一种面向车路协同的道路断面车流时变流量预测方法

1.本发明涉及一种道路车流量预测方法，特别是涉及一种面向车路协同的道路断面车流时变流量预测方法，属于智能交通管理与控制技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着道路交通的迅速发展，公路在长途出行、城市互联、物流运输当中都扮演着极其重要的角色，保障了我们出行的安全便捷。与此同时，道路交通的交通流量管理越来越受到大家的关注而成为智能交通管理的重点，通过分析历史时刻的交通流量变化规律，就能够及时地预测下一时刻的交通流量并实施主动管控，这也是对道路交通管理从“被动”到“主动”的转换关键，对道路断面车流时变流量进行准确、实时地预测在道路交通管理过程当中十分重要。然而，由于目前道路断面中现阶段的交通检测设备分布较为稀疏，难以提供大范围的断面流量信息，并且仅靠增加检测设备的方式也使得建设维护成本高昂。
3.因此，需要分析现有的道路采集断面数据信息，通过构建道路采集断面构建初始车队数据集，获取道路数据采集断面车队运行特征参数，通过每一控制断面后重新计算车流驶出控制断面车队运行特征参数、车流驶入控制断面车队运行特征参数，从而获取预测断面的车队运行特征数据集，实现道路断面车流时变流量预测。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种面向车路协同的道路断面车流时变流量预测方法，能够在车路协同环境下考虑车流时变的影响，较为准确地实现道路断面车流时变流量预测，极具有产业上的利用价值。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
6.一种面向车路协同的道路断面车流时变流量预测方法，包括以下步骤：
7.1)构建基于预测时间跨度的道路断面初始车队；
8.根据所采集的车辆及道路相关数据，分别划分道路控制断面、确定道路数据采集回溯时段以及构建道路断面初始车队；其中的道路断面是数据采集断面作为初始的断面；
9.2)计算道路数据采集断面车队运行特征参数；
10.根据初始车队数据集中的车队集合情况，分别计算各时段内各车队的通过数据采集断面的车辆数；根据初始车队数据集中的车辆瞬时车速，分别计算出各时段内各车队的平均车速；根据各车队车辆在数据采集断面的空间位置情况，分别计算出各时段各车队空间位置点距离数据采集断面的水平距离，以计算各车队空间位置点通过数据采集断面的时刻；其中的数据采集断面作为第一个起始断面，数据采集断面能够对数据进行采集，如采集车速、流量等数据；
11.3)计算道路控制断面重新排序车队的运行特征初始值；
12.根据各车队在上一控制断面处的车队运行特征数据集情况，分别计算各车队到达当前控制断面的时刻初始值；根据各车队到达当前控制断面的时刻情况，分别重新排序出
车队编号；根据各车队运行特征数据集情况，分别计算出来各车队对应的时刻初始值；根据当前控制断面重新排序出的车队编号情况，划分各时段内车队的车速初始区间范围；
13.4)计算车流驶出和驶入控制断面车队运行特征参数；
14.根据各车辆驶出道路的车辆速度情况，划分各时段内各车辆的驶出车速排序；通过比较各时段车辆驶出车速与车队车速初始区间，重构车流驶出控制断面的车队编号；根据重构后的各车队情况，重新计算驶出控制断面车队运行时变特征参数；
15.根据各车辆驶入道路的车辆速度情况，划分各时段内各车辆的驶入车速排序；通过比较各时段车辆驶入车速与车队车速初始区间，重构车流驶入控制断面的车队编号；根据重构后的各车队情况，重新计算驶入控制断面车队运行时变特征参数；
16.5)预测道路断面车流时变流量；
17.根据各车队在上一控制断面处的车队运行特征数据集情况，分别计算各车队到达预测断面的时刻初始值；根据各车队到达预测断面具体时刻与先后顺序情况，重构车流驶出预测断面的车队编号；通过各车队运行特征数据集，计算预测时段的车流量。
18.本发明进一步设置为：所述步骤1)中构建基于预测时间跨度的道路断面初始车队，具体为，
19.1-1)划分道路控制断面
