专利名称：一种区域交通状态评价方法
技术领域：
本发明涉及交通状态评价领域，具体是一种从城市区域路网道路交通指标参数中提取信息，并判断区域路网范围内是否存在拥堵以及拥堵程度的区域交通状态评价方法。
背景技术：
随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国机动车数量迅速增长，道路交通流量的激增导致城市拥堵日益严重。智能交通，作为解决现代交通需求与供给矛盾的首要途径，其有效的工程实施不仅有利于提高当前道路使用效率、增强车辆的安全性，而且有助于城市土地资源与能源的合理利用以及环境污染的改善。道路交通状态识别作为智能交通系统中的前端技术，是指通过运用科学的方法对交通流特征参数进行分析与处理，对交通拥挤事件做出判断，以减少其对正常交通的影响，保证道路畅通。如何根据现有的交通信息资源对城市路网交通状态进行有效的评估，准确把握交通拥堵及其演变规律，是保证智能交通系统顺利实施的先决条件。现有的交通状态评价技术都是在路段层次上，针对某单一路段或干线以及单一交叉口或交叉口群实现交通拥堵的状态判别。然而，城市区域化建设与发展进程的加快使城市中产生了中央商贸区(CBD)、工业区、住宅区等有不同特性的城市区域，这些区域已成为继某些关键路段或路口之后交通监控与管理的重点。在区域路网层次上进行有效的交通状态评估和管理，可以为道路出行者提供更加直观、全面的区域交通拥堵发生及演变规律信息，同时也可以为道路管理者提供可靠的区域交通控制与交通诱导的依据。城市区域交通状态评估已成为道路交通状态识别技术的重要研究内容之一。路段和交叉口是组成区域路网的基本元素，区域交通拥挤也首先体现在路段或交叉口上。不同类型的道路或交叉口对所在区域的交通拥挤的影响是不同的。传统的区域交通评价体系中，各路段对所在区域拥挤状态的影响程度通常是由专家评分法确定。用该方法确定路段的影响权重时，往往是根据路段的一个指标(如交通流量)或多个指标进行专家打分得到，具有较强的主观性，易导致评价结果与实际的路况不一致。另外，基于传统方法建立的评价模型的结构相对复杂，不易实现或运算成本过大，进而造成资源浪费。
发明内容
本发明旨在克服现有区域路网拥堵评价技术中主观性强、模型复杂等缺点和不足，为区域交通拥堵提供一种客观、简便的区域交通状态评价方法。它主要是在已知道路交通信息参数的基础上，对选定的评价指标数据样本集进行主成分分析，确定各个路段的拥堵影响权重，然后利用模糊综合评价法实现对区域交通状态的定量评价，为道路使用者和道路管理者提供更加直观的城市区域路网拥堵等级与拥堵指数的刻画。本发明是一种区域交通状态评价方法，主要通过如下步骤实现步骤(I):提出一种适合于区域路网环境下的路段划分方式，根据城市路网拓扑结构和道路等级对区域路网内的路段进行整合，以整合后的路段作为评价影响区域拥挤状况的基本单元；步骤⑵基于整合路段建立单向平均行程时间为指标的评价体系，采集实时道路平均行程时间信息，建立实时信息数据库；步骤(3):对路段历史平均行程时间信息进行主成分分析，提取主成分并计算各个路段的权重，该权重作为区域路网交通状态模糊综合评价的指标权重；步骤(4):建立不同路段的模糊评判集并运用梯形隶属度函数进行路段单因素评价，结合步骤(3)所确立的权重，以 加权法进行模糊综合评判，最后以隶属度最大原则确定路网的拥堵状态，给出拥堵指数；步骤(5):对实际路网进行评价，实现区域拥堵等级判别并量化。所述步骤(I)中，为减少路段划分数量过多而带来的误差，降低数据处理复杂程度，本发明提出了一种适合于区域路网环境下的路段划分方式，实现方法为综合考虑路网中的道路拓扑结构和交通流的相似性，将多个路口包含在一个路段内考虑，即待研究区域范围内同一条道路所包含的所有交叉口和所有交叉口之间的路段合并为一个路段单元，称之为整合路段，并用整合路段作为影响区域拥堵的基本单元进行交通状态的估计，整合路段模型如附图
I所示。所述步骤(2)中，实时信息数据库的建立过程为①路段平均行程时间的计算公式为
权利要求
