一種高等級道路多瓶頸點(diǎn)擁堵演化時空范圍識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交通控制與管理領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明涉及一種基于有限交通流 數(shù)據(jù)，對道路多瓶頸點(diǎn)擁堵演化的完整時空范圍進(jìn)行識別的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市交通需求與供給之間的矛盾越來越 突出，交通擁擠、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重。尋求高效的手段來應(yīng)對交通擁堵，是當(dāng)代交通 工程領(lǐng)域的主要議題之一。
[0003] 隨著我國快速的城市化和機(jī)動化進(jìn)程，尚等級道路（尚速公路和城市快速路）連 續(xù)流設(shè)施的接入口之間間距較小，連續(xù)的擁堵熱點(diǎn)極易組成一片蔓延的多瓶頸點(diǎn)區(qū)域。相 反，由于西方國家交通需求供給矛盾的相對集中性，國外學(xué)者在研宄交通擁堵問題時，絕大 部分主要針對單瓶頸點(diǎn)的情形進(jìn)行討論，其研宄結(jié)果無法適應(yīng)于我國更為復(fù)雜的多瓶頸情 境。國內(nèi)的相關(guān)研宄大多也忽略了瓶頸點(diǎn)之間的相互影響和作用，將其視為多個獨(dú)立瓶頸 進(jìn)行處理，從而存在一定的局限性。
[0004] 隨著我國道路交通信息系統(tǒng)的建設(shè)，使得利用海量的交通流數(shù)據(jù)對高等級道路的 交通運(yùn)行態(tài)勢進(jìn)行分析成為可能。然而基于成本與效率的均衡考慮，在道路路網(wǎng)內(nèi)，交通流 檢測設(shè)備的布置密度大約為每300-1000米一處，設(shè)備間的擁堵蔓延模式無法得到有效檢 測。這就要求一種能夠在有限交通流數(shù)據(jù)下，對道路擁堵的完整時空范圍進(jìn)行重現(xiàn)的方法。
[0005] 針對以上的現(xiàn)狀和問題，本研宄提出了一種能夠?qū)Ω叩燃壍缆范嗥款i點(diǎn)區(qū)域的擁 堵演化范圍進(jìn)行有效識別的方法，以期具體了解并嘗試解決道路網(wǎng)中存在多瓶頸點(diǎn)區(qū)域時 的實際問題，為后續(xù)精細(xì)化的管理控制與改善設(shè)計提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在考慮多瓶頸點(diǎn)之間相互影響作用的基礎(chǔ)上，利用 有限的交通流數(shù)據(jù)，提供一種多瓶頸點(diǎn)擁堵演化時空范圍的識別方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下具體步驟實現(xiàn)的： (1) 在多瓶頸區(qū)域內(nèi)由上游至下游連續(xù)布置若干個交通流檢測設(shè)備，交通流檢測設(shè)備 每r秒對當(dāng)前位置的交通流數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和聚合，得到的交通流數(shù)據(jù)信息包括該道路 斷面該^秒內(nèi)的通過流量0、車輛平均速度7和道路占有率〇 ; (2) 在每一個時刻內(nèi)，由上游至下游對每個交通流檢測設(shè)備所在位置的交通流數(shù)據(jù)信 息進(jìn)行遍歷，對該位置的交通流狀態(tài)進(jìn)行判定；由小至大，第X個交通流檢測設(shè)備的車輛 平均速度K和道路占有率，與車輛平均速度的最低閾值^和道路占有率的最高閾值 進(jìn)行比較；則在當(dāng)前石時刻下，會出現(xiàn)三種情況： (a)若『丨大于，或小于^^，兩個條件滿足其中之一，即交通流數(shù)據(jù)信息未跨 過閾值，則認(rèn)為該位置沒有達(dá)到擁堵狀態(tài)；且該位置在上一個檢測間隔，即時，亦沒有 達(dá)到擁堵狀態(tài)；遍歷過程繼續(xù)，對第！：+ 1個交通流檢測設(shè)備的交通流狀態(tài)進(jìn)行判別； (b)若巧小于^，且大于，即交通流數(shù)據(jù)信息跨過閾值，則認(rèn)為該位置已經(jīng) 進(jìn)入擁堵狀態(tài)，則進(jìn)入步驟（3)開始對擁堵的向后蔓延邊界進(jìn)行計算； (C)若&大于，或小于，兩個條件滿足其中之一，即交通流數(shù)據(jù)信息未跨 過閾值，則認(rèn)為該位置沒有達(dá)到擁堵狀態(tài)；且該位置在上一個檢測間隔，即及-r時，達(dá)到了 擁堵狀態(tài)；可知該位置的擁堵開始消散，則進(jìn)入步驟（4)開始對擁堵的向后消散邊界和蔓 延邊界進(jìn)行計算； (3) 擁堵從第Z個交通流檢測設(shè)備向上游蔓延的邊界X,在時刻的計算公式為：
