一种分段式城市道路交通状态估计方法
【专利摘要】本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种分段式城市道路交通状态估计方法。本发明的方法包括：(1)根据全路段中交通流检测器所处的不同位置，将全路段分为上游路段、中游路段和下游路段3个子路段；(2)运用速度一流量多项式交通流模型分别计算各子路段的速度；(3)根据各子路段的速度计算全路段的平均速度；(4)根据全路段的平均速度计算道路交通状态；(5)计算模型可根据交通流检测器数量的增减进行扩展。本发明技术方案能够克服速度和流量转化过程中存在的二义性问题，有效提高道路交通状态预测的准确性和可靠性。
【专利说明】
一种分段式城市道路交通状态估计方法
技术领域
[0001] 本发明涉及智能交通技术领域，具体涉及一种分段式城市道路交通状态估计方 法。
【背景技术】
[0002] 城市道路交通面临交通安全、交通拥挤、交通污染等一系列挑战，交通管理部门和 社会公众对城市交通运行状态的关注度持续增加。通常，依据路段平均速度来衡量道路交 通状态。目前，各城市在道路上普遍安装了线圈、微波和卡口等多种类型的交通流检测器， 此外还在大量公交车、出租车上部署车载GPS以获取交通流数据。以上交通流检测器基 本都能较为准确的测量车流量，但要想准确地转化成道路平均速度，则需要依靠合适地速 度-流量交通流模型。
[0003] 在对速度-流量交通流模型的研究和实践过程中，本发明的发明人发现：在速度 和流量的转化过程中，存在一定的二义性，它直接影响着道路平均速度估计的准确性。比如 传感器检测到流量较少时，道路平均速度可能较快，因为通过的车辆较为稀疏，车速较快， 但数量较少；同时，道路平均速度也可能较慢，因为车速较慢导致了车辆通过的数量较少。 但是，这一现象在路段的不同位置，却有着不同的表现。比如，入口车流较少时，大多是车速 较快的情况；出口车流较少时，大多是车速较慢的情况；道路中部和入口车流都较少，则车 速快的可能性就更高。这说明考虑到传感器的位置信息，细分不同位置的速度流量转换参 数，有助于提高速度和流量转化的准确性。因此，进行城市道路交通状态预测时，有必要考 虑路段中位置不同导致的速度和流量对应关系的不同。
【发明内容】
[0004] 针对交通状态估计时速度和流量转化存在的二义性问题，本发明提供了一种分段 式城市道路交通状态估计方法。所述技术方案如下：
[0005] -种分段式城市道路交通状态估计方法，所述方法包括：
[0006] 步骤 1 :
[0007] 根据全路段中固定交通流检测器所处的不同位置，将全路段等分为3个子路段， 其中靠近路段入口的一段称之为上游路段，靠近路段出口的一段称之为下游路段，剩下的 一段称之为中游路段。
[0008] 步骤 2 :
[0009] 针对步骤1所述的上游路段、中游路段、下游路段，通过各路段中固定型交通流检 测器观测到的流量、速度历史数据，采用最小二乘法估计得到交通流模型参数a、b、c和d， 即：
[0010] u = a- (b X q-c)d (1)
[0011] 式中，q表示单位时间内通过某个路段的流量。
[0012] 步骤 3:
[0013] 根据步骤1的路段分段和步骤2计算得到的模型参数，采用不同位置交通流检测 器实测的流量计算对应位置的平均通行速度，其公式为：
[0014] 1^= a-(b X q「c)d (2)
[0015] 式中，1表示速度和流量都是在距离路口 1时观测到的结果。
[0016] 步骤 4:
[0017] 根据步骤3中计算得到的全路段中不同位置（或不同分段）的通行速度计算全路 段的平均通行速度，即：
[0018] u = (^u,dl)/L (3)
[0019] 式中，L表示路段长度。将式（2)代入式（3)，得到：
[0020] u = (J〇 ^a-(bxqt -c)d]c//)/L (4)
[0021] 式中，u即为根据路段中不同位置观测到的交通流量计算得到的全路段平均速度。
[0022] 在实际应用中，由于不可能获得路段上每个位置的速度流量变化情况，式（4)可 以简化为：