20.将数据采集断面与预测断面之间的道路用控制断面作为间隔，共划分为w个断面，并依次编号；
21.1-2)确定道路数据采集回溯时段
22.根据已采集的过去l天中预测时段[ts，te]内通过数据采集断面各车辆的瞬时车速，将第l天、第j辆车通过数据采集断面的瞬时车速由小到大排列，得到第85％、15％车辆对应的车速v
85％
、v
15％
；并根据预测断面与数据采集断面之间的距离d
p
，计算出道路数据采集断面起、终点回溯时间根据起、终点回溯时间，计算出数据采集断面的回溯起、终点时刻t
s(b)
＝t
s-t
s(b)
、t
e(b)
＝t
e-t
e(b)
；
[0023]
1-3)构建道路断面初始车队
[0024]
根据已计算的数据采集断面回溯起、终点时刻时段[t
s(b)
，t
e(b)
]，按照断面车流时变流量预测的时间跨度δt(一般来说可以取1-5分钟)划分时段为m(b)个时间跨度；根据已统计的第m(b)个时段中、第n(b)辆车通过数据采集断面时的瞬时车速按照车速将车辆从小到大进行编号根据已编号车辆情况，按照每(k(b)可取5-10)的车辆划分成一档，形成具有速度差异的k(b)个车队，第m(b)个时段数据采集断面的k(b)个车队的集合为
[0025][0026]
各集合中的元素a的右下角标m(b)表示时段，右上角标数值表示车队k(b)中的第几辆车。
[0027]
本发明进一步设置为：所述步骤2)构建基于预测时间跨度的道路断面初始车队，具体为，
[0028]
2-1)计算道路数据采集断面车队运行特征参数
[0029]
根据车队的车辆集合情况，计算第m(b)个时段初始车队在通过数据采集断面时的车辆数
[0030]
2-2)计算道路数据采集断面车队平均车速
[0031]
根据各车队第m(b)个时段内、第n(b)辆车通过数据采集断面的瞬时车速分别计算出第m(b)时段内、第k(b)个车队的平均车速
[0032]
式中，车速v的右下角标m(b)表示时段，右上角标数值表示车队k(b)中的第几辆车；
[0033]
2-3)计算道路数据采集断面车队到达时刻
[0034]
根据各车队车辆在数据采集断面的空间位置，采集时段终点时刻各车辆对应的空间位置与数据采集断面的水平距离根据各时段内各车队通过数据采集断面时的车辆数
[0035]
计算出第m(b)个时段内、第k(b)车队在采集时段终点时刻的空间位置点距数据采集断面的水平距离：
[0036][0037]
式中，水平距离d的右下角标m(b)表示时段，右上角标数值表示车队k(b)中的第几辆车；
[0038]
根据数据采集断面回溯起点时刻t
s(b)
，根据时段m(b)与断面车流时变流量预测的时间跨度δt，、根据车队在采集时段终点时刻的空间位置点距离数据采集断面的水平距离与该车队的平均车速计算出第m(b)个时段内第k(b)车队空间位置点通过数据采集断面的时刻
[0039]
本发明进一步设置为：所述步骤3)计算道路控制断面重新排序车队的运行特征初始值，具体为，
[0040]
3-1)计算道路控制断面车队到达时刻初始值
[0041]
根据车队在第h-1个控制断面处的车队运行特征数据集根据已采集的控制断面h-1的空间位置点距离控制断面h的水平距离d
(h-1)
，车队通过第h-1个控制断面时的时刻和平均速度
[0042]
计算各车队到第h个控制断面的时刻初始值计算各车队到第h个控制断面的时刻初始值
[0043]
3-2)重排道路控制断面通过车队
[0044]
根据各车队到达第h个控制断面的具体时刻的先后顺序，计算出所有车队最早到达出口匝道断面的起点时刻
[0045]
根据断面车流时变流量预测的时间跨度δt，重新划分出口匝道处的各特征分析时段([th，th+δt)，[th+δt，th+2δt)，
…
，[th+(m(h)-1)δt，th+m(h)δt))；
[0046]
根据已划分的特征分析时段与各车队的平均车速按照平均车速将车队从小到大进行编号
[0047]
3-3)计算道路控制断面车队运行特征初始值
[0048]
