录的进出口 0D组合（S[i]，S[j]);
[0050] a4)计算该0D之间的最短路径，最短路径包含若干原子路段；
[0051] a5)最短路径中各原子路段的动态路段重要性均加1 ;
[0052] a6)遍历所有收费记录，得到各原子路段的初始动态路段重要性。
[0053] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0054] 本发明提供一种基于高速公路进出口收费数据的分层拥堵指数建模和拥堵指数 获取方法，通过本发明提供的技术方案，可以充分利用高速公路进出口收费数据，在原子路 段层面，将在单位时空窗口内所有通过的车辆的旅行时间之和设为路况参数，将路况参数 作为刻画路况和拥堵情况的基本参数。路况参数近似等于车流密度，可以通过某一瞬时路 段的车辆保有量和路段长度及车道数量的比值得到；原子路段的路况参数即为表征原子路 段路况的拥堵指数。在此基础上，通过计算道路中各原子路段的动态路段重要性，再计算得 到道路拥堵指数；通过计算路网中各条道路的动态路段重要性，再计算得到全路网的拥堵 指数。本发明提供的技术方案计算直接、简单，提出的分层道路拥堵指数能够系统地、分层 次地量化路况和刻画拥堵，准确科学地反映高速路网的运行情况。因此，本发明为交通管理 者提供交通需求管理和管制提供决策支持，为出行者提供出行信息参考，缓解或减少高速 公路拥堵，节约社会成本。
【附图说明】
[0055] 图1为本发明提供的拥堵指数获取方法的流程框图。
[0056] 图2是本发明提供的通过交通流平均速度反演计算得到保有量的方法的流程框 图。
[0057] 图3为本发明提供的原子路段动态重要性的计算方法的流程框图。
[0058] 图4为本发明提供的道路动态重要性的计算方法的流程框图。
[0059] 图5为原子路段、道路和路网之间分层关系示意图；
[0060] 其中，1 一原子路段层；2-道路层，道路由一条或多条原子路段组成；3-路网层， 路网由一条或多条道路组成。
【具体实施方式】
[0061] 下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范 围。
[0062]图1为本发明提供的拥堵指数获取方法的流程框图；图4为原子路段、道路和路网 之间的分层关系示意图，其中，道路由一条或多条原子路段组成；路网由一条或多条道路组 成。拥堵指数的获取方法具体包括步骤：通过反演得到原子路段保有量；计算得到原子路 段的路况参数（作为原子路段的拥堵指数）；计算得到原子路段的动态重要性；在此基础上 计算得到道路的拥堵指数；再计算得到道路的动态重要性；在此基础上计算得到全路网的 拥堵指数。具体地，各步骤执行如下操作：
[0063] 1)计算原子路段的路况参数；
[0064] a.计算原子路段的保有量；通过交通流平均速度反演计算得到各原子路段某时 刻的保有量；
[0065] 图2是本发明提供的通过平均速度反演模型反演得到保有量的方法的流程框图。 通过反演得到原子路段保有量的具体流程包括：
[0066] al)收集所有的收费记录；
[0067] a2)针对其中一条收费记录，执行如下操作：计算得到最短路径；计算得到总的 旅行时间；计算得到在最短路径上的平均速度；计算该最短路径中的各原子路段的旅行时 间；相应时间段该原子路段的保有量加1 ;
[0068] a3)遍历所有收费记录，执行步骤a2)中的操作；
[0069] a4)得到各原子路段的保有量。
[0070]b.计算原子路段的路况参数；
[0071] 在原子路段层面，我们提出路况参数作为刻画其路况和拥堵情况的基本参数，所 谓路况参数，指的是在单位时空窗口内，所有通过的车辆其旅行时间之和；其一般形式化表 示如下：
[0072]
(式 1)
[0073] 式1中，CI为路况参数；Q为路段平均流率；C为车道数；^为第i辆车通过单位 时空窗口的时间；At为时空窗口时间；AL为时空窗口长度。
