一类掉头车辆和转向限制的道路交叉口流量流向推算方法与流程

本发明属于交通规划和交通管理与控制领域，具体涉及一类掉头车辆和转向限制的道路交叉口流量流向推算方法。
背景技术：
：近年来，交通拥堵及交通事故等诸多交通现象成为制约我国城市发展的主要问题，而交叉口作为交通网络的瓶颈，是导致这一系列交通问题的根源所在。道路交叉口流量流向是进行交叉口控制方式确定、几何设计、匝道设计和信号方案设置等工作的重要参数依据，对交叉口的流量及流向特征做出合理、准确的预测，对整个道路网络的管理与控制具有重要的现实意义，是解决城市交通问题的关键。对于交通网络现状交通量调查，路段交通量可以通过检测系统和监控系统得到，而转向交通量则需要通过交叉口流向观测获得，进行交叉口流向观测相当复杂，尤其是多路交叉口和环形交叉口；对于交通网络未来交通量预测，各种交通分配算法一般都将重点放在路段交通量上，无法获得交叉口的转向流量，通过人工观测获取道路交叉口未来交通各个转向流量更是无处谈及。为了避免通过费时、费力、高成本的人工调查方式来获取现状道路交叉口各转向流量及准确推算未来道路交叉口各转向流量，丰富城市虚拟交通系统测试平台中城市交通管理控制可视量化测试功能，优化城市道路网络的交叉口交通管理与控制策略，一种利用容易获取的道路交叉口进、出口交通量并综合考虑交叉口掉头车辆比例及转向限制管理信息来推算交叉口各个转向交通量的技术就显得尤为必要。本发明为此提出了一类考虑掉头车辆和转向限制的道路交叉口流量流向推算方法。技术实现要素：为解决上述问题，本发明公开了一类掉头车辆和转向限制的道路交叉口流量流向推算方法，避免通过传统的人工调查方式来获取道路交叉口转向流量，节约调查费用，利用道路交叉口进口道和出口道流量数据，通过迭代的方法准确获取城市道路交叉口各个转向流量，用于更好地服务于城市道路交通规划与管理。为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一类掉头车辆和转向限制的道路交叉口流量流向推算方法，包括如下步骤：(a)通过道路检测和监控系统获取路段现状交通流量或者通过交通需求预测获取路段未来交通流量；这里包括如下四个参数：道路交叉口编号k，k交叉口进、出口道数目r[k]，k交叉口i进口道总流量oi，k交叉口j出口道总流量dj，(i，j＝1，2，…，r[k])；若研究目的为获取道路交叉口现状各个转向流量值，则需要通过道路检测和监控系统获取交通路网各路段单向现状交通流量；若研究目的为获取道路交叉口未来各个转向流量值，则需要通过交通需求预测获取交通路网各路段单向未来交通流量。(b)获取道路交叉口历史资料，包括各进口道掉头车辆比例和交叉口转向限制管控方案；这里包括如下两个参数：k交叉口i进口道掉头车辆比例pui，k交叉口转向限制管控方案t(i，j)＝0(禁止进口道i转向出口道j)，(i，j＝1，2，…，r[k])。(c)检查道路交叉口进口道流量和与出口道流量和是否满足平衡条件，不平衡的交叉口进行流量校正；一般来说，车辆不能在道路交叉口停留，这也就要求交叉口各进口道交通量之和与各出口道交通量之和相等，均等于交叉口总交通量。对道路交叉口进口道流量和与出口道流量和进行检查和校正的步骤包括：(c1)判断道路交叉口进口道流量和与出口道流量和是否相等；这里包括如下两个参数：交叉口进口道交通量∑in进i，交叉口出口道交通量∑jn出j；(c2)进口道流量和与出口道流量和不相等的交叉口进行流量校正；流量校正的步骤包括：(c21)计算交叉口进口道流量和减去出口道流量和的差值；(c22)根据等概率假设，各个进口道流量按其占全部进口道总流量的比例减去所述步骤(c21)中得到的差值的一半；(c23)根据等概率假设，各个出口道流量按其占全部出口道总流量的比例加上所述步骤(c21)中得到的差值的一半。(d)根据等概率假设，并考虑交叉口掉头车辆和转向限制，确定道路交叉口流量流向迭代初始值，包括如下步骤：(d1)假设由某一进口道转向其他出口道的转向车流量与相应出口道车流量成正比，确定迭代初始值1；对于进口i，其进口流量为n进i，掉头车辆比例为pui，对于出口j，其出口流量为n出j，由下式来确定进口i各个转向车流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；(d2)假设由其他进口道转向某一出口道的转向车流量与相应进口道车流量(扣除掉头车辆)成正比，确定迭代初始值2；对于进口i，其进口流量为n进i，对于出口j，其出口流量为n出j，由下式来确定出口j各个转向车流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；(d3)迭代初始值1和迭代初始值2取算术平均值；(d4)跟据步骤(b)所获取的道路交叉口转向限制信息(禁止进口道i转向出口道j)，将限制转向的车流量t0(i，j)调整为0，确定最终的各转向车流量迭代初始值。