根据各车队运行特征数据初始值的车流量重排后的平均车速初始值与该车队在第h-1个控制断面的数值一致，计算出该车队到达第h个控制断面对应的时刻的初始值
[0049]
3-4)计算道路控制断面车队车速初始区间范围
[0050]
根据控制断面车队的重新编号划分第m(h)个时段通过第h个控制断面的车队对应的车速初始区间范围为其中
[0051][0052]
本发明进一步设置为：所述步骤4)计算车流驶出控制断面车队运行特征参数，具体为，
[0053]
4-1)统计车流驶出控制断面时的驶出车辆速度
[0054]
根据第r个控制断面为车流驶出控制断面与驶出道路车辆速度将第m(r)个时段有o(r)辆驶出道路的车辆从小到大进行编号
[0055]
4-2)重构车流驶出控制断面通过车队
[0056]
根据对比车流驶出控制断面r的第m(r)个时段车辆驶出车速与车队包含车辆车速初始区间范围确定驶出车辆车速属于该时段内各车队的哪些车速初始区间，则这些驶出车辆就分别属于相应的车队；
[0057]
根据驶出车辆的所属车队情况，将控制断面r驶出车流中车队对驶出车辆剔除；
[0058]
4-3)计算车流驶出控制断面车队运行时变特征参数
[0059]
根据车队是否剔除车辆情况，对于没有剔除车辆的车队，则该车队无需重构，计算在驶出控制断面r处的车队运行特征初始值其中，表示该控制断面r处车队运行特征参数；
[0060]
根据车队是否剔除车辆情况，对于有剔除车辆的车队，则该车队按照重构后重新计算特征参数；根据车队中剔除1辆车情况与控制断面r处车队运行特征参数计算重构车队的平均车流量平均车速式中，是控制断面r按照步骤3)经过重排后的平均车速初始值；根据到达车流驶出控制断面r时车队距离第r-1个控制断面的距离(右下角标表示该距离是从控制断面r到第r-1个控制断面)，计算到达车流
驶出控制断面的时刻驶出控制断面的时刻式中，d
(r-1)
为控制断面r-1的空间位置点距离控制断面r的水平距离。
[0061]
本发明进一步设置为：所述步骤5)计算车流驶入控制断面车队运行特征参数，具体为，
[0062]
5-1)统计车流驶入控制断面驶出车辆速度
[0063]
根据第g个控制断面为车流驶入控制断面与驶入道路车辆速度将第m(g)个时段有i(g)辆车驶出道路的车辆从小到大进行编号
[0064]
5-2)重构车流驶入控制断面通过车队
[0065]
根据对比车流驶入控制断面g的第m(g)个时段车辆驶入车速与车队包含车辆车速初始区间范围确定驶入车辆车速属于该时段内各车队的哪些车速初始区间，则这些驶入车辆就分别属于相应的车队；
[0066]
其中，
[0067]
根据驶入车辆的所属车队情况，将控制断面g驶入车流中车队对驶入车辆增加；
[0068]
5-3)计算车流驶入控制断面车队运行时变特征参数
[0069]
根据车队是否增加车辆情况，对于没有增加车辆的车队，则该车队无需重构，计算在驶入控制断面g处的车队运行特征初始值其中，表示该控制断面g处车队运行特征参数；
[0070]
根据车队是否增加车辆情况，对于有增加车辆的车队，则该车队按照重构后重新计算特征参数；根据车队中剔除1辆车有情况与控制断面g处车队运行特征参数计算重构车队的平均车流量平均车速式中，是控制断面g按照步骤3)经过重排后的平均
车速初始值，是控制断面g按照步骤3)运行特征数据初始值的车流量；根据到达车流驶入控制断面g时车队距离第g-1个控制断面的距离(右下角标表示该距离是从控制断面g到第g-1个控制断面)，计算到达车流驶入控制断面的时刻1个控制断面)，计算到达车流驶入控制断面的时刻式中，d
(g-1)
为控制断面g-1的空间位置点距离控制断面g的水平距离。
[0071]
本发明进一步设置为：所述步骤6)计预测道路断面车流时变流量，具体为，
[0072]
6-1)计算车队通过道路预测断面时刻初始值
[0073]
根据控制断面w处的车队运行特征数据集根据控制断面w处的车队运行特征数据集与控制断面w和预测断面之间的距离d(w)，计算各车队到预测断面的时刻初始值
[0074]
其中，为控制断面w对应的各k(w)车队通过平均车流量，为控制断面w对应的各k(w)车队通过平均车速，为控制断面w对应的各k(w)车队通过时刻；
