用于过渡路段的交通阻塞时间计算方法与流程

本发明属于城市交通信息化技术领域，具体涉及一种用于过渡路段的交通阻塞时间计算方法。

背景技术：

随着社会经济的高速发展、人口的持续增长以及人民生活水平的逐渐提高，我国机动车保有量也正以前所有未有的速度增加。庞大的机动车数量使得城市道路及其交通设施不堪重负，局部甚至大面积的交通拥堵时常发生。从交通拥堵发生的空间来看，城市道路交通拥堵现象往往是从路网某一交叉口开始，表现为交叉口某一出口道车辆排队过长，并连续多周期得不到有效的消散，车辆排队有进一步向上游蔓延甚至延伸至上游交叉口内的态势，可能会出现车辆排队溢流现象。上述拥堵现象尤其多发于过渡路段处。过渡路段又称瓶颈路段，是指公路上突然变狭窄的路段，或因高速公路部分路段有施工或发生事故时封闭某些车道后，从而使该路段短暂成为过渡区；或直接以高架桥出口匝道或高架桥入口匝道的形式天然存在。目前防止该过渡路段产生阻塞现象的通用手段，多采用视频监控、统一限速或限速牌固定安装的方法。统一限速或限速牌固定安装的方式不仅极大的降低了原有应当高效率运行的高架桥的运营效率，同时更容易因前车看到限速牌而突然减速，进而引发后车追尾等问题，致使行驶安全性无法得到有效保证。通过视频监控方法来适时的判断城市道路交通拥堵状况，存在着预警效率低、准确度差甚至是无法预警等诸多缺点。

随着城市交通科学的发展，研究由于过渡路段产生交通拥堵而造成的阻塞时间，可以为交通组织优化控制提供信息；阻塞时间的确定，更是有利于高架桥上游路段制定很明确的管控时间和空间节点，也就是在什么时间什么位置采取什么的交通管控措施。因此，如何寻求一种更为科学化、精确化和客观化的适用于过渡路段的交通阻塞时间计算方法，使之能够便捷实现相对上述过渡路段的交通堵塞时间的计算目的，进而可针对性的实现对上游路段乃至整个交通区域的交通管控目的，提升交通管网的通行效率，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的为克服上述现有技术的不足，提供一种操作便捷且实用性高的用于过渡路段的交通阻塞时间计算方法，从而当交通拥堵有可能发生或者已经发生，甚至有可能进一步扩散的时候，交通指挥中心可根据所获得数据而提前提醒司机合理安排车速或重新选择出行路径，进而在保证过渡路段安全运营的前提下，实现其最大的通行能力。甚至在必要时，可根据不同的交通阻塞时间采取不同的应急措施，以保证整个交通系统在日常运营中的可靠运行，这对缓解干道交通过渡的拥堵程度，减少交通拥堵带来的负面效应，均可起到有利影响。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于过渡路段的交通阻塞时间计算方法，包括以下步骤：

1)、安装并调试雷达检测器，包括：

在指定的过渡路段的上游路段处布设一个雷达检测器，用于检测上游路段处与该过渡路段同一行车方向上的车流量数据及所有车辆行驶速度数据；

在该过渡路段处布设一个雷达检测器，用于检测该过渡路段的车流量数据及所有车辆行驶速度数据；

在指定的过渡路段的下游路段处布设一个雷达检测器，用于检测下游路段处与该过渡路段同一行车方向的车流量数据及所有车辆行驶速度数据；

2)、以分钟为单位设定一个采样周期c，以如下计算方式获得上游路段的断面流量Q₁：

Q₁＝∑q₁*60/c

其中：

q₁是一个采样周期c中，在上游路段处雷达检测器所获取的车辆流量数，单位：辆；

Q₁是上游路段的断面流量，单位：辆/h；

以如下计算方式获得下游路段的断面流量Q₃：

Q₃＝∑q₃*60/c

其中：

q₃是一个采样周期c中，在下游路段处雷达检测器所获取的车辆流量数，单位：辆；

Q₃是下游路段的断面流量，单位：辆/h；

3)、在过渡路段的设计通行能力和过渡路段实际营运时的最大通行能力中，取相对最大的那个值作为过渡路段通行能力，计算公式如下：

Q₂＝max(Q_d,Q_r)

