一种基于微波地磁数据的交叉口最大排队长度计算方法与流程

本发明涉及交通管控领域，具体涉及一种基于微波地磁数据的交叉口最大排队长度计算方法。

背景技术：

交叉口的最大排队长度不仅可以反映交叉口处车流的运行状况，也可以衡量交通拥挤程度、评价交叉口的总体运行效率、为交叉口处的交通优化及信号配时提供有力的支持。

近年来，各个城市的机动车保有量不断增长，尤其是早晚高峰期间，城市道路拥挤、交叉口二次排队等情况愈发严重。虽然目前存在一些交叉口最大排队长度的计算方法，但并未利用好现有的微波和地磁等交通基础设施，也没有得到各地交通部门的广泛认可。

基于微波地磁数据来计算交叉口的最大排队长度，实质上是利用微波地磁设备获取道路上离散分布的车辆基础数据，同时考虑交叉口中上一时段是否存在滞留车辆数，对最大排队长度进行求解，如图2所示，以路段微波设备所在的路段截面为参照线，获取经过该路段截面的车辆到达率，以交叉口的地磁设备所在截面为参照线，求得到达交叉口的车辆到达率，同时利用交叉口的地磁设备获取各流向比例，融合加权移动平均法标定交叉口流向预测比例，再考虑交叉口中上一时段的滞留车辆数，最终计算出交叉口的最大排队长度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种基于微波地磁数据的交叉口最大排队长度计算方法，克服了目前在计算排队长度中并未有效结合微波地磁数据的盲目性。

本发明先通过路段微波设备获取上游路段的车辆到达率，结合车辆离散情况下的几何分布优化模型标定出交叉口处的车辆到达率，利用交叉口的地磁设备获取各流向比例，融合加权移动平均法标定交叉口流向预测比例，同时考虑上一时段是否存在滞留车辆，对交叉口的最大排队长度进行计算，提高了交叉口最大排队长度计算的科学性和实用性。

本发明包括以下步骤：

A)根据微波和地磁分别获取上游车辆到达率和交叉口流向比例

a)根据路段微波设备获取上游路段的车辆到达率

这里包括如下三个参数：统计时间间隔△t，t_n时段内路段微波采集的交通量Q(t_n)，上游路段的车辆到达率q_up(t_n)；

b)根据进口道地磁设备获取交叉口流向比例

这里包括以下参数：t_n时段左转流量L(t_n)，直行流量S(t_n)，右转流量R(t_n)，左转流向比例k_L(t_n)，直行流向比例k_S(t_n)，右转流向比例k_R(t_n)，流向比例概率向量N(t_n)。

B)标定交叉口的车辆到达率和流向预测比例

a)结合几何分布模型标定交叉口的车辆到达率

获取上游路段的车辆到达率后，结合车辆离散情况下的几何分布优化模型，标定交叉口的车辆到达率；

这里包括如下几个参数:t_n时段内交叉口的车辆到达率q_down(t_n)，统计时间间隔△t，各个时间段k，车队离散系数α，路段微波设备所在截面至地磁设备所在截面之间的车辆行驶时间t₀；

b)融合加权移动平均法标定交叉口流向预测比例

为达到利用数据进行动态预测的目的，结合加权移动平均法，以三个连续的流向比例概率向量为一组数据来标定下一时段的流向比例概率预测向量；

这里的计算参数包括：t_n时段的流向比例概率预测向量N′(t_n)，左转流向预测比例直行流向预测比例右转流向预测比例三个权重系数α、β、γ。

C)计算一条车道的滞留车辆数

标定交叉口的车辆到达率和流向预测比例后，结合车道的饱和流率、绿信比、流向比例、车道数等交通参数，对一条车道的滞留车辆数进行求解；

这里的计算参数包括：t_n时段内i流向一条车道的滞留车辆数R_i(t_n)，交叉口的车辆到达率q_down(t_n)，交叉口内i流向的流向比例k_i(t_n)，i流向一条车道的饱和流率S_i，i流向的绿信比λ_i，i流向的绿灯通行时长t_ei，i流向的车道数m_i。