[0075]
6-2)重构道路预测断面通过车队
[0076]
根据预测起、终点时刻的时间范围[ts，te]与预测时间跨度δt，重新划分预测断面车流时变流量预测时段[ts，ts+δt)，[ts+δt，ts+2δt)，
…
，[t
e-δt，te]；
[0077]
根据已划分的各车队到达预测断面具体时刻与先后顺序，按照预测断面的分析时段以平均车速从小到大重新对各车队进行编号
[0078]
6-3)预测道路断面车流时变流量
[0079]
根据预测断面不涉及重构车队，预测断面与第w个控制断面的车队车流量、平均速度一致，确定预测断面处第m(p)个预测时段的车队运行特征数据集其中，为预测断面第m(p)个预测时段对应的各k(p)车队通过平均车流量，为预测断面第m(p)个预测时段对应的各k(p)车队通过平均车速，为预测断面第m(p)个预测时段对应的各k(p)车队通过时刻；
[0080]
根据预测断面处第m(p)个预测时段的车队运行特征数据集计算预测断面第m(p)个预测时段的车流量
[0081]
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
[0082]
本发明提供的一种面向车路协同的道路断面车流时变流量预测方法，将道路路段之间按照控制断面为间隔划分成若干个路段，通过将车流按照速度时变特性划分为若干车
队，分析确定各车队集合通过控制断面的运行特征参数以及车流驶入/驶出控制断面的运行特征参数，根据通过各控制断面时各车队的车流量情况，计算预测断面在预测时段的车流量；
[0083]
因此，本发明能在考虑车流时变特性的情况下，较为准确的计算道路断面的车流量情况，从而提升对道路断面车流时变流量准确感知能力，提升道路交通管理水平。
[0084]
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
[0085]
图1是本实施例的流程图；
[0086]
图2是本实施例步骤1)中一种路段控制断面划分示意图；
[0087]
图3是另一实施例中一种路段控制断面划分示意图；
[0088]
图4是另一实施例中第一车队行驶过程示意图。
具体实施方式
[0089]
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0090]
实施例1：
[0091]
本发明提供一种面向车路协同的道路断面车流时变流量预测方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0092]
1)构建基于预测时间跨度的道路断面初始车队
[0093]
根据所采集的车辆及道路相关数据，分别划分道路控制断面、确定道路数据采集回溯时段以及构建道路断面初始车队；
[0094]
具体为，
[0095]
1-1)划分道路控制断面
[0096]
将数据采集断面与预测断面之间的道路用控制断面作为间隔，共划分为w个断面如图2所示，并依次编号；
[0097]
1-2)确定道路数据采集回溯时段
[0098]
根据已采集的过去l天中预测时段([ts，te])内通过数据采集断面各车辆的瞬时车速，将第l天第j辆车通过数据采集断面的瞬时车速由小到大排列，得到第85％、15％车辆对应的车速v
85％
、v
15％
；并根据预测断面与数据采集断面之间的距离d
p
，计算出道路数据采集断面起、终点回溯时间根据起、终点回溯时间，计算出数据采集断面的回溯起、终点时刻t
s(b)
＝t
s-t
s(b)
、t
e(b)
＝t
e-t
e(b)
；
[0099]
1-3)构建道路断面初始车队
[0100]
根据已计算的数据采集断面回溯起、终点时刻时段([t
s(b)
，t
e(b)
])，按照断面车流时变流量预测的时间跨度δt(一般来说可以取1-5分钟)划分时段为m(b)个时间跨度；根据已统计的第m(b)个时间跨度中第n(b)辆车通过采集断面时的瞬时车速按照车速将
