專利名稱：城市路段交通流平均速度獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能交通技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種城市路段交通流平均速度獲取方法。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一方面交通需求大大增加，而道路的增長卻逐步趨于極限，使得交通需求與供給的矛盾進(jìn)一步激化；另一方面信息技術(shù)的飛速進(jìn)步為綜合解決交通問題帶來了機(jī)遇。就是在這種背景下，先進(jìn)的交通信息管理系統(tǒng)(ATIMS)先于智能交通系統(tǒng)(ITS)的其他系統(tǒng)受到了廣泛的關(guān)注，在世界各國都得到了快速的發(fā)展，被應(yīng)用于動態(tài)路徑規(guī)劃、動態(tài)導(dǎo)航、路網(wǎng)調(diào)協(xié)交通信號系統(tǒng)、動態(tài)交通調(diào)度等各個方面。其中，對城市路段交通流平均速度獲取與預(yù)測是ATIMS中的關(guān)鍵組成部分。對城市路段交通流平均速度實時獲取與預(yù)測和所采用的交通信息相關(guān)，不同的交通信息決定了獲取與預(yù)測的不同的方法和精度。目前，國際上已經(jīng)有許多相關(guān)研究。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，童小華、陳建陽在《同濟(jì)大學(xué)學(xué)報》2005年(1604-1607)上發(fā)表的文章“基于GIS和GPS的交通狀態(tài)參數(shù)估計與仿真模型”中提出基于GPS和GIS信號的探測車對道路交通狀態(tài)獲取的研究，他們集成GIS和GPS技術(shù)，在大樣本(車輛數(shù)5000-50000輛)和長周期(GPS位置信息傳送間隔2-5min)的條件下，獲得了各路段比較準(zhǔn)確的交通速度。但就像他在文章中敘述的那樣，該種方法嚴(yán)重依賴大樣本探測車，在當(dāng)前交通測量環(huán)境不健全的情況下很難達(dá)到如此之大的樣本車輛數(shù)。此外，它是獨立于交通運營管理部門的，需要額外的相應(yīng)探測設(shè)備的巨大資金的投入，這也是制約這種方法進(jìn)行推廣的重要原因之一。
目前，國際上已經(jīng)有很多交叉路口配時系統(tǒng)，其中，最具有代表性的是澳大利亞的悉尼SCATS(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)，SCATS是由澳大利亞新南威爾士道路和交通局(RTA)于上世紀(jì)70年代未研制成功的，從1980年起陸續(xù)在悉尼等城市安裝使用。目前世界上大約有50個城市正在運行SCATS系統(tǒng)。所謂自適應(yīng)控制是指計算機(jī)通過車輛檢測器提供的交通流量的變化信息，實時自動調(diào)整交通信號的控制周期和綠燈時間長度，并且能實現(xiàn)控制區(qū)域或交通主干道上路口相互協(xié)調(diào)控制。SCATS系統(tǒng)是一種城市交通信號燈自適應(yīng)控制系統(tǒng)，可以提供包括車輛流量、車輛占空比數(shù)據(jù)、路口的交通信號燈配置數(shù)據(jù)等信息。其中，車輛流量和車輛占空比數(shù)據(jù)通過埋設(shè)在路口出口處的檢測環(huán)，各道路交通路口的交通信號燈時長依賴于車輛流量和車輛占空比數(shù)據(jù)自適應(yīng)地調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述不足及實際需要，提出一種新的城市路段交通流平均速度獲取方法，它利用現(xiàn)有的交通配時管理系統(tǒng)產(chǎn)生的配時數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地獲取各條路段的平均速度，并通過相應(yīng)的交通地理信息系統(tǒng)進(jìn)行交通狀態(tài)的實時顯示。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的利用GPS探測車數(shù)據(jù)獲取交通速度時所需要的大量資金投入和難以獲取大的采樣樣本集等問題，具有投入小、計算簡便、實時性好、對城市基礎(chǔ)設(shè)施條件依賴性低等優(yōu)點。