一种道路交通状况评价方法
【专利摘要】本发明涉及一种道路交通状况评价方法，通过采用关键速度来代替拥堵速度阈值，具体方法如下：基于少量的流量历史数据，建立流量反推模型，并结合浮动车速度数据，通过流量-速度基本图，计算关键速度。再比较出行者行车速度和关键速度的大小，判断路况，如果行车速度小于关键速度则认为该路况为过饱和状况。所述方法可以采用以下一个或者多个指标：日均时空过饱和当量、过饱和时间密度、过饱和空间密度、过饱和占有率、拥堵平均时间长、拥堵平均空间长、过饱和概率。本发明判定的过饱和状况相比拥堵状况更能反映道路承载力状况，有利于为管理者提供参考。
【专利说明】
-种道路交通状况评价方法
技术领域
[0001] 本发明设及道路交通领域，尤其设及一种道路交通状况评价方法。
【背景技术】
[0002] 行车速度的大小能较直观地反映路况，根据行车速度和标准速度的大小比较可W 判断道路是否处于拥堵状况。而运一标准速度选取方式的不同不仅是判断的标准不同，更 是反映了不同的侧重角度。
[0003] 传统的判断路况的方法是根据道路上出行者的行车速度和拥堵速度阔值做比较， 如果行车速度小于运一速度阔值则认为该路况为拥堵状况，否则认为是非拥堵状况。运一 方法是从出行者对路况的感受出发，仅根据出行者行车速度的相对大小来判断该路段是否 处于拥堵状况。运一方法带来的问题是确定拥堵速度阔值较为困难，选取不当会带来判断 偏失。
【发明内容】
[0004] 鉴于现有技术中的问题，在第一方面，本发明实施例提供一种道路交通状况评 价方法，所述方法包括：基于监测器得到的流量历史数据，结合浮动车速度数据，通过流 量-速度基本图，计算关键速度；比较行车速度和关键速度的大小，如果行车速度小于关键 速度则认为该路况为过饱和状况。
[0005] 优选地，所述流量历史数据来源于监测器。
[0006] 优选地，所述基于监测器得到的流量历史数据，结合浮动车速度数据，通过流 量-速度基本图，计算关键速度包括：融合速度Ξ维矩阵和流量Ξ维矩阵，分段线性拟合。
[0007] 在第二方面，本发明实施例还提供一种道路交通状况评价方法，所述方法采用了 W下一个或者多个指标：日均时空过饱和当量、过饱和时间密度、过饱和空间密度、过饱和 占有率、拥堵平均时间长、拥堵平均空间长、过饱和概率。
[0008] 过饱和和拥堵的区别在于，拥堵是从出行者本身对出行速度的感觉；而过饱和则 是该交通状况下道路达到或已经超过其通行能力，是考虑了道路供需关系的结果。达到拥 堵状况并不一定是达到过饱和，相反的，过饱和状况也不一定是拥堵状况。但是过饱和状况 和拥堵状况相比更能反映道路承载力状况，能更好地为管理者提供建议。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明实施例的道路交通状况评价方法流程示意图； 图2是本发明实施例的速度时空分布Ξ维图； 图3是本发明实施例的日均时空过饱和当量图； 图4是本发明实施例的拥堵平均时间长图； 图5是本发明实施例的过饱和占有率图； 图6是本发明实施例的过饱和概率图。
【具体实施方式】
[0010] 下面基于附图对本发明实施例进行进一步阐述，运些阐述是为了让读者更容易理 解本发明，而不能视为是对本发明的限制。
[0011] 图1是本发明实施例的道路交通状况评价方法流程示意图。从图1中可W看出， 所述的道路交通状况评价方法包括： 步骤100,基于流量历史数据，结合浮动车速度数据，建立流量-速度基本图，并通过该 基本图计算关键速度； 具体地，可W分为W下两步： 第一步，融合速度Ξ维矩阵和流量Ξ维矩阵。找出某一天、某一时段、某一路段的速度 和流量信息，匹配为数对记录到速度-流量Ξ维矩阵中。如果单元格中速度、流量有一者为 零则该单元格对应的在速度-流量Ξ维矩阵的位置为零。
[0012] -个例子中，用毅|藥|:翰来表示，其中x、y、z分别代表日期维度、时间维度、空间维 度。
[0013] 我们只针对固定检测器的路段进行日期维度、时段维度的求解，没有固定检 测器的路段对应的元素都记为空，即任取Z时只取有固定检测器的路段值。分别查找 每一组转，对应的1?嚴據和1^燕錢，在速度-流量Ξ维矩阵中W数对形式记录，即 ，如果:^^自错^或:鬆娩，?揀^冲有一者为0,则记录速度-流里二维矩 阵该元素为空，即= 0。
[0014] 第二步，分段线性拟合。
[0015] 过饱和点是代表着道路的固有属性，在道路自身属性没有太大变化的前提下一般 而言与日期维度、时间维度无关，因此可根据研究目的，即将速度-流量Ξ维矩阵只保留空 间维度进行降维，将同一路段不同日期、不同时段的速度-流量数对都聚集到一个路段中。 之后可W针对每一个路段进行分段线性拟合的方法找到过饱和对应的临界速度。