车辆从小到大进行编号根据已编号车辆情况按照每(k(b)可取5-10)的车辆划分成一档，形成具有速度差异的k(b)个车队，第m(b)个时段数据采集断面的k(b)个车队的集合
[0101]
2)计算道路数据采集断面车队运行特征参数；
[0102]
根据初始车队数据集中的车队集合情况，分别计算各时段内各车队的通过数据采集断面车辆数；根据初始车队数据集中的车辆瞬时车速，分别计算出各时段内各车队的平均车速；根据各车队车辆在数据采集断面的空间位置情况，分别计算出各时段各车队空间位置点距数据采集断面的水平距离，以计算各车队空间位置点通过数据采集断面的时刻；
[0103]
具体为，
[0104]
2-1)计算道路数据采集断面车队运行特征参数
[0105]
根据车队的车辆集合情况，计算第m(b)个时段初始车队在通过数据采集断面时的车辆数
[0106]
2-2)计算道路数据采集断面车队平均车速
[0107]
根据各车队车辆通过数据采集断面的瞬时车速分别计算出第m(b)时段内第k(b)个车队的平均车速
[0108]
2-3)计算道路数据采集断面车队到达时刻
[0109]
根据各车队车辆在数据采集断面的空间位置，采集时段终点时刻各车辆对应的空间位置与数据采集断面的水平距离根据各时段内各车队通过数据采集断面时的车辆数
[0110]
计算出第m(b)个时段内第k(b)车队在采集时段终点时刻的空间位置点距数据采集断面的水平距离
[0111]
根据数据采集断面回溯起时刻t
s(b)
，根据时段m(b)与断面车流时变流量预测的时间跨度δt，根据车队在采集时段终点时刻的空间位置点距数据采集断面的水平距离与该车队的平均车速
[0112]
计算出第m(b)个时段内第k(b)车队空间位置点通过数据采集断面的时刻
[0113]
3)计算道路控制断面重新排序车队的运行特征初始值；
[0114]
根据各车队在上一控制断面处的车队运行特征数据集情况，分别计算各车队到达当前控制断面的时刻初始值；根据各车队到达当前控制断面的时刻情况，分别重新排序出车队编号；根据各车队运行特征数据集情况，分别计算出来各车队对应的时刻初始值；根据当前控制断面重新编号车队情况，划分各时段内车队的车速初始区间范围；
[0115]
具体为，
[0116]
3-1)计算道路控制断面车队到达时刻初始值
[0117]
根据车队在控制断面(b)处的车队运行特征数据集根据已采集的控制断面b的空间位置点距控制断面(h)的水平距离d
(b)
，车队通过控制断面(b)时的时刻和平均速度
[0118]
计算各车队到第h个控制断面的时刻初始值计算各车队到第h个控制断面的时刻初始值
[0119]
3-2)重排道路控制断面通过车队
[0120]
根据各车队到达第h个控制断面的具体时刻的先后顺序，计算出所有车队最早到达出口匝道断面的起点时刻
[0121]
根据断面车流时变流量预测的时间跨度δt，重新划分出口匝道处的特征分析时段([th，th+δt)，[th+δt，th+2δt)，
…
，[th+(m(h)-1)δt，th+m(h)δt))；
[0122]
根据已划分的特征分析时段与各车队的平均车速按照平均车速将车队从小到大进行编号
[0123]
3-3)计算道路控制断面车队运行特征初始值
[0124]
根据各车队运行特征数据初始值的车流量重排后的平均车速与该车队在第(h-1)个控制断面的数值一致，计算出该车队到达第h个控制断面对应的时刻的初始值
[0125]
3-4)计算道路控制断面车队车速初始区间范围
[0126]
根据控制断面车队的重新编号划分第m(h)个时段通过第h个控制断面的车队车速初始区间范围为其中
[0127][0128]
4)计算车流驶出控制断面车队运行特征参数；
[0129]
根据各车辆驶出道路的车辆速度情况，划分各时段内各车辆的驶出车速排序；通过比较各时段车辆驶出车速与车队车速初始区间，重构车流驶出车队；根据重构后的各车队情况，重新计算驶出控制断面车队运行时变特征参数；
[0130]
具体为，
[0131]
4-1)统计车流驶出控制断面驶出车辆速度
[0132]