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明著眼于具有精度高、數(shù)據(jù)量大、城市范圍內(nèi)分布廣泛等優(yōu)點的悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通系統(tǒng)(SCATS)提供的穩(wěn)定的交通配時數(shù)據(jù)，具體實踐中，將城市路網(wǎng)中兩個信號燈之間的有向路段視為一個處理單元，把能夠提供包括車流量、占空比、紅綠燈時長的SCATS數(shù)據(jù)為基本獲取數(shù)據(jù)來源，對一個紅綠燈周期內(nèi)的SCATS數(shù)據(jù)在研究路段上進(jìn)行交通流建模，得到交通流在這段時長的路段平均速度。本發(fā)明以到達(dá)車輛視為顧客，信號燈控制的交叉口視為服務(wù)臺。車輛的到達(dá)服從一定強(qiáng)度的泊松分布，車輛通過交叉口的服務(wù)時間(廣義時間，包括在交叉口等待和通過交叉口)相互獨立，服從一定參數(shù)的負(fù)指數(shù)分布。然后以排隊論為核心，輔以交通工程學(xué)知識，得出一個適于信號燈控制下路段行程時間(可直接由此推出路段平均速度)的算法。以此為指標(biāo)對路段的交通擁堵狀態(tài)進(jìn)行顯示。路網(wǎng)中路段的平均速度被分為五個速度等級，分別對應(yīng)通暢、較通暢、不通暢、擁堵、嚴(yán)重?fù)矶挛宸N道路擁堵狀態(tài)，實現(xiàn)對研究路段的交通流狀態(tài)實時顯示。
本發(fā)明方法包括以下幾個步驟第一、建立路口編號-路段名對應(yīng)表用于速度獲取的數(shù)據(jù)來源是用于交叉路口的紅綠燈配時系統(tǒng)的配時數(shù)據(jù)，在該系統(tǒng)中，每一條城市道路的交叉路口是用編號的方式表示的，在速度獲取方法中，每一條最小的處理路段是用交通地理信息系統(tǒng)上面的路段名表示的，這就需要建立相應(yīng)的路口編號與路段名稱的對應(yīng)表。在一般的表示方法中，每一條計算路段名由兩個交叉路口唯一確定，而每一個交叉路口又由兩條道路名稱唯一確定，在對SCATS路口編號和路段名稱進(jìn)行對應(yīng)時，只需將路口編號和該路口對應(yīng)的兩條道路名稱一一對應(yīng)起來，就可以建立相應(yīng)的路口-獲取路段的對應(yīng)表。
第二、錯誤數(shù)據(jù)的判別與處理道路配時系統(tǒng)賴以配時的依據(jù)來源于埋設(shè)在各交叉路口停車線后面的感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈在繁重的交通負(fù)載和損耗之下難免損壞和需要維修，在損壞期間，配時系統(tǒng)得到的監(jiān)測環(huán)車流量數(shù)據(jù)就是錯誤的數(shù)據(jù)，因此在速度獲取的過程中需要對這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的判別和處理。本發(fā)明采用的判別方法就是察看該檢測環(huán)綠燈時的檢測數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)該檢測數(shù)據(jù)保持一個常數(shù)時，表明該檢測環(huán)已經(jīng)損壞，在進(jìn)行速度獲取時將該數(shù)據(jù)剔除，并用相應(yīng)的顏色在交通GIS上面進(jìn)行顯示。
第三、路段平均速度獲取車輛從上個路口的停車線到下個路口停車線間的行駛過程包括兩部分一部分為行駛部分，另一部分為排隊等待信號和通過信號燈的部分，平均路段行駛時間為平均行使時間與平均等待時間之和。采用路段長度減去平均意義下交叉路口車輛排隊長度的方法獲得車輛行駛長度，將城市道路劃分為快速路、主干路、次干路和支路，通過實地檢測的辦法得到不同道路等級的期望車速，通過車輛平均行駛長度除以道路等級的期望車速就可以得到平均行駛時間。根據(jù)排隊論M/M/1的理論，可以獲取平均等待時間。對于單位有向路段，在其速度分布曲面模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式的基礎(chǔ)上，令時間變量為時間段T中的一個常值t0，得到時刻t0該單位有向路段沿道路方向上的速度分布曲線。對這個速度分布曲線在道路方向上積分，得到t0時刻該單位有向路段道路方向的平均速度。對路網(wǎng)中各個有向路段逐一進(jìn)行路段平均速度的計算，得到了t0時刻城市路網(wǎng)中各個有向路段道路方向的平均速度。