D)计算一条车道的最大排队长度

根据以本时段到达率和流向比例确定的到达车辆数，综合上一时段所滞留的车辆数，确定一条车道的最大排队长度；

这里的计算参数包括：t_n时段内i流向一条车道的最大排队车辆数P_i(t_n)，交叉口的车辆到达率q_down(t_n)，交叉口内i流向的流向比例k_i(t_n)，到达车辆修正系数γ，i流向的红灯时长t_ri，i流向的车道数m_i，上一时段i流向一条车道的滞留车辆数R_i(t_n-1)。

本发明在交叉口最大排队长度的计算方法中，先通过路段微波设备获取上游路段的车辆到达率，结合车辆离散情况下的几何分布优化模型标定出交叉口处的车辆到达率，利用交叉口的地磁设备获取各流向比例，融合加权移动平均法标定交叉口流向预测比例，同时考虑上一时段是否存在滞留车辆，对交叉口的最大排队长度进行计算。

本发明有益效果：本发明与现有技术相比具有如下特点：

1)本发明在计算交叉口的最大排队长度过程中，所需的上游路段车辆到达率和交叉口的车辆到达率都是以路段微波数据为基础计算得来，交叉口的流向比例和流向预测比例都是由地磁数据为基础计算得来，充分体现了“数据时代”的特点。

2)本发明在一条车道滞留车辆数的计算方法中，利用交叉口的车辆到达率和流向比例的关系，并结合绿信比、饱和流率等交通参数，先求得某流向总的滞留车辆数，最后根据该流向的车道数将其平均到一条车道上。

3)本发明在交叉口的最大排队长度计算方法中，利用交叉口的车辆到达率和流向比例的关系，并乘以到达车辆修正系数，同时考虑上一时段是否存在滞留车辆，对交叉口的最大排队长度进行计算。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是路段微波和地磁设备布设示意图；

图3为时段、概率向量和预测向量之间的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种基于微波地磁数据的交叉口最大排队长度计算方法,步骤包括：根据微波和地磁分别获取上游车辆到达率和交叉口流向比例、标定交叉口的车辆到达率和流向预测比例、计算一条车道的滞留车辆数、计算一条车道的最大排队长度。

A)根据微波和地磁分别获取上游车辆到达率和交叉口流向比例

a)根据路段微波设备获取上游路段的车辆到达率

这里包括如下三个参数：统计时间间隔△t，t_n时段内路段微波采集的交通量Q(t_n)，上游路段的车辆到达率q_up(t_n)；

如图2所示，在距离交叉口地磁设备L的上游路段布设微波检测器，t_n时段内路段微波设备采集的交通量为Q(t_n)，统计时间间隔为△t，以路段微波设备所在的路段截面为参照线，得到上游路段的车辆到达率为：

b)根据进口道地磁设备获取交叉口流向比例

这里包括以下参数：t_n时段左转流量L(t_n)，直行流量S(t_n)，右转流量R(t_n)，左转流向比例k_L(t_n)，直行流向比例k_S(t_n)，右转流向比例k_R(t_n)，流向比例概率向量N(t_n)。

通过交叉口进口道布设的地磁设备，检测到t_n时段的左转流量L(t_n)、直行流量S(t_n)、右转流量R(t_n)，得到t_n时段左转的流向比例为：

直行的流向比例为：

右转的流向比例为：

流向比例概率向量为：

N(t_n)＝(k_L(t_n),k_S(t_n),k_R(t_n))

