑结构模型，将网络中的节点和边进行抽象；
5、s2、建立关键节点的重要性评价指标体系，所述指标包括度中心性、中介中心性、接近中心性、行程时间权值和邻接节点通行时间度；
6、s3、结合主观权重和客观权重，计算网络中每个节点的综合权重；
7、s4、基于所述综合权重和改进后的leaderrank算法对网络中的关键节点进行识别和排序，具体包括：
8、s41、在所述网络中增加背景节点，并与所有其他节点建立双向连接；
9、s42、根据节点的综合权重初始化节点的值，并通过迭代计算获得节点lr值；
10、s43、根据所述lr值对所述节点进行识别和排序，获取关键节点；
11、s5、对识别出的所述关键节点进行仿真模拟测试。
12、优选地，步骤s1中的所述网络为无向有权网络模型，记为，其中表示节点的集合，n为节点总数，表示边的集合，m为连边总数，临接矩阵表示加权网络的权重分布，其中为节点i与节点j之间边的权值。通过将公路网络建模为无向有权网络模型，能够更加准确地反映网络中节点与连边的真实关系，使得关键节点识别的结果更加符合实际交通网络的结构。
13、其中步骤s2中所述度中心性的表达式为
14、
15、其中，表示所述网络中与节点i直接相连的其他节点数量。采用度中心性作为评价指标，可以有效量化节点在网络中的连接密度，高度中心性节点的识别能够帮助确定在网络中具有较高影响力的关键节点，从而更好地进行网络优化与规划。
16、所述中介中心性的表达式为
17、
18、其中，s和t为网络中的两个节点，且为节点s到节点t的最短路径数量；为节点s到节点t的最短路径中经过节点i的路径数量。通过中介中心性指标的使用，本专利技术能够评估节点在连接网络不同部分中的桥梁作用，有助于识别那些在信息流通与交通流量中起关键作用的节点，提升识别结果的科学性和准确性。
19、所述接近中心性的表达式为
20、
21、其中，为节点i与节点j之间最短路径长度。接近中心性的引入使得节点与其他节点的距离得以量化，这一指标有助于识别网络中那些在地理上和交通上处于中心位置的关键节点，进一步优化网络连通性。
22、所述行程时间权值的表达式为。行程时间权值作为评价指标，可以直接反映节点的交通功能，通过此指标的应用，本专利技术能够更精确地评估节点在实际公路网络中的重要性，进而优化交通流量管理。
23、所述邻接节点通行度的表达式为：
24、
25、其中，是节点i到节点j之间的行程时间权值。邻接节点通行时间度的使用增加了对节点周边交通流动性的考虑，使得节点的重要性评估更加全面，这有助于在复杂交通网络中识别出对整个网络运行至关本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，步骤S1中的所述网络为无向有权网络模型，记为，其中表示节点的集合，n为节点总数，表示边的集合，m为连边总数，临接矩阵表示加权网络的权重分布，其中为节点i与节点j之间边的权值。
3.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤S2中所述度中心性的表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤S2所述中介中心性的表达式为：
5.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤S2所述接近中心性的表达式为：，其中，为节点i与节点j之间最短路径长度。
6.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤S2所述行程时间权值的表达式为。
7.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤S2所述邻接节点通行
8.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤S3中主观权重通过模糊层次分析法确定，具体包括：构建决策层次结构、建立模糊判断矩阵并进行一致性检验，最后通过模糊综合评判计算得到各指标的主观权重；所述客观权重通过熵权改进的CRITIC法计算，包括数据无量纲化、波动性分析、冲突性分析、熵值计算和客观权重的确定，最终结合主观权重和客观权重通过博弈论综合赋权法确定网络中每个节点的综合权重。
9.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤S4所述LeaderRank算法的迭代计算公式为：，其中，为节点i在t时刻的LR值；为节点i的出度；表示网络中节点i与节点j的连接状态，当节点i有边指向节点i时，此时为1，否则为0；，其中，为节点i在时刻迭代达到收敛状态的LR值；为背景节点g在时刻的LR值；所述的迭代计算直到节点的LR值达到收敛状态为止。
10.一种基于改进LeaderRank的高原山区公路网韧性关键节点识别的系统装置，其特征在于，该系统装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，步骤s1中的所述网络为无向有权网络模型，记为，其中表示节点的集合，n为节点总数，表示边的集合，m为连边总数，临接矩阵表示加权网络的权重分布，其中为节点i与节点j之间边的权值。
3.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤s2中所述度中心性的表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤s2所述中介中心性的表达式为：
5.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤s2所述接近中心性的表达式为：，其中，为节点i与节点j之间最短路径长度。
6.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤s2所述行程时间权值的表达式为。
7.根据权利要求1所述的一种高原山区公路网络关键节点识别方法，其特征在于，其中步骤s2所述邻...
【专利技术属性】
技术研发人员：何云勇，高建平，杨昌凤，陈治宇，何恩怀，叶尚其，唐国汉，张乐，
申请(专利权)人：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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