第四、處理過飽和狀態(tài)當(dāng)流量接近甚至超過交叉口的服務(wù)能力時，平均等待時間的值將趨向于無窮大，這會造成獲取結(jié)果的嚴(yán)重失真。本發(fā)明的解決方法是為平均等待時間設(shè)置一個閾值使其小于等于一個紅綠燈相位時長。當(dāng)平均等待時間大于上限時，就將其視為擁堵狀態(tài)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有效地克服了一般交通流平均速度獲取方法中對交通探測車數(shù)量的嚴(yán)重依賴，避開了一般城市交通探測手段不夠完善，可靠性低的問題，具有計算簡便，運算速度快，可靠性高等優(yōu)點，為整個城市交通的控制提供信息資料。


圖1為本發(fā)明提出的城市路段交通流平均速度獲取方法的流程框圖。
圖2為道路交叉路口檢測器分布示意圖。
圖3為某路段24小時路口通行能力的變化情況示意圖。
圖4某路段24小時平均速度變化。
圖5為采用本方案獲取的上海市交通路網(wǎng)交通流狀態(tài)GIS示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
本實施例所要求的輸入數(shù)據(jù)是由安裝在上海市外環(huán)以內(nèi)的SCATS系統(tǒng)提供的各主要交通信號交叉口SCATS系統(tǒng)的檢測線圈實時采集得到車流量、紅綠燈時長等數(shù)據(jù)。
圖1所示，本實施例城市路段交通流平均速度獲取方案，具體實施步驟如下1、建立路口編號-路段名對應(yīng)表首先通過SCATS系統(tǒng)獲取城市道路每個十字交叉路口編號以及其對應(yīng)的檢測環(huán)配置圖(如圖2)，根據(jù)該檢測環(huán)配置圖來確定城市道路每一條路段所對應(yīng)的2個交叉路口編號，每一個交叉路口由兩條道路唯一確定，因此對于每一條道路建立相應(yīng)的路口編號-路段名對應(yīng)表時需要4個道路名，2個交叉路路口編號，一個路段名，一個檢測環(huán)號以及一個紅綠燈相位，具體實施示例如下編號1 路名1 路名2 檢測環(huán)號 紅綠相位 編號2 路名2 路名4379 冠生園路 漕溪路9 A 378 康健路 漕溪路378 康健路漕溪路7 A 377 漕寶路 漕溪路377 漕寶路漕溪路11A 311 田林東路 漕溪路311 田林東路 漕溪路8 A， 309 中山西路 漕溪北路…….
2、錯誤數(shù)據(jù)的判別與處理SCATS系統(tǒng)的信息采集是以檢測環(huán)為最小處理單元的。一般一條道路包括兩個方向道路，而每個方向道路包括多條車道。檢測環(huán)一般位于車道下游靠近信號燈的位置。需要讀入數(shù)據(jù)為靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài)數(shù)據(jù)包括路段長度、道路等級、自由速度等動態(tài)數(shù)據(jù)包括SCATS系統(tǒng)提供的信號燈信息配置和配時信息和流量占空比信息。然而在使用過程中，由于硬件本身或者繁重的交通負(fù)載的原因，某些檢測環(huán)已經(jīng)損壞，不能提供或者提供錯誤的本發(fā)明所需要的相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)。本發(fā)明在讀取數(shù)據(jù)前有一個錯誤數(shù)據(jù)判別和處理模塊，通過對數(shù)據(jù)庫中某一時段內(nèi)某單個檢測環(huán)數(shù)據(jù)值進(jìn)行判斷，如果該數(shù)值保持一個常值，則中止速度獲取模塊的運行，并用相應(yīng)的顏色在交通地理信息系統(tǒng)上將檢測設(shè)備損壞的路段進(jìn)行標(biāo)識。
