一種基于移動終端的干線綠波協(xié)調(diào)效果評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通領(lǐng)域，涉及一種智能、便攜的干線綠波協(xié)調(diào)效果評估方法，利 用智能終端采用綠波協(xié)調(diào)效果評估算法，實(shí)現(xiàn)單車行駛過程中在線繪制軌跡時空圖并實(shí)時 輸出評估指標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能終端平臺的快速發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪袑π畔⒌墨@取越來越依賴于諸如 手機(jī)等智能移動終端平臺。在交通領(lǐng)域也是如此，現(xiàn)在各個國家都在為構(gòu)建智能交通網(wǎng)絡(luò) 和智慧城市不懈的努力。干線綠波協(xié)調(diào)作為智能交通領(lǐng)域中較為成熟的一項(xiàng)技術(shù)，在全世 界各大城市中都得到了較為成熟的運(yùn)用和推廣，然而并沒有一種利用智能終端平臺對綠波 協(xié)調(diào)路段做出實(shí)時在線評估的方法。目前，應(yīng)用于干線綠波協(xié)調(diào)效果評估的常用方法主要 有人工調(diào)研、單車測試以及浮動車等三種方式。
[0003] 人工調(diào)研，主要是通過調(diào)用大量的人力物力在實(shí)際路段進(jìn)行調(diào)查工作，其實(shí)施過 程分為三個階段：第一個階段是制定調(diào)查方案并對調(diào)查人員采取必要的培訓(xùn)工作；第二個 階段是組織調(diào)查人員進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)查；第三個階段是后期的數(shù)據(jù)整理與分析并做出最后 的評估。此方法在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問題：（1)耗費(fèi)大量的人力物力；（2)評估周期長；
[3] 不能做到實(shí)時的評估；(4)存在嚴(yán)重的交通與人身安全隱患。
[0004] 單車測試，即調(diào)查人員利用秒表和GPS數(shù)據(jù)記錄器等簡單的工具，通過駕駛小汽 車對綠波協(xié)調(diào)路段進(jìn)行調(diào)查。其實(shí)施過程分為兩個階段：第一個階段是現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)查；第 二個階段是后期的數(shù)據(jù)整理與分析并做出最后的評估。該方法雖然避免了人工調(diào)研中的諸 多不足，但是單車測試也不能做到實(shí)時的評估。
[0005] 浮動車，主要是通過裝有GPS裝置的租車獲取大量的行駛數(shù)據(jù)，篩選出有用數(shù)據(jù) 并對協(xié)調(diào)路段做出評估，該方法同樣不能做到實(shí)時的評估。
[0006] 綜上所述，以上三種干線綠波協(xié)調(diào)效果的評估方法，都不能對路段做出實(shí)時在線 的評估，并且每種方法都有各自一定的局限性，因此本申請發(fā)明一種基于移動終端的干線 綠波協(xié)調(diào)效果評估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對可以實(shí)時在線的對干線綠波協(xié)調(diào)控制路段進(jìn)行評估這一目標(biāo)，本發(fā)明提出一 種基于移動終端的干線綠波協(xié)調(diào)控制評估方法，利用智能移動終端，采用綠波協(xié)調(diào)效果評 估算法，從而實(shí)時在線的輸出評估指標(biāo)。
[0008] 干線綠波協(xié)調(diào)效果評估方法包括調(diào)用移動終端的GPS數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理算法、綠波 協(xié)調(diào)效果評估算法、時空圖繪制、評估指標(biāo)輸出步驟組成，方法總體流程圖如圖1所示。本 方法可以實(shí)時獲取單車行駛數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)處理算法和綠波協(xié)調(diào)控制評估算法，從而實(shí) 現(xiàn)實(shí)時在線的對單車測試路段的綠波協(xié)調(diào)效果進(jìn)行評估，以及實(shí)時繪制單車運(yùn)行的軌跡時 空圖。