其中：

Q₂是过渡路段通行能力，单位：辆/h；

Q_d是过渡路段的设计通行能力，单位：辆/h，该值为常量；

Q_r是过渡路段的实际营运时最大通行能力，单位：辆/h；在现有的通行道路条件下，也即道路条件不变，车道数、车道宽、渠化不变的情况下，将该过渡路段处雷达检测器采集的所有车流量进行统计分析，取相对最大的那个值，获得所述Q_r，具体计算公式如下：

Q_r＝max(Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i)

以所述采样周期c划分连续的时间段，Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i为过渡路段第1，2，3，…，i个采样周期中所获取的断面流量；

4)、计算排队持续时间t：

排队持续时间，也就是过渡路段从拥堵开始到恢复畅通所经过的时间，计算公式如下：

t＝c*Δn/60

其中：

t是排队持续时间，单位：h；

c是采样周期，单位：min；

以过渡路段所在的道路等级在路段交通运行等级划分表中处于基本畅通时的最小值为畅通判断阈值，以过渡路段所在的道路等级在路段交通运行等级划分表中处于严重拥堵时的对应值为畅通判断阈值；Δn是该雷达检测器所在路段断面处的车辆从车速低于拥堵判断阈值提升至车速等于畅通判断阈值所经过的采样周期数；

5)、计算排队消散时间t′,计算公式如下：

t′＝(Q₂-Q₁)*t/(Q₃-Q₂)

其中：

t′是排队消散时间，也即排队车辆全部疏散完毕所消耗的时间，单位：h；

t是排队持续时间，单位：h；

Q₁是上游路段的断面流量，单位：辆/h；

Q₂是过渡路段的通行能力，单位：辆/h；

Q₃是下游路段的断面流量，单位：辆/h；

6)、以如下公式计算交通阻塞时间T：

T＝t+t′

其中：

T为交通阻塞时间，单位：h；

t为排队持续时间，单位：h；

t′为排队消散时间，单位：h。

所述步骤2)中，取一个采样周期为5分钟。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明抛弃了传统的以单纯视频观测或限速牌等方式来进行过渡路段管控所带来的诸多缺陷，转而另辟蹊径的通过检测器布设及客观化的数据处理来得到阻塞时间，进而实现了对过渡路段的通行能力的标定和排队持续时间的预估计算目的。由于过渡路段的交通拥堵是因道路条件引起的，是可以预知的，通过提前在该过渡路段处布置三道雷达检测器，即可便捷化的完成对该过渡路段的提前布控，之后依靠本发明的计算流程来直接获得相应的交通阻塞时间，最终为确定可行的匝道信号控制策略和交通组织方案提供第一手精确资料。

通过上述方案，当交通拥堵有可能发生或者已经发生，甚至有可能进一步扩散的时候，利用所获取的交通阻塞时间及相应计算数据，交通指挥中心可提前提醒司机合理安排车速或重新选择出行路径，从而在保证过渡路段安全运营的前提下，实现其最大的通行能力。甚至在必要时，可根据不同的交通阻塞时间采取不同的应急措施，以保证整个交通系统在日常运营中的可靠运行，这对缓解干道交通过渡的拥堵程度，减少交通拥堵带来的负面效应，均可起到有利影响。本发明的计算过程简洁，客观性强，且现场只需预装三道雷达检测器即可完成前置准备，便捷化程度极高，同时操作灵活多变而适用面广，预测准确度亦可得到有效保证，这显然对提升过渡路段乃至整个交通管网的通行效率有着良好促进作用。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