[0023] u^Y!HLldi(a-( bx<h-cy)/L (5)
[0024] 式中，A为各分段交通流检测器对计算路段平均速度的权重。&可以采用真实数据 自动拟合估计方法得到。
[0025] 步骤 5 :
[0026] 建立流量-速度-状态的转换方程，将式（5)中的道路平均速度映射到状态域的 结果，映射函数为DSS，即：
[0027] S = d^SSia -(bxqi-c)d)/L (6)
[0028] 式中，S表示道路的交通状态，3,表示各交通流检测器对计算道路交通状态的权 重。
[0029] 当路段中新增加（或减少）n个交通流检测器时，需要对式（6)增加（或减少）交 通流检测器覆盖分段的速度_流量转换结果，即：
[0030] 从=d, DSS (a - (b x q, - c)d ) / (L ± n) (7)
[0031] 本发明实施例提供的技术方案的有益效果在于：通过路段中不同位置的交通流检 测器对勘测路段进行划分，再根据所观测到的交通流量分别计算各子路段平均速度，最后 对各分段的交通状况进行累积计算得到全路段的道路交通状况，这样即可克服速度和流量 转化过程中存在的二义性问题，从而提高道路交通状态预测的准确性和可靠性。
【附图说明】
[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图图2仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得 其它的附图。
[0033] 图1是本发明的交通状态估计方法的计算流程图。
[0034] 图2是本发明的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0035] 下面将结合本发明实施例中的附图图2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其 它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036] 图2所示的杭州市某路段，该路段安装了高清卡口 1、微波2和地感线圈3三类交 通流检测器，其中卡口 1安装在路段的入口附近，微波2安装在路段中部附近，地感线圈3 安装在路段的出口附近。在一个周期内测得的通过高清卡口 1、微波2和地感线圈3所在安 装位置区域的车流量为qb、qw、q。。
[0037] 步骤 1 :
[0038] 根据全路段中固定交通流检测器所处的不同位置，将全路段等分为上游路段、中 游路段和下游路段3个子路段。
[0039] 步骤 2 :
[0040] 采用多项式模型来描述城市道路中交通流处于稳定流和阻塞流阶段时的速度和 流量关系，其基本形式为：
[0041 ] u = a- (b X q-c)d (8)
[0042] 式中，q表示单位时间内通过某个路段的流量，u表示该时段内该路段的平均通 行速度。由于高清卡口 1、微波2和地感线圈3等固定型交通流检测器在全路段中所处 位置为已知，首先采用类似道路的参数初始化模型，然后采用固定型交通流检测器所在观 测点历史道路流量和速度数据进行参数调整，最终得到该路段的模型参数为a = 66. 1、b =-4. 5e_2、c = 1. 6 和 d = 0? 2。
[0043] 步骤 3 :
[0044] 上游路段高清卡口 1、中游路段微波2和下游路段地感线圈3等不同位置的平均通 行速度可由相应位置交通流检测器所测得的流量计算得到： uh=a-(bxqh-c)d
[0045] < uw=a-(bxqw-c)d (9) uc=a-(bxqc-c)d
[0046] 式中，q^Ui (i = b、w、c)分别表示高清卡口 1、微波2和地感线圈3所在位置处观 测到的速度和流量。
[0047] 步骤 4 :
[0048] 全路段的平均通行速度可由该路段中高清卡口 1、微波2和地感线圈3所处位置处 的通行速度决定，换言之此路段整体平均通行速度是各个分段整合的结果，即：
[0049] u = (^u,dl)/L (10)
[0050] 式中，L表示路段长度。为了表示局部流量和道路平均速度的对应关系，将式（9) 代入式（10)，得到：