【主權(quán)項】
1. 一種高等級道路多瓶頸點(diǎn)擁堵演化時空范圍識別方法，其特征在于具體步驟如下： (1) 在多瓶頸區(qū)域內(nèi)由上游至下游連續(xù)布置若干個交通流檢測設(shè)備，交通流檢測設(shè)備 每r秒對當(dāng)前位置的交通流數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和聚合，得到的交通流數(shù)據(jù)信息包括該道路 斷面該f秒內(nèi)的通過流量g、車輛平均速度r和道路占有率〇 ; (2) 在每一個時刻內(nèi)，由上游至下游對每個交通流檢測設(shè)備所在位置的交通流數(shù)據(jù)信 息進(jìn)行遍歷，對該位置的交通流狀態(tài)進(jìn)行判定；由小至大，第1：個交通流檢測設(shè)備的車輛 平均速度&和道路占有率，與車輛平均速度的最低閾值^和道路占有率的最高閾值 進(jìn)行比較；則在當(dāng)前％時刻下，會出現(xiàn)三種情況： (a) 若&大于，或小于，兩個條件滿足其中之一，即交通流數(shù)據(jù)信息未跨 過閾值，則認(rèn)為該位置沒有達(dá)到擁堵狀態(tài)；且該位置在上一個檢測間隔，即忍-7時，亦沒有 達(dá)到擁堵狀態(tài)；遍歷過程繼續(xù)，對第?。?+ 1個交通流檢測設(shè)備的交通流狀態(tài)進(jìn)行判別； (b) 若巧小于，且大于，即交通流數(shù)據(jù)信息跨過閾值，則認(rèn)為該位置已經(jīng) 進(jìn)入擁堵狀態(tài)，則進(jìn)入步驟（3)開始對擁堵的向后蔓延邊界進(jìn)行計算； (c) 若巧大于，或小于，兩個條件滿足其中之一，即交通流數(shù)據(jù)信息未跨 過閾值，則認(rèn)為該位置沒有達(dá)到擁堵狀態(tài)；且該位置在上一個檢測間隔，即A-r時，達(dá)到了 擁堵狀態(tài)；可知該位置的擁堵開始消散，則進(jìn)入步驟（4)開始對擁堵的向后消散邊界和蔓 延邊界進(jìn)行計算； (3) 擁堵從第￡個交通流檢測設(shè)備向上游蔓延的邊界&在％時刻的計算公式為：
式中-一萬時刻第Z個交通流檢測設(shè)備的向上游蔓延的擁堵邊界位置，單位 為km; 4一一第Z個交通流檢測設(shè)備的位置，單位為km; h'-T一一巧-r時刻第z個交通流檢測設(shè)備的向上游蔓延的擁堵邊界位置，單位為km; Qk'h一一分別為第f個和第ir-i個交通流檢測設(shè)備的等效小時流量，單位為veh/h； Hi--分別為第f個和第^ - 1個交通流檢測設(shè)備處的平均車輛速度，單位為 km/h； t一一交通流檢測設(shè)備一個采集周期r的長度，單位為h; 該時刻蔓延邊界4的計算結(jié)束后，繼續(xù)步驟（2)的交通狀態(tài)判別，從第f+ 1個交通流 檢測設(shè)備開始向下游進(jìn)行遍歷； (4) 從第f個交通流檢測設(shè)備^:向上游消散的邊界^在石時刻的計算公式為：
在消散車流向上游追趕到擁堵蔓延邊界之前，擁堵的邊界仍在繼續(xù)向上游傳播，此時 假設(shè)擁堵車流的狀態(tài)與第r個交通流檢測設(shè)備在最后一個擁堵時刻下的交通流狀態(tài)一致， 則從第f個交通流檢測設(shè)備向上游蔓延的邊界4在石時刻的計算公式為：
式中-一巧時刻第個交通流檢測設(shè)備的向上游蔓延的擁堵邊界位置，單位 為km; ^ 一一石時刻第f個交通流檢測設(shè)備的向上游蔓延的消散邊界位置，單位為km;k一一第z個交通流檢測設(shè)備的位置，單位為km; ~m-T一一石-r時刻第f個交通流檢測設(shè)備的向上游蔓延的擁堵邊界位置，單位為km； h'-T一一石-r時刻交通流檢測設(shè)備1：的向上游蔓延的消散邊界位置，單位為km; GH--分別為第f個和第f-1個交通流檢測設(shè)備的流量，單位為veh/h; Hi--分別為第f個和第f_ 1個交通流檢測設(shè)備處的平均車輛速度，單位為 km/h； Gw, 一一第$個交通流檢測設(shè)備在最后一個擁堵時刻下的流量，單位為veh/h; Qkjc--第個交通流檢測設(shè)備在最后一個擁堵時刻下的平均車輛速度，單位為 