一種高速公路交通狀態(tài)判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高速公路交通狀態(tài)判別方法，用于高速公路交通管理與控制，屬 于智能交通研宄領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速公路交通狀態(tài)判別是指利用高速公路主線斷面檢測(cè)器及出入口匝道檢測(cè)器 所獲取的交通流參數(shù)，建立表征高速公路交通流運(yùn)行狀態(tài)主要指標(biāo)的計(jì)算方法，進(jìn)而對(duì)高 速公路交通流運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)判別。高速公路交通狀態(tài)的合理判別為城市交通管理者、 出行者的決策提供支持技術(shù)和參考信息，為交通管理者實(shí)時(shí)了解路網(wǎng)交通狀態(tài)變化的信 息，及時(shí)采取對(duì)策疏導(dǎo)交通、緩解擁擠、提升交通安全，發(fā)揮路網(wǎng)時(shí)空資源最大的效率奠定 基礎(chǔ)。
[0003] 現(xiàn)有的交通狀態(tài)估計(jì)方法有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1)檢測(cè)器檢測(cè)的空間斷面、狀態(tài)估 計(jì)的空間單元、交通狀態(tài)發(fā)布的空間單元三者不一致，從而進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)和發(fā)布都沒(méi)有充 分利用檢測(cè)器信息；（2)交通狀態(tài)的隨機(jī)性影響沒(méi)有考慮，從而發(fā)布的信息穩(wěn)定性有待提 高；（3)相關(guān)方法過(guò)于復(fù)雜，很難在實(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用。
[0004] 基于此，為了更加準(zhǔn)確地判斷高速公路交通運(yùn)行效率與擁擠程度，需要建立一種 高效的高速公路交通狀態(tài)判別方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高速公路交通狀態(tài)判別方法。該方法的基本思想是通 過(guò)路網(wǎng)布設(shè)的檢測(cè)器獲取交通流參數(shù)，經(jīng)過(guò)交通數(shù)據(jù)處理后，進(jìn)而建立路網(wǎng)交通流運(yùn)行狀 態(tài)指標(biāo)計(jì)算方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的高速公路交通狀態(tài)判別方法包括：檢測(cè)器 數(shù)據(jù)處理、交通狀態(tài)的估計(jì)、狀態(tài)分級(jí)與判別。
[0006] 本發(fā)明的基本步驟如下：
[0007] cl、檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理；
[0008] c2、高速公路交通狀態(tài)的估計(jì)；
[0009] c3、狀態(tài)分級(jí)與判別流程。
[0010] 步驟cl具體是：
[0011] 檢測(cè)器數(shù)據(jù)的采集和處理。
[0012] 每個(gè)主線斷面檢測(cè)器需要至少記錄每個(gè)車道每個(gè)采樣間隔內(nèi)交通流的平均速度 和流量。同時(shí)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，保證模型輸入數(shù)據(jù)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。建議在高速 公路數(shù)據(jù)采集時(shí)，采用1分鐘作為基本的數(shù)據(jù)采樣間隔。同時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行數(shù)據(jù) 的合并與調(diào)整，交通狀態(tài)的發(fā)布間隔可以是1分鐘的倍數(shù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括流量和速 度數(shù)據(jù)。
[0013] 基本數(shù)據(jù)主要包括兩類：第η個(gè)基本顯示單元內(nèi)、第i條車道、以1分鐘為采樣間 隔下第kl采樣間隔的每車道檢測(cè)器流量q(n，i，(單位：veh/1 min)及第η個(gè)基本顯示 單元內(nèi)、第i條車道、以1分鐘為采樣間隔下第kl采樣間隔的車輛速度平均值V (n，i，ki) (單位：km/h)。
[0014] 步驟c2的過(guò)程包括：
[0015] c21、高速公路交通狀態(tài)變量及其計(jì)算方法
[0016] 根據(jù)我國(guó)高速公路檢測(cè)器布設(shè)的基本情況，確定高速公路交通狀態(tài)顯示的基本單 元為2km。對(duì)交通流的宏觀描述需要定義在某一特定時(shí)間段及特定位置下的描述交通流平 均運(yùn)行行為的變量。因此，需要對(duì)時(shí)間和空間進(jìn)行離散化。離散的時(shí)間間隔可以用T來(lái)表 示。高速公路的顯示單元可以劃分為η個(gè)2千米長(zhǎng)度的基本單元。每個(gè)基本單元在每個(gè)時(shí) 間間隔內(nèi)t = kT都可以用相應(yīng)的宏觀交通流基本參數(shù)進(jìn)行表示。
[0017] ①交通流密度：P n(k)(單位：veh/km/lane)。表示在kT時(shí)刻，第η個(gè)基本單元內(nèi) 車輛數(shù)除以基本單元的長(zhǎng)度Δ π以及車道數(shù)λ m。
[0018] ②平均速度：vn(k)(單位：km/h)。表示在kT時(shí)刻，第η個(gè)基本單元內(nèi)所有車輛的 平均速度。
[0019] ③交通流量：qn(k)(單位：veh/h)。表示在時(shí)間段[kT, (k+l)T]內(nèi)，離開(kāi)第η個(gè)基 本單元的車輛數(shù)除以時(shí)間間隔Τ。