[0051] u = (|：[^ -(bxqi-c)dyi)/L (11)
[0052] 式中，u即为根据路段中不同位置观测到的交通流量计算的路段平均速度。
[0053] 式（11)中存在积分计算过程，即需要知道每个分段的道路交通情况。在实际应用 中，不可能获得路段上每个位置的速度流量变化情况。因此，模型可以简化为：
[0054] u = '^l/^dl(a-(bxql-c)d)/3 (12)
[0055] 式中，A为各位置交通流检测器对计算路段平均速度的权重。&可以采用真实数据 自动拟合估计方法得到。
[0056] 步骤 5 :
[0057] 建立流量-速度-状态的转换方程，将式（12)中的道路平均速度映射到状态域的 结果，映射函数为DSS，即：
[0058] ^ = Elli diDSS(a ~(bxqi-c)d)/3 (13)
[0059] 式中，S表示道路的交通状态，A表示各交通流检测器对计算道路交通状态的权 重。
[0060] 当路段中新增加（或减少）n个交通流检测器时，需要对模型进行调整，即增减传 感器覆盖分段的速度流量转换结果。比如，道路中新增一辆GPS浮动车即认为新增一个交 通流检测器。GPS浮动车可能行驶在路段的任何位置，因此可以采集路段上多个分段的交通 数据。如图2所示，新增3辆装载GPS的出租车浮动车4、浮动车5、浮动车6,即新增1 = 4、5、6表示GPS数据覆盖的路段，则简化后的公式可以表示为：
[0061] u = d,DSS(a -{bxqi-c)d)l6 (14)
[0062] 以上对本发明实施例所提供的一种分段式城市道路交通状态估计方法进行了详 细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据 本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种分段式城市道路交通状态估计方法，其特征在于，包括： 步骤1 : 根据全路段中固定交通流检测器所处的不同位置，将全路段等分为3个子路段，其中 靠近路段入口的一段称之为上游路段，靠近路段出口的一段称之为下游路段，剩下的一段 称之为中游路段。 步骤2 : 针对步骤1所述的上游路段、中游路段、下游路段，通过各路段中固定型交通流检测器 观测到的流量、速度历史数据，采用最小二乘法估计得到交通流模型参数a、b、c和d，即： u = a- (b X q-c)d (I) 式中，q表示单位时间内通过某个路段的流量。 步骤3 : 根据步骤1的路段分段和步骤2计算得到的模型参数，采用不同位置交通流检测器实 测的流量计算对应位置的平均通行速度，其公式为： U1= a_(bXq「c)d (2) 式中，1表示速度和流量都是在距离路口 1时观测到的结果。 步骤4 : 根据步骤3中计算得到的全路段中不同位置（或不同分段）的通行速度计算全路段的 平均通行速度，即：(3) 式中，L表示路段长度。将式（2)代入式（3)，得到：(4) 式中，U即为根据路段中不同位置观测到的交通流量计算得到的全路段平均速度。 在实际应用中，由于不可能获得路段上每个位置的速度流量变化情况，式（4)可以简 化为：(5) 式中，A为各分段交通流检测器对计算路段平均速度的权重。A可以采用真实数据自动 拟合估计方法得到。 步骤5 : 建立流量-速度-状态的转换方程，将式（5)中的道路平均速度映射到状态域的结果， I^i Hn HQQ 曰 Π .(6) 式中，s表示道路的交通状态，4表示各交通流检测器对计算道路交通状态的权重。2. 根据权利要求1所述的基于路段分段的城市道路交通状态估计方法，还包括： 当路段中新增加（或减少）η个交通流检测器时，需要对式（6)增加（或减少）交通流 检测器覆盖分段的速度-流量转换结果，即： (7)
【文档编号】G08G1/01GK105894809SQ201410827140
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月25日
【发明人】夏莹杰, 刘强, 单振宇, 周国民
【申请人】杭州远眺科技有限公司, 浙江警察学院