[0009] 本評估方法分為兩種評估方式，分別是軌跡時空圖的繪制和評估指標(biāo)的輸出。以 下分別給出上述兩種評估方式的過程。
[0010] 第一種評估方式為實(shí)時繪制軌跡時空圖，時空圖就是一個以時間和距離為橫縱坐 標(biāo)軸的二維圖，而軌跡時空圖就是將單車行駛的路徑轉(zhuǎn)化為一條在時空圖中隨坐標(biāo)變化的 曲線，其示意圖如圖2所示。本方法調(diào)用移動終端的GPS數(shù)據(jù)，得到小汽車行駛過程中的逐 秒經(jīng)煒度，并通過數(shù)據(jù)處理算法將其轉(zhuǎn)化為逐秒的位移變化。然后當(dāng)測試車輛進(jìn)入被測試 的綠波協(xié)調(diào)路段時，通過匹配移動終端的系統(tǒng)時間與時空圖中的時間軸數(shù)據(jù)，繼而確定汽 車在時空圖中的起始點(diǎn)的位置，最后結(jié)合測試車輛逐秒的位移變化可以在時空圖中繪制出 其行駛的軌跡曲線，也就得到了軌跡時空圖。從軌跡時空圖中可以對測試車輛通過測試路 段過程中的停駛狀況和行駛速度等情況有一個直觀的了解，本評估方式的流程圖如圖3所 不O
[0011] 實(shí)時繪制軌跡時空圖的評估方式，具體包括以下幾個步驟：
[0012] 步驟一，獲取前期數(shù)據(jù)調(diào)查中該綠波協(xié)調(diào)路段的基本參數(shù)。
[0013] 本步驟中獲取的前期調(diào)查數(shù)據(jù)主要是綠波協(xié)調(diào)路段的一些基本參數(shù)，包括各交叉 口經(jīng)煒度、各路口配時方案、各路口相位差、路段各交叉口間距等。
[0014] 步驟二，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)繪制出時空圖。
[0015] 在繪制時空圖之前，需要設(shè)定某個行駛方向的路口為初始路口，即主交叉口。
[0016] 此處繪制的時空圖即為以時間為X軸，空間為y軸的二維圖。時空圖繪制主要用到 的基本參數(shù)包括：綠波協(xié)調(diào)路段交叉口公共周期C、路段各交叉口協(xié)調(diào)相位綠燈時長^和 黃燈時長Y i、各交叉口間相位差、各交叉口間距離Su，i = 1，2…N(N為測試路段的交 叉口總數(shù)），其中各交叉口間相位差Φ u和各交叉口間距離S u都是相對于主交叉口而言 的，此處設(shè)定主交叉口相位差為Φ I i = Os，主交叉口 S I i = 300m，即路段主交叉口在y軸的 初始位值為300m，在此S1的初始值是為了使時空圖有更好的可視性，并無具體的物理意義。
[0017] 以主交叉口綠燈起始時刻視為初始時刻，即此時時間軸的初始值大小為〇s，因此 主交叉口在時空圖中的初始坐標(biāo)為（〇, s1;1)，該坐標(biāo)也為主交叉口第一個周期的綠燈啟亮 時刻坐標(biāo)。因此主交叉口第一個周期黃燈啟亮?xí)r刻坐標(biāo)為（ gl，S1J，紅燈啟亮?xí)r刻坐標(biāo)為 (gi+yp S1J，第二個周期綠燈啟亮?xí)r刻坐標(biāo)為（c，S1J，同理第j個周期的綠燈啟亮?xí)r刻坐 標(biāo)為（(j-i)c，s 1;1)，黃燈啟亮?xí)r刻坐標(biāo)為（(j-i)c+gl，s1;1)，紅燈啟亮?xí)r刻坐標(biāo)為（(j-i) C+gA，s1;1) 〇
[0018] 同理第i個交叉口，第j個周期的綠燈啟亮?xí)r刻坐標(biāo)為（(j-DC+il^i， 51， 1+51，1)，黃燈啟亮?xí)r刻坐標(biāo)為（〇-1)0+1])1，^ 1，51，1+51，1)，紅燈啟亮?xí)r刻坐標(biāo)為（〇-1) ο Φ i，i+gi+yi，S1JS1J) 〇
[0019] 由此類推即可繪制出時空圖。
[0020] 步驟三，調(diào)用GPS數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù)。
[0021] 本步驟涉及移動終端的硬件和軟件兩個部分：