为便于理解，此处结合附图1对本发明的具体实施步骤作以下描述：

如图1所示，一种过渡路段的交通阻塞时间计算方法，包括：

1)、雷达检测器点位设计及安装调试；

2)、路段断面流量的计算；

3)、过渡路段通行能力的标定；

4)、排队持续时间的计算；

5)、排队消散时间的计算；

6)、交通阻塞时间的计算。

雷达检测器点位设计及安装调试，是指在过渡路段的上游路段处布设一个雷达检测器，用于检测上游路段处与过渡路段同车流方向的车流量数据及车辆速度数据。同理，在在过渡路段处布设一个雷达检测器，用于检测该过渡路段的车流量数据及车辆速度数据。在下游路段处布设一个雷达检测器，从而用于检测该下游路段的车流量数据及车辆速度数据。

路段断面流量的计算，是指上游路段的断面流量和下游路段的断面流量的计算。因为雷达检测器的实时回传的车流量数据和相应车辆速度数据是按照采样周期来的，是单个车道的流量数据，故路段断面流量计算方法如下：

Q_j＝∑q*60/c

其中：

q是一个采样周期中相应雷达检测器在对应路段处所获取的车辆流量数，单位：辆；

Q_j是对应路段的断面交通流量，单位：辆/h。

当将一个采样周期c设定为5分钟时：

Q_j＝∑q*60/5＝∑q*12

上式具体表现在相应路段的断面流量计算中时，如下：

以如下计算方式获得上游路段的断面流量Q₁：

Q₁＝∑q₁*60/c

其中：

q₁是一个采样周期c中，在上游路段处雷达检测器所获取的车辆流量数，单位：辆；

Q₁是上游路段的断面流量，单位：辆/h。

以如下计算方式获得下游路段的断面流量Q₃：

Q₃＝∑q₃*60/c

其中：

q₃是一个采样周期c中，在下游路段处雷达检测器所获取的车辆流量数，单位：辆；

Q₃是下游路段的断面流量，单位：辆/h；

路段通行能力是指该路段能够通行车辆的最大容量，也就是该路段的能够承受的交通量。目前的路段通行能力大多直接取设计通行能力。然而，在实际应用中，由于设计环节对交通量的预估可能会存在偏差，进而造成设计通行能力估计比实际通行能力小很多。例如在设计阶段，新建道路的通行能力的计算主要是依据于OD调查及交通量预测。OD调查范围很广，也很少有设计单位花大力气去调查真实的OD出行。同时，交通量预测的时候需要设置交通增长率，这个增长率又主要是依赖于经验法，与真实的交通增长率必然存在较大的误差。因此，为了确保过渡路段的通行能力的取值准确性，在此提出了取过渡路段的设计通行能力和实际营运时最大通行能力中相对最大的那个值作为过渡路段通行能力，计算公式为：

Q₂＝max(Q_d,Q_r)

Q₂是过渡路段的通行能力，单位：辆/h；

Q_d是过渡路段的设计通行能力，单位：辆/h，这个值是常量。每个路段施工完成后，其归档的设计档案中会有上述设计通行能力。如果没有档案，则可以参考《公路工程技术标准》取值；

Q_r是过渡路段的实际营运时最大通行能力，单位：辆/h。

Q_r是通过检测器历史数据计算得到，即在现有的通行道路条件下(道路条件不变，车道数、车道宽、渠化不变)，将该路段处雷达检测器所采集的各个采样周期的车流量数据进行统计分析，找出最大的车流量值，公式如下：

Q_r＝max(Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i)；

Q_2i是过渡路段第i个采样周期获取的断面流量。

而排队持续时间t，也就是过渡路段从拥堵时恢复到正常畅通时所经过的时间。

t＝c*Δn/60

其中：t是排队持续时间，单位：h；

c是采样周期，单位：min；

以过渡路段所在的道路等级在路段交通运行等级划分表中处于基本畅通时的最小值为畅通判断阈值，以过渡路段所在的道路等级在路段交通运行等级划分表中处于严重拥堵时的对应值为畅通判断阈值；Δn是该雷达检测器所在路段断面处的车辆从车速低于拥堵判断阈值提升至车速等于畅通判断阈值所经过的采样周期数。

