基于交通基本圖的高架道路路段交通擁堵臨界值計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于城市高架道路交通分流疏通領(lǐng)域，具體涉及一種基于交通基本圖的高 架道路路段交通擁堵臨界值計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交通擁堵是經(jīng)濟發(fā)展不平衡導致的人口分布不均、城市交通供給有限及城市布局 與經(jīng)濟發(fā)展不匹配等各種社會矛盾的集中體現(xiàn)，是一個世界性難題。相對于處于地面的地 面交通而言，立體交通向的高架道路更是具有相對較高的封閉特性，一旦擁堵，極易造成長 距離、大范圍堵塞，甚至區(qū)域路網(wǎng)癱瘓，乘客及駕駛者也會往往面臨進退失據(jù)的局面。雖然 國家《道路通行狀態(tài)信息發(fā)布規(guī)范》（GA/T994-2012)標準確定了高架道路通行狀態(tài)與機動 車行駛速度對應表，以用來對比當前高架道路行駛數(shù)據(jù)，為交通管理者提供交通分流及誘 導參考。然而，實際問題在于：由于各城市發(fā)展程度不同、區(qū)域道路規(guī)劃的區(qū)別，甚至同一區(qū) 域各高架道路間還存在路況車道差異等，上述僅僅理想化和靜態(tài)化的統(tǒng)一規(guī)定，往往存在 靈活度不足和缺乏適應性的缺點，從而遠遠無法達到完美的針對性貼合各路段高架道路的 動態(tài)使用需要。如何尋求一種操作簡潔而合理的客觀化的交通擁堵計算方式，能夠在貼合 當前城市當前高架道路實際動態(tài)變化路況的同時，亦可確保其計算數(shù)據(jù)的高精確性和高針 對性，從而能夠為交通管理者進行在線交通分流提供精準依據(jù)，以在交通擁堵來臨前部署 警力及執(zhí)行交通分流誘導操作，最終保障高架道路的交通暢通性，為本領(lǐng)域技術(shù)人員近年 來所亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種更為高效快捷的基于交通基 本圖的高架道路路段交通擁堵臨界值計算方法。本方法可在貼合當前城市當前高架道路實 際動態(tài)變化路況的同時，亦可確保其計算數(shù)據(jù)的高精確性和高針對性需求，從而能夠為交 通管理者進行在線交通分流提供精準依據(jù)，進而可在交通擁堵來臨前部署警力及執(zhí)行交通 分流誘導操作，以最終保障高架道路的交通暢通性。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0005] -種基于交通基本圖的高架道路路段交通擁堵臨界值計算方法，其特征在于包括 以下步驟：
[0006] 1)、根據(jù)高架道路出、入口匝道位置，以連接相鄰出、入口匝道的高架橋路定為一 個高架道路路段；獲取每個高架道路段上的微波雷達檢測器的設(shè)備數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)至少包括 高架道路路段交通流量數(shù)據(jù)和各車輛行駛速度數(shù)據(jù)；
[0007] 2)、確定一個采集周期，根據(jù)該高架道路路段交通流量和車輛速度數(shù)據(jù)，計算每條 路段每一個采集周期內(nèi)的交通流量和車輛平均速度；
[0008] 3)、取一天之內(nèi)所有采集周期所對應的交通流量和車輛平均速度作為樣本集合， 記為：
[0009] Q= {(χ, y) I χ = X1, χ2......xn；y = y i, y2......yn}，
[0010] 其中，
[0011] X代表高架道路路段交通流量；
[0012] y代表高架道路路段車輛平均車速，單位km/h ;
[0013] 4)、根據(jù)樣本集合中的交通流量和車輛平均速度數(shù)據(jù)，繪制交通基本圖的散點 圖；
[0014] 5)、以流量-速度基本圖回歸方程X= (Y) 2+β2Υ+ε，根據(jù)樣本集合中的交 通流量和車輛平均速度數(shù)據(jù)，將其錄入回歸方程計算模型，獲得回歸系數(shù)β。、βρ β2和統(tǒng) 計誤差ε ;
[0015] 根據(jù)回歸曲線的數(shù)學意義，曲線頂點對應的值即是最大交通流量和臨界車輛速度 值，將上述流量-速度基本圖回歸方程轉(zhuǎn)化為下式：
[00'
為0值時，反推Y值，得到曲線頂點對應的最大交通流量情況下的平 均臨界車輛速度Vni;將前述各述回歸系數(shù)及統(tǒng)計誤差ε代入回歸方程，計算獲得該高架道 路路段的最大交通流量時路段的平均臨界車輛速度Vni和暢通車輛速度V f的數(shù)值，計算公式 如下：
[0019] 其中，Vni和V f的單位均為km/h。
[0020] 所述步驟1)中，微波雷達檢測器的設(shè)備數(shù)據(jù)還包括當前設(shè)備編號數(shù)據(jù)、所處位置 編號數(shù)據(jù)以及當前所處的交通道路路段名稱ID數(shù)據(jù)。
[0021] 所述步驟2)中，一個采集周期為一小時；交通流量是每一小時內(nèi)該交通道路路段 通過的所有當量的小汽車總數(shù)，車輛平均車速是采集周期內(nèi)所有車輛行駛速度的平均值。 [0022] 本發(fā)明的主要優(yōu)點在于：