[0016] 此方法是基于流量-速度关系近似于Ξ角形分布，故可采用两条相交直线拟合， 通过多次迭代，W两直线交点逐步逼近流量-速度曲线的拐点。为了满足交通流的基本条 件，左侧直线满足过原点，右侧直线满足横轴过定点，即最大速度。W下是分段线性拟合的 具体步骤： 1、首先给定一个区间[a, b]，根据经验我们认为临界速度处于运个区间内，由此将速度 分为Ξ个区间[0, a]、[a, b]、比，Vmax]。
[0017] 2、用左右两个区间内的点分别拟合出两条直线并满足上述的两个条件，即
具体可W通过MTLAB等多种工具进行拟合，该技术十分成熟，不再寶述。
[0018] 3、由运两条直线相交得到交点，解得
4、若此点不在区间[a, b]内，就用此点代替其中一个边界重新拟合捜索，若交点在区 间内，则W此交点为中心把边界到它的距离缩小10%，即将区间[a, b]缩小范围，继续W区 间两边的点拟合取交点。
[0019] 5、如此反复多次后，当满足条件降巧釀i|南如时，其中为精确度，可W取1，认为已 经找到足够精确的临界速度，故停止拟合，i即为过饱和临界速度。
[0020] 步骤102,比较行车速度和关键速度的大小，如果行车速度小于关键速度则认为该 路况为过饱和状况。
[0021] 一个例子中，我们用"Ξ维条带图"来表示平均速度时空分布图，如图2所示。Ξ 维坐标分别为：经度、缔度和时间，每个时空单位W相应的颜色代表速度特性，运里我们W 6段不同灰度来表示不同的速度值(参见图2中的指示条，灰度越大，速度值越小)。经缔度 轴表示地理信息；时间轴表示某天24小时，每单位表示将24小时分割后的时间段。因此， 每个时空单位表示某时段某路段中车辆的平均速度大小。
[0022] 通过对条带图的观察，我们可W定性得出速度时空分布及拥堵在时间和空间发生 的规律，但是在对比不同环路的拥堵程度或对不同路段进行拥堵排名等方面存在一定困 难。因此，我们引入一套指标体系：道路交通过饱和评价指标体系。
[0023] 过饱和状况从表面上看，就是行车速度低于关键速度的状况，从道路本身属性而 言，是指当前交通达到道路通行能力或已经超过该通行能力。对此，我们提出一系列过饱和 指标来量化过饱和程度，方便对比分析。
[0024] 运一系列过饱和指标包括：日均时空过饱和当量，过饱和时间密度，过饱和空间密 度，过饱和占有率，过饱和概率，过饱和平均时间长，过饱和平均空间长等。在运些指标中， 基本指标是日均时空过饱和当量，我们定义日均时空过饱和当量为在一定时间和空间内过 饱和的单元总量，它反映的是一定时空范围内过饱和程度。将过饱和当量向整个的空间轴 做平均，就可W得到过饱和时间密度；类似的，向整个时间轴做平均，就可W得到过饱和空 间密度。过饱和密度可W反映单位时间或空间上的过饱和程度。若将过饱和当量向时间、 空间轴同时做平均，即可得到过饱和占有率，可W反映时空单元内的过饱和程度。取出研究 时空范围内发生过饱和状况的子集，将过饱和当量向向该子集的最大空间轴做平均，可W 得到过饱和平均时间长；类似的，将过饱和当量向该子集的最大时间轴做平均。可W得到过 饱和平均空间长。运两个指标可W量化过饱和状况下单位时间或空间上的过饱和度。
[0025] 1)日均时空过饱和当量： 我们定义日均时空过饰巧巧畳为#一巧时间巧巧间内过饱和的单元总量，如式（1):
賴 其中，为第m个月环的过饱和当量(恐沁達隱董錢，塗親叙；S为一天的时间 间隔数，接为环的空间间隔数，本次取義？鑛浅逢雜礙为时空单元，则致=24 y 6G巧=縱， /r = ?'环爲长。
[002引?;为0-1变量，且满足
巧为第;：个时间序列第空间序列獵月的日均速度，;心是由基本图得到的关键速度。 [0027] 对比不同空间范围的过饱和当量，我们可W看到不同环路上的差异；对比不同时 间范围的过饱和当量，我们可W得到在不同政策下各环路的过饱和状况，具体可见图3。更 为深入的，我们还可W定义过饱和密度。
[002引 2)过饱和时间密度：
議 其中3为时空单元的空间长。过饱和时间密度驗*即为每公里日均过饱和单元。
[0029] 3)过饱和空间密度：
II 其中，S为时空单元的时间长。过饱和空间密度禹#即为每小时日均过饱和单元。
[0030] 4)过饱和占有率 我们定义过饱和占有率为一定时间空间内过饱和单元所占的比率，如式（4): 其中，
为Γ环在一定时空范围内的过饱和占有率； δ为研究范围内的时间间隔数，为研究范围内的空间间隔数。