流向比例概率向量中的分量k_L(t_n)、k_S(t_n)、k_R(t_n)分别为t_n时段交叉口左转、直行、右转的流向比例。

B)标定交叉口的车辆到达率和流向预测比例

a)结合几何分布模型标定交叉口的车辆到达率

获取上游路段的车辆到达率后，结合车辆离散情况下的几何分布优化模型，标定交叉口的车辆到达率；

这里包括如下几个参数:t_n时段内交叉口的车辆到达率q_down(t_n)，统计时间间隔△t，各个时间段k，车队离散系数α，路段微波设备所在截面至地磁设备所在截面之间的车辆行驶时间t₀；

以交叉口的地磁设备所在截面为参照线，结合优化后的车辆离散情况下几何分布模型，交叉口的车辆到达率为：

b)融合加权移动平均法标定交叉口流向预测比例

为达到利用数据进行动态预测的目的，结合加权移动平均法，以三个连续的流向比例概率向量为一组数据来标定下一时段的流向比例概率预测向量；

这里的计算参数包括：t_n时段的流向比例概率预测向量N′(t_n)，左转流向预测比例直行流向预测比例右转流向预测比例三个权重系数α、β、γ；

利用加权移动平均法，以三个连续的流向比例概率向量为一组数据来标定下一时段的流向比例概率预测向量，以此达到动态预测的目的，t_n时段流向比例概率预测向量为：

流向比例概率预测向量中的分量即为所预测的t_n时段交叉口左转、直行、右转的流向比例。

如图3所示，t₀时段流向比例概率向量为N(t₀)，t₁时段流向比例概率向量为N(t₁)，t₂时段流向比例概率向量为N(t₂)，t₃时段流向比例概率向量为N(t₃)，则t₃时段的流向比例概率预测向量为：

N′(t₃)＝αN(t₀)+βN(t₁)+γN(t₂)

t₄时段的流向比例概率预测向量为：

N′(t₄)＝αN(t₁)+βN(t₂)+γN(t₃)

按照上述方法，对流向比例概率预测向量逐步进行动态标定。

C)计算一条车道的滞留车辆数

标定交叉口的车辆到达率和流向预测比例后，结合车道的饱和流率、绿信比、流向比例、车道数等交通参数，对一条车道的滞留车辆数进行求解；

这里的计算参数包括：t_n时段内i流向一条车道的滞留车辆数R_i(t_n)，交叉口的车辆到达率q_down(t_n)，交叉口内i流向的流向比例k_i(t_n)，i流向一条车道的饱和流率S_i，i流向的绿信比λ_i，i流向的绿灯通行时长t_ei，i流向的车道数m_i；

在本发明中，滞留车辆数是指上一时段的排队车辆中，在绿灯期间并未通过停车线而造成二次排队的车辆数；在计算一条车道的滞留车辆数时，利用交叉口的车辆到达率和流向比例的关系，并结合绿信比、饱和流率等交通参数，先求得某流向总的滞留车辆数，最后除以该流向的车道数，将总的滞留车辆数平均到一条车道上，一条车道的滞留车辆数为：

在上式中，交叉口的流向i取值L、S、R，分别代表左转、直行、右转的流向；如上式所示，若某流向到达的车辆数小于其通行能力，滞留的车辆数则为0。

D)计算一条车道的最大排队长度

根据以本时段到达率和流向比例确定的到达车辆数，综合上一时段所滞留的车辆数，以此确定一条车道的最大排队长度；

这里的计算参数包括：t_n时段内i流向一条车道的最大排队车辆数P_i(t_n)，交叉口的车辆到达率q_down(t_n)，交叉口内i流向的流向比例k_i(t_n)，到达车辆修正系数γ，i流向的红灯时长t_ri，i流向的车道数m_i，上一时段i流向一条车道的滞留车辆数R_i(t_n-1)。

在计算一条车道的最大排队长度时，利用本时段交叉口的车辆到达率和流向比例的关系，并用到达车辆修正系数加以修正先求得某流向红灯期间总的到达车辆数，再除以该流向的车道数，最后加上上一时段所滞留的车辆数，一条车道的最大排队长度为：

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。