根据第r个控制断面为车流驶出控制断面与驶出道路车辆速度将第m(r)个时段有o(r)辆车驶出道路的车辆从小到大进行编号
[0133]
4-2)重构车流驶出控制断面通过车队
[0134]
根据对比车流驶出控制断面r的第m(r)个时段车辆驶出车速与车队包含车辆车速初始区间范围确定驶出车辆车速属于该时段内各车队的哪些车速初始区间，则这些驶出车辆就分别属于相应的车队；
[0135]
根据驶出车辆的所属车队情况，将控制断面r驶出车流中车队对驶出车辆剔除；
[0136]
4-3)计算车流驶出控制断面车队运行时变特征参数
[0137]
根据车队是否剔除车辆情况，对于没有剔除车辆的车队，则该车队无需重构，计算在驶出控制断面r处的车队运行特征初始值其中，表示该控制断面r处车队运行特征参数；
[0138]
根据车队是否剔除车辆情况，对于有剔除车辆的车队，则该车队按照重构后重新计算特征参数；根据车队中剔除1辆车情况与控制断面r处车队运行特征参数计算重构车队的平均车流量平均车速根据到达车流驶出控制断面r时车队距离第(r-1)个
控制断面的距离计算到达车流驶出控制断面的时刻计算到达车流驶出控制断面的时刻
[0139]
5)计算车流驶入控制断面车队运行特征参数；
[0140]
根据各车辆驶入道路的车辆速度情况，划分各时段内各车辆的驶入车速排序；通过比较各时段车辆驶入车速与车队车速初始区间，重构车流驶入控制断面的车队编号；根据重构后的各车队情况，重新计算驶入控制断面车队运行时变特征参数；
[0141]
具体为，
[0142]
5-1)统计车流驶入控制断面驶出车辆速度
[0143]
根据第g个控制断面为车流驶入控制断面与驶入道路车辆速度将第m(g)个时段有i(g)辆车驶出道路的车辆从小到大进行编号
[0144]
5-2)重构车流驶入控制断面通过车队
[0145]
根据对比车流驶入控制断面g的第m(g)个时段车辆驶入车速与车队包含车辆车速初始区间范围确定驶入车辆车速属于该时段内各车队的哪些车速初始区间，则这些驶出车辆就分别属于相应的车队；
[0146]
根据驶入车辆的所属车队情况，将控制断面g驶入车流中车队对驶入车辆增加；
[0147]
5-3)计算车流驶入控制断面车队运行时变特征参数
[0148]
根据车队是否增加车辆情况，对于没有增加车辆的车队，则该车队无需重构，计算在驶入控制断面g处的车队运行特征初始值其中，表示该控制断面g处车队运行特征参数；
[0149]
根据车队是否增加车辆情况，对于有增加车辆的车队，则该车队按照重构后重新计算特征参数；根据车队中剔除1辆车情况与控制断面r处车队运行特征参数计算重构车队的平均车流量平均车速根据到达车流驶入控制断面g时车队距离第(g-1)个控制断面的距离计算到达车流驶入控制断面的时刻
[0150]
6)预测道路断面车流时变流量；
[0151]
根据各车队在上一控制断面处的车队运行特征数据集情况，分别计算各车队到达预测断面的时刻初始值；根据各车队到达预测断面具体时刻与先后顺序情况，重构车流驶出预测断面的车队编号；通过各车队运行特征数据集，计算预测时段的车流量。
[0152]
具体为，
[0153]
6-1)计算车队通过道路预测断面时刻初始值
[0154]
根据控制断面w处的车队运行特征数据集根据控制断面w处的车队运行特征数据集与控制断面w和预测断面之间的距离d
(w)
，计算各车队到预测断面的时刻初始值
[0155]
6-2)重构道路预测断面通过车队
[0156]
根据预测起、终点时刻为时间范围[ts，te]与预测时间跨度δt，重新划分预测断面车流时变流量预测时段([ts，ts+δt)，[ts+δt，ts+2δt)，
…
，[t
e-δt，te])；
[0157]
根据已划分的各车队到达预测断面具体时刻与先后顺序，按照预测断面的分析时段以平均车速从小到大重新对各车队进行编号
[0158]
6-3)预测道路断面车流时变流量
[0159]
根据预测断面不涉及重构车队，预测断面与第w个控制断面的车队车流量、平均速度一致，确定预测断面处第m(p)个预测时段的车队运行特征数据集
[0160]
根据预测断面处第m(p)个预测时段的车队运行特征数据集计算预测断面第m(p)个预测时段的车流量