(e)利用增长系数法进行交叉口各个转向交通量迭代运算，包括如下步骤：(e1)给定可以接受的精度要求；精度ε取值为0.0001或更小时已经能够满足工程实践的要求；(e2)选定一种增长系数算法进行交叉口流量流向迭代计算，包括如下步骤：(e21)令迭代次数m＝0；(e22)给定交叉口流量流向表中的ui、vj和x；(e23)确定当前交叉口流量流向表中和tm；(e24)求各进口道和各出口道交通量的增长率和(e25)求第m+1次各个转向交通量的近似值(e26)收敛判定；(条件1)(条件2)式中：ui：i进口道总交通量；vj：j出口道总交通量；x：交叉口总交通量；i进口道驶向j出口道第m次迭代的交通量；i进口道第m次迭代的总交通量；j出口道第m次迭代的总交通量；tm：交叉口第m次迭代的总交通量；i进口道第m次迭代的增长系数；j出口道第m次迭代的增长系数；ε：任意给定的误差常数；若收敛条件1和2满足要求，则停止迭代；否则，令m＝m+1，返回步骤(e23)继续迭代；(e3)满足精度要求后停止迭代，最后一次迭代的输出结果即为交叉口流量流向推算结果。所述步骤(e2)中的增长系数算法，根据函数的种类不同，可以分为平均增长系数法、底特律法、福莱特法和佛尼斯法，下面分别讲述：1、平均增长系数法平均增长系数法假定交叉口各个转向交通量tij的增长系数是i进口道交通量和j出口道交通量增长系数的平均值。模型公式为：2、底特律法底特律法假定交叉口各个转向交通量tij的增长系数与i进口道交通量和j出口道交通量增长系数之积成正比，与交叉口总交通量的增长系数成反比。模型公式为：3、福莱特法福莱特法假设交叉口各个转向交通量tij的增长系数不仅与i进口道交通量增长系数和j出口道交通量增长系数有关，还与整个交叉口其他进、出口道交通量的增长系数有关。模型公式为：式中，li、lj分别为i，j进、出口道的位置系数。4、佛尼斯法佛尼斯法假设交叉口各个转向交通量tij的增长系数与i进口道交通量增长系数和j出口道交通量增长系数都有关系。模型公式为：本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本发明利用比较容易获取的道路交叉口进口道和出口道交通量，通过迭代的方法推算满足精度要求的交叉口各个转向交通量，避免了通过传统的人工调查方式来获取道路交叉口转向流量，节约了大量的调查费用。(2)本发明在推算交叉口各个转向交通的过程中，对不满足平衡条件的交叉口进口道和出口道流量进行校正，确定交叉口流量流向迭代初始值时考虑了掉头车辆和交叉口转向限制，提高了流量流向计算的精确度。(3)本发明总结了一类高效、实用而又精确的获取城市道路交叉口各个转向流量的方法，能够很好地服务于城市道路交通规划与管理，为城市虚拟交通系统测试平台的建设提供了可靠的技术基础。附图说明图1为本发明方法的流程图；图2为本发明中确定迭代初始值方法的流程图；图3为本发明中增长系数算法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。【实例】已知某四路交叉口将来进、出口道预测交通流量表(表1)，其中进口道1和进口道3存在有5％的掉头车辆，进口道2禁止转向出口道3，进口道4禁止转向出口道1，利用福莱特法求解该四路交叉口将来的交通流量流向表，设定收敛标准为ε＝1％。表1将来进、出口道交通流量表(单位：辆/小时)如图1所示，一类考虑掉头车辆和转向限制的道路交叉口流量流向推算方法，包括如下步骤：(a)通过道路检测和监控系统获取路段现状交通流量或者通过交通需求预测获取路段未来交通流量；实例的研究目的是获取道路交叉口未来各个转向流量值，因此需要通过交通需求预测获取交通路网各路段单向未来交通流量。道路交叉口编号为1，交叉口进、出口道数目r[1]＝4，交叉口i进口道总流量oi，交叉口j出口道总流量dj详见表1(i，j＝1，2，3，4)。(b)获取道路交叉口历史资料，包括各进口道掉头车辆比例和交叉口转向限制管控方案；根据历史资料，该交叉口进口道1和进口道3存在有5％的掉头车辆，即pu1＝5％，pu3＝5％；进口道2禁止转向出口道3，进口道4禁止转向出口道1，即t(2，3)＝0，t(4，1)＝0。(c)检查道路交叉口进口道流量和与出口道流量和是否满足平衡条件，不平衡的交叉口进行流量校正；一般来说，车辆不能在道路交叉口停留，这也就要求交叉口各进口道交通量之和与各出口道交通量之和相等，均等于交叉口总交通量。