km/h； t一一交通流檢測設(shè)備一個采集周期r的長度，單位為h; 若在該時刻心At大于或等于氣f.Ws，可知消散邊界向上游已經(jīng)追趕到擁堵蔓延邊界， 即第/：個和第1個交通流檢測設(shè)備之間所有的擁堵車流已經(jīng)消散完畢，^與 重置至4處； 該時刻蔓延邊界^和消散邊界分的計算結(jié)束后，繼續(xù)步驟（2)的交通狀態(tài)判別，從第r-1個交通流檢測設(shè)備開始向下游進(jìn)行遍歷； (5) 重復(fù)進(jìn)行步驟（2)、（3)、（4)的過程，直到在時刻5下?lián)矶侣舆吔鏭"；的值小于 或等于上游交通流檢測設(shè)備的位置，則開始對該擁堵在多瓶頸作用下的根源點(diǎn) 進(jìn)行判別；當(dāng)且僅當(dāng)該時刻下第f- 1個交通流檢測設(shè)備處由非擁堵狀態(tài)變?yōu)閾矶聽顟B(tài)時， 可以確定該瓶頸點(diǎn)的擁堵是由下游瓶頸點(diǎn)蔓延導(dǎo)致的；反之，若第r-i個交通流檢測設(shè)備 處在進(jìn)入步驟（5)時并未發(fā)生由非擁堵至擁堵的狀態(tài)改變，即在時刻S的前后均保持了一 致的擁堵或非擁堵狀態(tài)，則可以認(rèn)定該瓶頸處的事件和下游第個交通流檢測設(shè)備處的瓶 頸相互獨(dú)立；考慮到算法與實際交通狀態(tài)之間由于交通流的異質(zhì)性和隨機(jī)性原因而存在微 小差異，因此容許在進(jìn)行該條件判別時有一個時間顆粒度的浮動，即同時滿足條件（a)、（b) 時，認(rèn)定第A： - 1個交通流檢測設(shè)備處瓶頸點(diǎn)與下游瓶頸點(diǎn)相關(guān)聯(lián)：
其中：--第f- 1個交通流檢測設(shè)備處在-『時刻和時 刻的平均車輛速度，單位為km/h; , ^k-l,rMlr--第^- 1個交通流檢測設(shè)備處在^『時刻和時刻的 道路占有率； 的取值范圍為[?；-t+r]，在取值范圍內(nèi)存在一個值滿足條件（a)、（b)， 則認(rèn)定條件通過，識別得到交通流檢測設(shè)備尤-i處的擁堵由交通流檢測設(shè)備r處蔓延而 來； (6)重復(fù)步驟（2)、（3)、（4)的過程，直到在下第個交通流檢測設(shè)備由擁堵狀 態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉菗矶聽顟B(tài)，并且計算的擁堵蔓延邊界Aju;值已經(jīng)到達(dá)其位置，即同時滿足條件 (d)、（e)、（f)時：
可知該處的擁堵開始向前消散，開始依據(jù)下列計算公式計算擁堵向前消散的邊界：
式中：心-一％時刻從第f__丨個交通流檢測設(shè)備向下游消散的擁堵邊界位置，單 位為km; h一一第尤_ 1個交通流檢測設(shè)備的位置，單位為km; k-T一一A-r時刻從第^1個交通流檢測設(shè)備向下游消散的擁堵邊界位置，單位 為km; Qk、Qk-i--第個和第f-1個交通流檢測設(shè)備的流量，單位為veh/h; H--第個和第f-1個交通流檢測設(shè)備處的平均車輛速度，單位為km/h; t一一交通流檢測設(shè)備一個采集周期r的長度，單位為h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高等級道路（高速公路和城市快速路）多瓶頸點(diǎn)擁堵演化時空范圍識別方法，旨在克服現(xiàn)有道路瓶頸擁堵演化范圍識別中對多瓶頸間相互影響的無法識別的缺憾。該方法首先基于布置在多瓶頸區(qū)域的交通流檢測設(shè)備采集數(shù)據(jù)，對時間與空間上的數(shù)據(jù)進(jìn)行遍歷和運(yùn)算；依據(jù)交通流理論建立算法，對車流擁堵和消散的邊界進(jìn)行實時運(yùn)算和重現(xiàn)，同時對區(qū)域內(nèi)瓶頸點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行識別和判斷；最終得到多瓶頸點(diǎn)區(qū)域內(nèi)完整的擁堵演化時空范圍。
【IPC分類】G08G1-052, G08G1-01
【公開號】CN104778835
【申請?zhí)枴緾N201510114884
【發(fā)明人】孫劍, 李鐵男, 李峰, 陳長, 李莉
【申請人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月17日