[0161]
实施例2：
[0162]
通过一个实例对本发明车路协同的道路断面车流时变流量预测方法给出进一步说明，图3所示为路段控制断面划分以及车流驶出、驶入控制断面示意图。下面根据本发明车路协同的道路断面车流时变流量预测方法具体步骤，计算获得目标预测断面的车流时变流量预测。
[0163]
s1：构建基于预测时间跨度的道路断面初始车队。
[0164]
s11：借助实际调研数据构建划分道路控制断面，具体是数据采集断面b、第一个控制断面h、车流驶入控制断面g、车流驶出控制断面r以及预测断面p如图3所示，其中各控制断面间距为20km；
[0165]
s12：通过采集某高速公路路段在2021年8月1日-2021年8月4日连续4天的运行数据，本实施例取10:00-11:00作为预测时段，通过数据采集断面各车辆的瞬时车速，得到85％车速为119km/h、15％车速为90km/h，并且确定预测断面与数据采集断面之间的距离d
p
为60km，由此可以计算出道路数据采集断面起、终点回溯时间t
s(b)
＝0.67h、t
e(b)
＝0.50h
[0166]
s13：构建道路断面初始车队
[0167]
借助已计算的数据采集断面回溯起、终点时刻时段([9:20，10:10])，本实施例取断面车流时变流量预测的时间跨度δt为5分钟，划分时段为10个时间跨度，则每个时间跨度中共采集到100辆车。
[0168]
借助已统计的第1(b)个时间跨度中第n(b)辆车通过采集断面时的瞬时车速(部分列举)如表1所示，按照车速将车辆从小到大进行编号(部分列举)如表1所示；根据已编号车辆情况本实施例按照k(b)取5，则每20％的车辆划分成一档，形成具有速度差异的5个车队，第m(b)个时段数据采集断面的5个车队的集合
[0169]
[0170]
[0171]
[0172][0173]
表1
[0174]
s2：计算道路数据采集断面车队运行特征参数；
[0175]
s21：计算道路数据采集断面车队运行特征参数，根据车队的车辆集合情况，计算第1(b)个时段初始车队在通过数据采集断面时的车辆数
[0176]
s22：计算道路数据采集断面车队平均车速，根据各车队车辆通过数据采集断面的瞬时车速计算出第1(b)时段内第k(b)个车队的平均车速计算出第1(b)时段内第k(b)个车队的平均车速
[0177]
s23：计算道路数据采集断面车队到达时刻，计算出第1(b)个时段内第k(b)车队在采集时段终点时刻的空间位置点距数据采集断面的水平距离采集时段终点时刻的空间位置点距数据采集断面的水平距离
[0178]
计算出第1(b)个时段内第k(b)车队空间位置点通过数据采集断面的时刻
[0179]
s3：计算道路控制断面重新排序车队的运行特征初始值；
[0180]
s31：计算道路控制断面车队到达时刻初始值
[0181]
根据车队在第h个控制断面处的车队运行特征数据集根据已采集的控制断面b的空间位置点距控制断面(h)的水平距离d
(h-1)
＝20km，车队通过b采集断面时的时刻和平均速度
[0182]
计算各车队到第h个控制断面的时刻初始值计算各车队到第h个控制断面的时刻初始值
[0183]
s32：重排道路控制断面通过车队
[0184]
借助各车队到达第h个控制断面的具体时刻的先后顺序，计算出所有车队最早到达出口匝道断面的起点时刻th＝9:28；
[0185]
借助断面车流时变流量预测的时间跨度δt，重新划分出口匝道处的特征分析时段([9:28，9:32)，[9:32,9:37)，
…
，[10:13，10:18))；
[0186]
借助已划分的特征分析时段与各车队的平均车速按照平均车速将车队从小到大进行编号
[0187]
s33：计算道路控制断面车队运行特征初始值
[0188]
借助各车队运行特征数据初始值的车流量平均车速与该车队在控制断面b的数值一致，计算出该车队到达控制断面h对应的时刻的初始值控制断面b的数值一致，计算出该车队到达控制断面h对应的时刻的初始值
[0189]
s34：计算道路控制断面车队车速初始区间范围