持续时间计算具体的方法是：雷达检测器可以实时获取一个采样周期内在该雷达检测器所在断面处的车辆行驶速度。根据车辆行驶速度可以判断交通状态，当行驶速度低于拥堵判断阈值时开始记录，到行驶速度高于畅通判断阈值时结束，这期间持续的采样周期数就是Δn。拥堵判断阈值和畅通判断阈值的确定参考《DB11/T 785-2011城市道路交通运行评价指标体系》及《DB33/T 998-2016城市道路交通运行状态评价规范》中给出的路段交通运行等级划分表。具体取值时，需注意各阈值的取值要与过渡路段所在的道路等级一一对应。

上述各阈值的具体确定来源见下表：

表1路段交通运行等级划分

单位：千米/小时

计算排队消散时间t′，是指该过渡路段处的排队车辆全部疏散完毕所需消耗的时间。

t′＝(Q₂-Q₁)*t/(Q₃-Q₂)

其中：

t′是由过渡路段通行能力变化引起的排队消散时间，单位：h；

t是由过渡路段通行能力变化引起的排队持续时间，单位：h；

Q₁是上游路段的断面流量，单位：辆/h；

Q₂是过渡路段的通行能力，单位：辆/h；

Q₃是下游路段的断面流量，单位：辆/h。

交通阻塞时间的计算，包含两部分，一是排队的持续时间，二是排队的消散时间，计算公式如下：

T＝t+t′

其中：

T是通过过渡路段的交通阻塞时间，单位：h；

t是由过渡路段通行能力变化引起的排队的持续时间，单位：h；

t′是由过渡路段通行能力变化引起的排队的消散时间，单位：h。

实施例1：

在合肥某一快速路出口匝道到主干路的过渡路段的上游路段(单向6车道，快速路)、过渡路段本路段(单向4车道，快速路)、下游路段(单向4车道，主干路)分别布设一个雷达检测器。

设定其采样周期为5分钟，并按照下面公式使用存储过程编写程序用于实时将雷达检测器的获取的数据计算Q₁、Q₃。

Q_i＝∑q_i*60/5＝12∑q_i

以此类推，将过渡路段的上游路段、下游路段的断面流量Q₁、Q₃数据按照采样周期的顺序存储到相应的数据库中。

过渡路段的单车道设计通行能力为1200辆/h，单向4车道，则设计通行能力是4800辆/h。

Q_r是过渡路段的实际营运时最大通行能力，在历史数据库中通过PL/SQL语言寻找到该过渡路段实际营运时最大通行能力为5000辆/h。

因此：Q₂＝max(Q_d,Q_r)＝max(4800,5000)＝5000辆/h

由于该过渡路段为快速路，通过《DB11/T 785-2011城市道路交通运行评价指标体系》中的路段交通运行等级划分表规定，取畅通判断阈值为50km/h，拥堵判断阈值为20km/h。通过观测判别，该路段从08：25开始也就是第89个采样周期开始拥堵，到08：50就是第94个采样周期畅通，从拥堵开始到恢复畅通所经过5个采样周期，也即排队持续时间为：

t＝5*Δn÷60＝Δn/12＝5/12＝0.4167h

通过数据库中查询获取，第94个采样周期时，上游路段的断面流量是5879辆/h，下游路段的断面流量是3150辆/h。

因而排队消散时间为：

t′＝(5000-5879)*0.4167/(3150-5000)＝0.1979h

因此，获得该过渡路段的交通阻塞时间为：

T＝t+t′＝0.4167+0.1979＝0.6146h。