3、道路平均速度的獲取將車輛從上個路口的停車線到下個路口停車線間的行駛過程分成兩部分一部分為行駛部分，另一部分為排隊等待信號和通過信號燈的部分，平均路段行駛時間為平均行使時間與平均等待時間之和。采用路段長度減去平均意義下交叉路口車輛排隊長度的方法獲得車輛行駛長度；將城市道路劃分為快速路、主干路、次干路和支路，通過實地檢測的辦法得到不同道路等級的期望車速，通過車輛平均行駛長度除以道路等級的期望車速得到平均行駛時間；根據(jù)排隊論M/M/1的理論，獲取平均等待時間；最后根據(jù)道路長度、平均行駛時間和平均等待時間獲得道路平均速度。圖3為某路段24小時路口通行能力與車輛到達(dá)率的變化情況；圖4為某路段24小時平均速度變化情況。
4、處理過飽和狀態(tài)在獲取平均速度時，如果流量接近甚至超過交叉口的服務(wù)能力時，平均等待時間的值將趨向于無窮大，處理飽和狀態(tài)模塊為平均等待時間設(shè)置一個閾值使其小于等于一個紅綠燈相位時長。當(dāng)平均等待時間大于這個上限時，就將其視為擁堵狀態(tài)。
5、交通地理信息系統(tǒng)顯示道路擁堵狀態(tài)以城市路網(wǎng)中各個有向路段道路方向的平均速度為指標(biāo)進(jìn)行道路擁堵狀態(tài)顯示。按照車輛在道路上的不同行駛方向，將車輛的速度信息分類，得到道路的平均上行速度、下行速度。動態(tài)顯示于GIS地圖上，如圖5所示，城市交通信息系統(tǒng)按照下表以不同的顏色對路網(wǎng)平均行程速度進(jìn)行區(qū)分和顯示。

權(quán)利要求
1.一種城市路段交通流平均速度獲取方法，其特征在于，包括如下步驟1)建立路口編號-路段名對應(yīng)表利用兩個交叉路口唯一確定每一條計算路段名，兩條道路名稱唯一確定每一個交叉路口，通過SCATS路口編號和路段名稱進(jìn)行對應(yīng)，將路口編號和該路口對應(yīng)的兩條道路名稱一一對應(yīng)，建立相應(yīng)的路口-獲取路段的對應(yīng)表；2)錯誤數(shù)據(jù)的判別與處理察看道路配時系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫檢索每一個檢測環(huán)綠燈時的檢測數(shù)據(jù)，如果某檢測環(huán)檢測數(shù)據(jù)保持一個常值，表明該檢測環(huán)已經(jīng)損壞，在進(jìn)行速度獲取時將該數(shù)據(jù)剔除，并用相應(yīng)的顏色在交通地理信息系統(tǒng)上面進(jìn)行顯示；3)路段平均速度獲取將車輛從上個路口的停車線到下個路口停車線間的行駛過程分成兩部分一部分為行駛部分，另一部分為排隊等待信號和通過信號燈的部分，平均路段行駛時間為平均行使時間與平均等待時間之和，采用路段長度減去平均意義下交叉路口車輛排隊長度的方法獲得車輛行駛長度；將城市道路劃分為快速路、主干路、次干路和支路，通過實地檢測的辦法得到不同道路等級的期望車速，通過車輛平均行駛長度除以道路等級的期望車速得到平均行駛時間；根據(jù)排隊論M/M/l的理論，獲取平均等待時間；最后根據(jù)道路長度、平均行駛時間和平均等待時間獲得道路平均速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市路段交通流平均速度獲取方法，其特征是，為平均等待時間設(shè)置一個閾值使其小于等于一個紅綠燈相位時長，當(dāng)平均等待時間大于上限時，就將其視為擁堵狀態(tài)。
全文摘要
一種城市路段交通流平均速度獲取方法，屬于智能交通技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括1)建立路口編號－路段名對應(yīng)表；2)錯誤數(shù)據(jù)的判別與處理；3)路段平均速度獲取平均路段行駛時間為平均行使時間與平均等待時間之和，采用路段長度減去平均意義下交叉路口車輛排隊長度的方法獲得車輛行駛長度；將城市道路劃分為快速路、主干路、次干路和支路，通過實地檢測的辦法得到不同道路等級的期望車速，通過車輛平均行駛長度除以道路等級的期望車速得到平均行駛時間；根據(jù)排隊論M/M/1的理論，獲取平均等待時間；最后根據(jù)道路長度、平均行駛時間和平均等待時間獲得道路平均速度。本發(fā)明具有計算簡便，運算速度快，可靠性高等優(yōu)點。
文檔編號G08G1/052GK1937001SQ20061011727
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者李志鵬, 劉允才 申請人:上海交通大學(xué)