[0190]
借助s31控制断面车队的重新编号划分第1个时段通过控制断面h的车队车速初始区间范围为
[0191][0192]
s4：计算车流驶出控制断面车队运行特征参数；
[0193]
s41：统计车流驶出控制断面驶出车辆速度如表2所示，根据第r个控制断面为车流
驶出控制断面与驶出道路车辆速度如表2所示，将第1个时段有o(r)辆车驶出道路的车辆从小到大进行编号
[0194][0195]
表2
[0196]
s42：重构车流驶出控制断面通过车队
[0197]
借助s42计算得到的车驶出道路的车辆从小到大进行编号确定驶出车辆车速属于该时段内各车队的哪些车速初始区间，则这些驶出车辆就分别属于相应的车队；
[0198]
根据驶出车辆的所属车队情况，将控制断面r驶出车流中车队对驶出车辆剔除，则如表2所示，车队应剔除7辆，车队应剔除3辆；
[0199]
s43：计算车流驶出控制断面车队运行时变特征参数
[0200]
根据车队是否剔除车辆情况，对于没有剔除车辆的车队，则该车队无需重构，计算在驶出控制断面r处的车队运行特征初始值其中，表示该控制断面r处车队运行特征参数；
[0201]
根据车队是否剔除车辆情况，对于有剔除车辆的车队，则该车队按照重构后重新
计算特征参数；根据车队中剔除1辆车情况与控制断面r处车队运行特征参数计算重构车队的平均车流量平均车速平均车速
[0202]
借助到达车流驶出控制断面r时车队距离第(r-1)个控制断面的距离计算到达车流驶出控制断面r的时刻
[0203]
s5：计算车流驶入控制断面车队运行特征参数；
[0204]
s51：统计车流驶入控制断面驶出车辆速度如表3所示，借助第g个控制断面为车流驶入控制断面与驶入道路车辆速度将第1(g)个时段有i(g)辆车驶出道路的车辆从小到大进行编号
[0205][0206][0207]
表3
[0208]
s52：重构车流驶入控制断面通过车队
[0209]
对比车流驶入控制断面g的第m(g)个时段车辆驶入车速与车队包含车辆车速初始区间范围确定驶入车辆车速属于该时段内各车队的哪些车速初始区间，则这些驶入车辆就分别属于相应的车队；
[0210]
s53：计算车流驶入控制断面车队运行时变特征参数
[0211]
借助车队是否增加车辆情况，对于没有增加车辆的车队，则该车队无需重构，计算
在驶入控制断面g处的车队运行特征初始值在驶入控制断面g处的车队运行特征初始值其中，表示该控制断面g处车队运行特征参数；
[0212]
借助车队是否增加车辆情况，对于有增加车辆的车队，则该车队按照重构后重新计算特征参数；计算重构车队的平均车流量平均车速平均车速根据到达车流驶入控制断面g时车队距离第(g-1)个控制断面的距离计算到达车流驶出控制断面的时刻刻
[0213]
s6：预测道路断面车流时变流量；
[0214]
s61：计算车队通过道路预测断面时刻初始值
[0215]
借助控制断面w处的车队运行特征数据集借助控制断面w处的车队运行特征数据集与控制断面w和预测断面之间的距离d(w)，如图4所示为车队行驶过程示意图，计算各车队到预测断面的时刻初始值行驶过程示意图，计算各车队到预测断面的时刻初始值
[0216]
s62：重构道路预测断面通过车队
[0217]
借助s13已划分的预测起、终点时刻为时间范围[9:20，10:10]与预测时间跨度δt为5分钟，重新划分预测断面车流时变流量预测时段([ts，ts+δt)，[ts+δt，ts+2δt)，
…
，[t
e-δt，te])；
[0218]
借助已划分的各车队到达预测断面具体时刻与先后顺序，按照预测断面的分析时段以平均车速从小到大重新对各车队进行编号
[0219]
s63：预测道路断面车流时变流量
[0220]
根据预测断面不涉及重构车队，预测断面与第w个控制断面的车队车流量、平均速度一致，确定预测断面处第m(p)个预测时段的车队运行特征数据集
[0221][0221][0221]
[0222]
借助预测断面处第1个预测时段的车队运行特征数据集计算预测断面第1个预测时段的车流量q
1(p)
＝79。