1.一种区域交通状态评价方法，其特征是，主要通过如下步骤实现 步骤(I):根据城市路网拓扑结构和道路等级对区域路网内的路段进行整合，以整合路段作为判别区域拥挤的基本单元； 步骤(2):基于整合路段建立单向平均行程时间为指标的评价体系，采集实时道路平均行程时间信息，建立实时信息数据库； 步骤(3):对路段历史平均行程时间信息进行主成分分析，提取主成分并计算各个路段的权重，该权重作为区域路网交通状态模糊综合评价的指标权重； 步骤(4):建立不同路段的模糊评判集并运用梯形隶属度函数进行路段单因素评价，结合步骤(3)所确立的权重，以加权法进行模糊综合评判，并以隶属度最大原则确定路网的拥堵状态，给出拥堵指数； 步骤(5):对实际路网进行评价，实现区域交通拥堵等级判别并量化。
2.根据权利要求I所述的评价方法，其特征是，所述步骤(I)中，为减少路段划分数量过多而带来的误差，并降低数据处理复杂程度，对区域路网环境下的路段划分方式为综合考虑路网中的道路拓扑结构和交通流的相似性，将多个路口包含在一个路段内考虑，即待研究区域范围内同一条道路所包含的所有交叉口和所有交叉口之间的路段合并为一个路段单元，称之为整合路段，并用整合路段作为影响区域拥堵的基本单元进行交通状态的估计。
3.根据权利要求I所述的评价方法，其特征是，所述步骤(2)中，实时信息数据库的建立过程为 ①路段平均行程时间计算公式为
4.根据权利要求I所述的评价方法，其特征是，所述步骤(3)中，主成分分析法确定权重的步骤如下 ①计算样本协方差矩阵及其特征值和特征向量 首先确定样本平均行程时间矩阵的协方差矩阵，然后通过对协方差矩阵进行QR分解求得协方差矩阵的特征值，设为A1S A2SKS X 2N;同时利用反幂法计算协方差矩阵不同特征值所对应的特征向量，并正交单位化，记之为~ e2, K，e2N ； ②提取主成分根据步骤①所得到协方差矩阵的特征值和特征向量，计算路网内各路段平均行程时间样本矩阵T的第i个主成分Yi,公式为
5.根据权利要求I所述的评价方法，其特征是，所述步骤(4)中模糊综合评价步骤如下 ①建立评价因素集，即路网内各个道路不同方向的车辆平均行程时间集； ②建立评判集，即根据《城市道路交通管理评价指标体系(2008年版)》给出的高峰时段主干道车速等级分布，参照步骤(2)中平均行程时间评价指标，将路网交通状态分为畅通、正常、缓慢、拥堵和严重拥堵五个等级； ③单因素评价，即对组成区域路网的每一个路段进行评价分级；根据具体每个路段的道路等级状况和路段长度，对每个路段交通状态进行五等级划分，并确定隶属度函数，进而得到模糊关系矩阵，记为R ; ④模糊综合评价，即根据获得的权重矩阵W和模糊关系矩阵R，对所选定的区域路网交通状态进行模糊综合评价，评判集记为B，评价公式为 B = WoR = (b1； b2, b3, b4, b5) 其中，评判集中的匕、b2、b3、b4、b5分别代表畅通、正常、缓慢、拥堵和严重拥堵，模糊算子采用加权法，评价结果遵循最大隶属度原则。
6.根据权利要求I所述的评价方法，其特征是，所述步骤(5)中，对实际路况分析并实现拥堵评价，实现过程如下在电子地图上选取一定区域范围的路网，首先基于离线历史数据所述步骤(3)对该区域路网交通信息进行主成分分析，得到路段影响权重，然后利用所述步骤(4)对所在区域进行实时拥堵评价，评价结果为区域拥堵等级和拥堵指数。
全文摘要
本发明公开了一种客观、简便的区域交通状态评价方法。其方法为1)将区域路网内的路段进行预处理，以整合路段进行交通状态的估计和评价；2)选取路段平均行程时间为评价指标，以体现出不同路段的特征差异；3)对历史平均行程时间数据进行主成分分析，提取样本主成分，并求取各个路段的影响权重；4)建立评价因素集、评判集，对不同路段进行单因素评价，结合所确定的权重，对整个城市区域路网拥堵状态进行模糊综合评价；5)对实际路网进行评价，实现区域拥堵等级判别并量化。它有效克服了人的主观因素对交通状态评价的不利影响，评价结果客观合理，方法思路清晰、简单可行，对区域交通状态监控和管理有重要意义。
文档编号G08G1/00GK102637357SQ20121008422
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者刘海青, 吴磊, 杨立才, 王德伟 申请人:山东大学