[0022] 硬件部分，由于智能移動終端市場占有率幾乎100%，且在售的智能移動終端的 GPS模塊為標(biāo)準(zhǔn)配置模塊，因此用戶只需開啟智能移動終端上的GPS功能并運(yùn)行數(shù)據(jù)采集 應(yīng)用程序即可輕松獲取GPS數(shù)據(jù)信息，獲取的GPS數(shù)據(jù)主要有兩個用途，第一是將GPS數(shù)據(jù) 與調(diào)用的地圖數(shù)據(jù)中經(jīng)煒度數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配從而確定測試車輛在地圖中的位置；第二是導(dǎo)出 GPS數(shù)據(jù)中逐秒的經(jīng)煒度數(shù)據(jù)，便于下步操作。
[0023] 軟件部分，通過運(yùn)行數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序調(diào)用GPS數(shù)據(jù)和目前市場上常用的地圖 API接口調(diào)用地圖數(shù)據(jù)，其中地圖數(shù)據(jù)的調(diào)用主要是為了便于觀察測試車輛的所在位置，并 在地圖上實(shí)時顯示。
[0024] 步驟四，利用數(shù)據(jù)處理算法得到逐秒的位移變化數(shù)據(jù)，匹配移動終端的系統(tǒng)時間 和時空圖中的時間軸數(shù)據(jù)。
[0025] 下面是得到逐秒的位移變化數(shù)據(jù)的基本過程，
[0026] 地球是一個近乎標(biāo)準(zhǔn)的橢球體，此處設(shè)定地球是一個完美的球體，那么它的半徑 就是地球的平均半徑，記為R。如果以0度經(jīng)線為基準(zhǔn)，那么根據(jù)地球表面任意兩點(diǎn)的經(jīng)煒 度就可以計(jì)算出這兩點(diǎn)間的地表距離。設(shè)第一點(diǎn)A的經(jīng)煒度為（LonA，LatA)，第二點(diǎn)B的經(jīng) 煒度為（LonB, LatB)，按照0度經(jīng)線的基準(zhǔn)，東經(jīng)取經(jīng)度的正值（Longitude)，西經(jīng)取經(jīng)度負(fù) 值（-Longitude)，北煒取 90-煒度值（90-Latitude)，南煒取 90+煒度值（90+Latitude)，則 經(jīng)過上述處理過后的兩點(diǎn)被計(jì)為（MLonA, MLatA)和（MLonB, MLatB)。那么根據(jù)三角推導(dǎo)，可 以得到計(jì)算兩點(diǎn)距離D的公式如下所示：
[0027] C = sin (MLatA)X sin (MLatB)X cos (MLonA-MLonB)+cos (MLatA)X cos (MLatB)
[0028] D = (R*Arccos(C)*Pi/180)X1000
[0029] 因此可以通過逐秒的經(jīng)煒度變化數(shù)據(jù)得出逐秒的位移變化數(shù)據(jù)。
[0030] 關(guān)于移動終端的系統(tǒng)時間和時空圖中的時間軸數(shù)據(jù)的匹配，測試過程中被測車輛 在主交叉口綠燈時刻開始測試，此時記錄移動終端的系統(tǒng)時間，然后匹配步驟二中時空圖 的時間軸數(shù)據(jù)，即將初始時刻0改為此時的移動終端的系統(tǒng)時間，從而實(shí)現(xiàn)移動終端的系 統(tǒng)時間和時空圖中的時間軸數(shù)據(jù)的一致性。
[0031] 步驟五，在時空圖中實(shí)時在線的繪制測試車輛的行駛軌跡，得到軌跡時空圖。
[0032] 在時空圖中實(shí)時在線的繪制測試車輛行駛軌跡的過程，也就是在時空圖中逐秒的 繪制測試車輛所在位置對應(yīng)的時空圖中的坐標(biāo)，即每隔一秒鐘在時空圖中繪制一個坐標(biāo) 點(diǎn)，然后再將繪制的坐標(biāo)點(diǎn)擬合成一條曲線即可得到行駛軌跡。
[0033] 第二種評估方式輸出評估指標(biāo)與給出優(yōu)化建議，把第一種評估方式中得到的數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理得到停車次數(shù)、停車時長、行程時間、平均行駛速度評估參數(shù)，結(jié)合綠波協(xié)調(diào)效果 評估算法，最后輸出效果評估指標(biāo)，并給出優(yōu)化建議。