[0031] 从过饱和占有率中我们可W比较不同环路平行路段的过饱和占有率，再结合过饱 和占有率的具体数值，可W提供相应的诱导分流方面建议。具体表现形式见图5。
[0032] 5)拥堵平均时间长：拥堵平均时间长=拥堵总覆盖面积/该指定空间最大跨度 拥堵平均时间长，即某空间区域内拥堵发生的平均拥堵时间长。根据拥堵平均时间长， 每天早晚高峰发生拥堵的时间长度可W被量化，并且可W进行纵向对比，找到拥堵时间延 续较长的天数。
[0033] 其中，在整个研究的时空范围内，发生过饱和状况的时空范围被[數蔚^: X [布S] 矩形框住，即发生过饱和状况时间上的最大跨度是从7；到^2,空间上的最大跨度是从S到 Si。
[0034] 6)拥堵平均空间长：拥堵平均时间长=拥堵总覆盖面积/该指定时间最大跨度 拥堵平均空间长，即某时间区域内拥堵发生的平均拥堵空间长。根据拥堵平均空间长， 每天早晚高峰发生拥堵的空间长度可W被量化，并且可W进行纵向对比，找到拥堵空间波 及较广的天数。
[0035]
7)过饱和概率 我们定义过饱和概率为一定时间空间内过饱和单元出现的概率，如式（6):
其中，为第懸个月第?个时间序列第f个空间序列出现过饱和状况的概率，根据 鶴#心数值的大小，对应在色轴在相应时空单元格画出相应颜色，运里我们W不同灰度段来 表示不同的概率(参见图6中的指示条，其中黑色代表概率值为0,其余概率值W不同灰度 表示，灰度越大，概率值越大)。
[0036] 論为第?Τ?个月的总天数。
[0037] 从过饱和概率图中，我们可W得到常态全时空过饱和发生的空间位置。
[0038] 本领域技术人员可W意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例方法步 骤，能够W电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现。究竟W硬件还是软件方式来执 行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可W对每个特定的应用来 使用不同方法来实现所描述的功能，但是运种实现不应认为超出本发明的范围。
[0039] 最后所应说明的是，W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行 修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利 要求范围当中。
【主权项】
1. 一种道路交通状况评价方法，所述方法包括：基于流量历史数据，结合浮动车速度 数据，建立流量-速度基本图，计算关键速度；比较行车速度和关键速度的大小，如果行车 速度小于关键速度则认为该路况为过饱和状况。2. 根据权利要求1所述的道路交通状况评价方法，其特征在于：所述流量历史数据来 源于监测器。3. 根据权利要求1或2所述的道路交通状况评价方法，其特征在于：所述基于流量历 史数据，结合浮动车速度数据，建立流量-速度基本图，计算关键速度包括：融合速度三维 矩阵和流量三维矩阵，分段线性拟合。4. 一种道路交通状况评价方法，所述方法采用了以下一个或者多个指标：日均时空过 饱和当量、过饱和时间密度、过饱和空间密度、过饱和占有率、拥堵平均时间长、过饱和平均 空间长、过饱和概率。5. 根据权利要求4所述的道路交通状况评价方法，其特征在于：所述日均时空过饱和 当量为在一定时间和空间内过饱和的单元总量。6. 根据权利要求4或5所述的道路交通状况评价方法，其特征在于：所述过饱和时间 密度通过将过饱和当量在时间上做平均获得。7. 根据权利要求4或5所述的道路交通状况评价方法，其特征在于：所述过饱和空间 密度通过将过饱和当量在空间上做平均获得。8. 根据权利要求4或5所述的道路交通状况评价方法，其特征在于：所述过饱和占有 率通过将过饱和当量在时间、空间上同时做平均获得。9. 根据权利要求4或5所述的道路交通状况评价方法，其特征在于：所述过饱和平均 时间长通过将过饱和当量向最大空间做平均获得。10. 根据权利要求4或5所述的道路交通状况评价方法，其特征在于：所述过饱和平均 空间长通过将过饱和当量向最长时间做平均获得。
【文档编号】G08G1/065GK105825683SQ201510502658
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年8月16日
【发明人】李萌, 姜涵, 申作军, 何方, 贾英昊, 沈羽桐, 陈婕妤, 俞佳莹
【申请人】李萌, 姜涵, 北京数行健科技有限公司