对道路交叉口进口道流量和与出口道流量和进行检查和校正的步骤包括：(c1)判断道路交叉口进口道流量和与出口道流量和是否相等；由表1第7列可知，该四路交叉口进口道交通量∑in进i和出口道交通量∑jn出j不满足平衡关系，需要进行校正；(c2)进口道流量和与出口道流量和不相等的交叉口进行流量校正；流量校正的步骤包括：(c21)计算交叉口进口道流量和减去出口道流量和的差值；(c22)根据等概率假设，各个进口道流量按其占全部进口道总流量的比例减去所述步骤(c21)中得到的差值的一半；(c23)根据等概率假设，各个出口道流量按其占全部出口道总流量的比例加上所述步骤(c21)中得到的差值的一半。交叉口进、出口道交通量进行调整后得表2。表2平衡后将来进、出口道交通流量表(单位：辆/小时)(d)根据等概率假设，并考虑交叉口掉头车辆和转向限制，确定道路交叉口流量流向迭代初始值，如图2所示，包括如下步骤：(d1)假设由某一进口道转向其他出口道的转向车流量与相应出口道车流量成正比，确定迭代初始值1；对于进口i，其进口流量为n进i，掉头车辆比例为pui，对于出口j，其出口流量为n出j，由下式来确定进口i各个转向车流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；该交叉口pu1＝5％，pu2＝0；pu3＝5％，pu4＝0，采用上式确定交叉口流量流向迭代初始值计算后得表3；表3交叉口流量流向迭代初始值1(单位：辆/小时)(d2)假设由其他进口道转向某一出口道的转向车流量与相应进口道车流量(扣除掉头车辆)成正比，确定迭代初始值2；对于进口i，其进口流量为n进i，对于出口j，其出口流量为n出j，由下式来确定出口j各个转向车流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；该交叉口pu1＝5％，pu2＝0；pu3＝5％，pu4＝0，采用上式确定交叉口流量流向迭代初始值计算后得表4；表4交叉口流量流向迭代初始值2(单位：辆/小时)进/出1234合计112947012965632458273008183551904312955271456302597487635798202215合计30311354324115489174(d3)迭代初始值1和迭代初始值2取算术平均值；采用上式确定交叉口流量流向迭代初始值t0(i，j)，计算后得表5；表5交叉口流量流向迭代初始值(单位：辆/小时)进/出1234合计112951312825982523266407283371728313365851456822748480635088302039合计29351447303816179037(d4)跟据步骤(b)所获取的道路交叉口转向限制信息(禁止进口道i转向出口道j)，将限制转向的车流量t0(i，j)调整为0，确定最终的各转向车流量迭代初始值；该交叉口进口道2禁止转向出口道3，进口道4禁止转向出口道1，即t(2，3)＝0，t(4，1)＝0，将t0(2，3)和t0(4，1)均调整为0，确定交叉口流量流向最终迭代初始值t0(i，j)，计算后得表6。表6交叉口流量流向最终迭代初始值(单位：辆/小时)进/出1234合计11295131282598252326640033710003133658514568227484035088301233合计21291447231016177504(e)利用增长系数法进行交叉口各个转向交通量迭代运算，包括如下步骤：(e1)给定可以接受的精度要求；本实例设定的精度要求为ε＝1％；(e2)选定福莱特法进行交叉口流量流向迭代计算，如图3所示，包括如下步骤：(e21)求各进口道交通量增长系数各出口道交通量增长系数以及交叉口各转向的位置系数表7进、出口道交通量增长系数和各转向的位置系数表(e22)计算后得表8；表8第一次迭代交通流量流向表(单位：辆/小时)(e23)重新求各进口道交通量增长系数各出口道交通量增长系数以及交叉口各转向的位置系数表9进、出口道交通量增长系数和各转向的位置系数表(e24)收敛判定；由于和部分系数大于1％的误差，因此需要重新进行迭代；(e25)计算后得表10；表10第二次迭代交通流量流向表(单位：辆/小时)od1234合计1152433148352025872113000422155231616505172607290140417144301860合计28991356309715498900(e26)重新求各进口道交通量增长系数各出口道交通量增长系数以及交叉口各转向的位置系数表11进、出口道交通量增长系数和各转向的位置系数表(e27)收敛判定；和的各项系数误差均小于1％；(e3)满足精度要求后停止迭代，最后一次迭代的输出结果表10即为该四路交叉口未来流量流向推算结果。应当指出，上述实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。当前第1页12