[0074] 结合领域知识，对路况参数的形式化表示（式1)进行推演，可以得到：路况参数近 似等于车流密度；推演过程具体如下：
[0075] 我们先设定场景：在某个时刻T，路网中的某个原子路段的长度为L，车道数为C， 路段的平均流率为Q;假定我们计算路况参数的时空窗口为At时间，长度为AL，则时空窗 口内车辆数为QAt，且设这些车辆通过该时空窗口所用的时间分别为tji= 1-QAt);那 么，我们定义的路况参数可用式1表示；其中，分子匕为车辆的累积用时，分母AtALC 为对时空窗口的归一化，式1进一步变换得到式12:
[0076]
(式 12)
[0077] 这里我们根据道路通行能力手册HCM2000引入一个概念一一平均行程速度 (averagetravelspeed)，平均行程速度为：公路路段长度除以所有车辆通过该路段的平 均行程时间；那么该时空窗口内的车辆的平均行程速度P表示为：
[0078]
(式 13)
[0079] 平均行程速度祭代回路况参数式子式12,可以得到式14 :
[0080]
(式 14)
[0081] 式14中，Q为流率，C为车道数，泛为平均行程速度。
[0082] 再来看密度，该原子路段密度为该路段在T时刻车辆数（保有量）与路段长度车 道数之比，即如下式（式15)所示：
[0083]
(式 15)
[0084] 又因为车辆数n=流率*平均时间，得到式16 :
[0085]
(式16)
[0086] 根据上文引入的平均行程时间的概念，这n辆车的平均行程时间通过式17表示：
[0087]
(式17)
[0088] 将式17代入原子路段密度公式（式16)计算，得到式18 :
[0089]
(式 18)
[0090] 当时空窗口选取具有代表性时，时空窗口内的车辆平均行程速度可以代表路段的 平均行程速度，则CI相当于P;
[0091] 在实际应用当中，还将涉及车型因素，我们会对每辆车的车型当量加以考虑，假设 时空窗口内车辆i的车型当量为ai，此时其形式化用式1表示：
[0092]
(式11)
[0093] 式11中，CI一路况参数；Q-路段平均流率；C一车道数；ai-第i辆车的车型当 量；h-第i辆车通过单位时空窗口的时间；At-时空窗口时间；AL-时空窗口长度。
[0094] 那么，进一步推导如式19 :
[0095]
[0096] 再引入加权调和平均数复，公式如下（式111)所示：
[0097]
[0098] 那么可得到式112:
[0099]
[0100] 将式112代回路况参数计算式子（式19)，得到式113 :
[0101]
[0102] 同样地，当量密度可以用下式（式114)描述：
[0103]
[0104] 而根据前面的推导，式18中有如下关系（式115):
[0105]
[0106] 因此，结合式113~式115,得到式116 :
[0107]
[0108] 可以看到，在考虑当量的情况下，可以认为CI相当于P。
[0109] 经过上述推演之后，可以发现路况参数其实相当于车流密度，而基于高速公路进 出口收费数据，我们可以利用交通流反演算法，得到某一瞬时路段的保有量，那么车流密度 就可以通过保有量和路段长度及车道数量的比值得到，也就是说
[0110]
[0111] 式117中，P--车流密度；V是路段保有量，L是路段长度，C是车道数量。
[0112] 2)计算道路拥堵指数；
[0113] a)计算道路中各原子路段的动态路段重要性，得到路段j的初始动态重要性d];
[0114] 图3为本发明提供的路段动态重要性的计算方法的流程框图，如图3所示，计算动 态路段重要性的流程包括：
[0115] al)初始所有原子路段的动态路段重要性均设为0 ;
[0116] a2)获取指定时间段所有收费记录；
[0117] 针对任一条收费记录，执行如下操作a3)~a5):
[0118] a3)获取该记录的