[0023] 1)、拋棄了傳統(tǒng)的單純依靠國標對應表的方式所導致的諸如操控靈活性低以及不 能直觀貼合當前高架道路的動態(tài)通行需求等諸多缺陷。本發(fā)明以交通基本圖的方式，通過 回歸方程模型計算，依靠交通流量和平均車速的動態(tài)關(guān)系，完整呈現(xiàn)道路交通狀態(tài)動態(tài)變 化曲線，直觀而針對性的精確反映了"當前道路"的交通動態(tài)特性。本方法利用高架道路路 段上微波雷達檢測器來點對點的采集數(shù)據(jù)，精確化的獲得繪制交通基本圖散點圖的樣本集 合，采用回歸分析方法擬合流量-速度基本圖，進而計算獲得臨界車速和暢通車速。本發(fā)明 通過點對點的數(shù)據(jù)取樣，實現(xiàn)了指定區(qū)域指定路段的現(xiàn)實化和貼合化管理，其適應性和管 理針對性顯然更強。通過以上述高架道路的動態(tài)交通數(shù)據(jù)，也有效的改進了經(jīng)驗判定和傳 統(tǒng)的標準靜態(tài)判定高架道路交通擁堵性的不足，其方法精細化程度高，運行極為可靠而穩(wěn) 定。
[0024] 本發(fā)明依靠上述點對點的計算過程，最終獲取暢通車輛速度和該高架道路路段的 最大交通流量時路段平均臨界車輛速度。在獲得上述速度后，一旦該高架道路路段的平均 行駛速度低于上述平均臨界車輛速度，則交通管理者即可進行交通疏散分流及誘導操作； 并判斷在什么時刻安排警力，以進一步的合理化干預高架道路交通管理。反之，一旦該高架 道路路段的平均行駛速度高于暢通車輛速度，也就意味目前該段高架道路路段車況極好。 交通管理者可考慮在交通分流時，建議駕駛員優(yōu)先選擇該段高架道路路段行駛，以提升高 架的道路資源利用率。通過上述操作首端，最終為交通管理部門更加細致掌握高架道路交 通狀態(tài)，提前預警交通擁堵提供決策支持技術(shù)。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的工作流程示意圖；
[0026] 圖2為在流量-速度曲線下的平均臨界車輛速度Vni和暢通車輛速度V f的位置關(guān) 系圖；
[0027] 圖3為實施例1中，樣本數(shù)據(jù)的24小時交通量-車速單點關(guān)系圖；
[0028] 圖4為實施例1中，樣本數(shù)據(jù)的交通流量-速度曲線圖。
【具體實施方式】
[0029] 為便于理解，此處結(jié)合圖1-2對本發(fā)明的實施過程作以下進一步描述：
[0030] -種基于交通基本圖的高架道路路段交通擁堵臨界值計算方法，該方法包括以下 步驟：
[0031 ] 1)、根據(jù)高架道路出入口匝道位置，將高架道路劃分為入口匝道、出口匝道和高架 路段；此處需獲取數(shù)據(jù)的高架道路路段，也即為上述連接相鄰出、入口匝道的高架橋路段。
[0032] 2)、獲取每個高架道路路段微波雷達檢測器的設(shè)備數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)至少包括高架道 路路段交通流量數(shù)據(jù)和車輛速度數(shù)據(jù)。
[0033] 3)、根據(jù)高架道路路段交通流量和車輛速度數(shù)據(jù)，計算每條路段一個采集周期內(nèi) 的交通流量和車輛平均速度；取一天之內(nèi)所有采集周期所對應的交通流量和車輛平均速度 作為樣本集合，記為Q = {(X，y) |χ = χι，χ2......xn;y = y 1，y2......yj，其中χ代表高架 道路路段交通流量，y代表高架道路路段車輛平均車速。
[0034] 4)、根據(jù)樣本集合中的交通流量和車輛平均速度數(shù)據(jù)，繪制交通基本圖的散點圖； 采用回歸方程擬合交通基本圖流量-速度曲線，確定回歸系數(shù)，計算該高架道路路段的最 大交通流量時路段平均臨界車輛速度Vni，和暢通車輛速度Vf。其中，回歸系數(shù)及曲線擬合過 程，采用常規(guī)數(shù)學領(lǐng)域的回歸方程模型進行數(shù)據(jù)錄入及擬合計算即可，此處就不再贅述。
[0035] 上述中的微波雷達檢測器的設(shè)備數(shù)據(jù)，還包括設(shè)備編號、所處位置編號以及路段 名稱數(shù)據(jù)等。而一個采集周期的范圍通常為一小時，交通流量是采集周期內(nèi)路段通過的所 有當量小汽車總數(shù)，車輛平均車速是采集周期內(nèi)所有車輛速度的平均值。
[0036] 采用回歸方程擬合交通基本圖流量-速度曲線是指，設(shè)置流量-速度基本圖回 歸方程為X = β C+β i (Y)2+β 2Υ+ε，根據(jù)樣本集合中的交通流量和車輛平均速度數(shù)據(jù)，計 算回歸系數(shù)β。、βρ β2和統(tǒng)計誤差ε ;將回歸系數(shù)及統(tǒng)計誤差代入轉(zhuǎn)化后的回歸方程
[0037] 如圖2所示，當取
為〇值時，反推Y值，得到曲線頂點對應的最大交通流 量情況下的平均臨界車輛速度Vni;獲得平均臨界車輛速度V "和暢通車輛速度V f值，計算公 式如下：
[0039] 其中，