[0020] 由于實(shí)際交通流的數(shù)據(jù)采集間隔為1分鐘，根據(jù)需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行加和得到任意采 樣間隔的交通流數(shù)據(jù)。其中，流量可以直接相加求和，而速度需要進(jìn)行加權(quán)平均得到。
[0021] 設(shè)qd(n，i，k)表示第η個(gè)基本顯示單元內(nèi)，第i條車道，在采樣間隔時(shí)間為T(mén)分鐘 情況下，第k個(gè)采樣間隔的檢測(cè)器流量（單位：veh/T min)。vd(n, i, k)表示第η個(gè)基本顯 示單元內(nèi)，第i條車道，第k個(gè)采樣間隔的平均速度（單位：km/h)。
[0022] 則該斷面交通流小時(shí)流量（單位veh/h)、斷面速度（單位km/h)及斷面周邊密度 (單位：veh/km/lane)的計(jì)算公式分別如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高速公路交通狀態(tài)判別方法，其特征在于該方法包括以下步驟： Cl、檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理；具體是：檢測(cè)器檢測(cè)到的原始數(shù)據(jù)據(jù)主要包括兩類：以1分鐘為 采樣間隔的每車道流量q (n, i, Ii1)及速度V (n, i, Ii1) ;qdl (n, i, Ii1)表示第η個(gè)基本顯示單元 內(nèi)，第i條車道，以1分鐘為采樣間隔下第kl采樣間隔的檢測(cè)器流量；v dl (n，i，表示第η 個(gè)基本顯示單元內(nèi)，第i條車道，以1分鐘為采樣間隔下第kl采樣間隔的車輛速度平均值； c2、尚速公路交通狀態(tài)的估計(jì)；具體是： c21、斷面交通三參數(shù)的估計(jì)； 設(shè)qd(n，i，k)表示第η個(gè)基本顯示單元內(nèi)，第i條車道，在采樣間隔時(shí)間為T(mén)分鐘情況 下，第k個(gè)采樣間隔的檢測(cè)器流量；vd(n，i，k)表示第η個(gè)基本顯示單元內(nèi)，第i條車道，第 k個(gè)采樣間隔的平均速度； 則該斷面交通流小時(shí)流量為：
其中，λn為車道數(shù)； 斷面速度為：
斷面周邊密度為：
c22、交通三參數(shù)的平滑； 考慮到數(shù)據(jù)的波動(dòng)特性，斷面檢測(cè)器三參數(shù)需要進(jìn)行相應(yīng)的平滑濾波處理進(jìn)而應(yīng)用于 交通狀態(tài)的估計(jì)；三參數(shù)的平滑濾波模型如下：
其中，01、02、03分別為平滑的三個(gè)參數(shù)，且01+0 2+03=1;三參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需 要進(jìn)行設(shè)置，這里考慮β i= 〇. 2 ; β 2= 〇. 3 ; β 3= 〇. 5 ;; c23、狀態(tài)估計(jì)； 通過(guò)檢測(cè)器數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)段交通狀態(tài)的估計(jì)，主要分為兩種情況；第一種：當(dāng)基本顯示 單元為第一個(gè)區(qū)段或最后一個(gè)區(qū)段時(shí)，其區(qū)段的交通狀態(tài)參數(shù)就等于該區(qū)段內(nèi)檢測(cè)器計(jì)算 得到的交通狀態(tài)參數(shù)；第二種：當(dāng)區(qū)段前后都存在相應(yīng)的狀態(tài)時(shí)，按如下方式進(jìn)行： 將基本顯示單元η前半部分速度和基本顯示單元η后半部分速度分別表示為：
則基本顯示單元的運(yùn)行速度為：
同理，需専對(duì)沄桿諫庶講桿平滑樸理，
c3、狀態(tài)分級(jí)與判別流程；具體是：根據(jù)高速公路交通流運(yùn)行的特性，采用速度指標(biāo)作 為衡量交通運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵變量；根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置三級(jí)或四級(jí)交通狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；具體 的速度閾值結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)及交通管理者的需求進(jìn)行設(shè)置；
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種能夠?qū)Ω咚俟愤M(jìn)行交通狀態(tài)估計(jì)的方法?，F(xiàn)有高速公路交通負(fù)荷日益增加,道路的通行能力及服務(wù)水平顯著降低。本發(fā)明的基本思想是利用檢測(cè)器檢測(cè)的流量和速度數(shù)據(jù)，首先估計(jì)檢測(cè)器周圍的交通三參數(shù)，隨后根據(jù)顯示單元和檢測(cè)器的位置關(guān)系，得到不同區(qū)段進(jìn)行加權(quán)估計(jì)，并依據(jù)區(qū)段交通參數(shù)進(jìn)而加權(quán)得到顯示單元的交通狀態(tài)，最后利用閾值對(duì)交通狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)。本發(fā)明提供了一種高效的高速公路交通狀態(tài)判別方法，使有限的路網(wǎng)時(shí)空資源發(fā)揮最大的效率。
【IPC分類】G08G1-01, G08G1-052
【公開(kāi)號(hào)】CN104658253
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510081290
【發(fā)明人】金盛, 劉美岐, 王殿海, 付鳳杰, 馬東方, 祁宏生
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月14日