一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計算方法，屬于智能交通研究領(lǐng)域。所述方法包括：(1)采集車流量數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)車型，標準化車輛數(shù)目；(3)計算道路理論最大車流量，包括：通過道路限速與觀測時長的乘積，計算車輛的行駛長度；計算車輛的安全車間距；計算車輛的有效行駛長度；根據(jù)車輛的有效行駛長度、安全車間距以及標準車輛長度，計算理論最大車流量；(4)根據(jù)計算所得到的道路理論最大車流量以及道路實際通過的標準化車輛數(shù)目，利用城市道路占有率的計算方法進行公式計算，得到觀測時段的城市道路占有率。采用本發(fā)明可以準確、自動地計算城市道路占有率。
【專利說明】
一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計算方法，屬于智能交通系 統(tǒng)研究范疇。
【背景技術(shù)】
[0002] 道路占有率表示在特定時段內(nèi)，道路（路段）被交通參與者使用量與總量的比值。 道路占有率反應(yīng)了道路使用的繁忙情況，有利于直觀地向出行者、交通管理部門以及城市 規(guī)劃部門展現(xiàn)城市道路使用情況，是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。
[0003] 常用的道路占有率的計算方法分為時間和空間兩種。在基于時間的方法中，采用 車輛通過時間的累計值與觀測時長的比值計算道路占有率。這類方法中，需要累加每個車 輛通過道路橫截面的時間，但目前城市道路上的傳感器在測量每輛車通過時間時誤差較 大。在基于空間的占有率方法中，采用車輛占據(jù)的有效面積和道路總面積（長度）的比值 計算道路占有率。這類方法中，需要計算每輛車占據(jù)的面積，目前沒有傳感器能直接測量出 路段中車輛占據(jù)的面積?？傊捎蒙鲜鰞煞N方法很難準確、自動地獲取相應(yīng)的傳感數(shù)據(jù)。 本專利采用流量傳感器采集的車流量數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化的空間道路占有率計算方法，自動地 計算城市道路占有率。
[0004] 目前，部署于城市道路的流量傳感器能較為準確的自動獲取道路通行的車輛數(shù) 目。流量傳感器是指可以自動地探測某個時間段內(nèi)通過某一路段單個車道或全部車道車輛 數(shù)目的傳感器。當前的智能交通系統(tǒng)中，常用的流量傳感器包括微波檢測器、地感線圈和卡 口攝像頭等。
[0005] 涉及流量傳感器的專利包括陳婷等撰寫的《一種基于地磁線圈的車流量檢測器》、 舒曉竑撰寫的《車流量檢測器》、覃大海撰寫的《一種車流量檢測器》等，這些專利主要涉及 流量傳感器的設(shè)計和組織構(gòu)成。本專利是分析流量傳感器采集的車流量數(shù)據(jù)，和這些專利 保護的范圍不同。
[0006] 駕駛員反應(yīng)時間是指當駕駛員發(fā)現(xiàn)緊急情況直至踩下制動作用之前的時間間隔 稱，在英國的《公路法規(guī)》中，把駕駛員的反應(yīng)時間定為〇. 68秒，稱為"思索時間"。
[0007] 跟馳理論是運用動力學(xué)方法，探究在無法超車的單一車道上車輛列隊行駛時，后 車跟隨前車的行駛狀態(tài)，并且借助數(shù)學(xué)模式表達并加以分析闡明的一種理論，跟馳狀態(tài)臨 界值的判定是車輛跟馳研究中的一個關(guān)鍵，國外的研究中，美國1994年版的《道路通行能 力手冊》規(guī)定當車頭時距小于等于5s時，車輛處于跟馳狀態(tài)；Sven Maerivoet和Bart De Moor撰寫的《Traffic Flow Theory》認為跟馳行為發(fā)生在兩車車頭間距為0~100m或0~ 125m的范圍內(nèi)；Weidman的研究則認為車頭間距小于等于150m時，車輛處于跟馳狀態(tài)。
[0008] 安全車間距是指在一條車道上同向行駛的一列車隊中，前后相鄰車輛之間，后一 輛車車頭與前一輛車車尾之間的距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有道路占有率計算方法中，較難獲得相應(yīng)傳感數(shù)據(jù)的情況，本發(fā)明提 出了一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計算方法。在準確獲得道路車流量的情況 下，該方法是空間占有率計算結(jié)果的一種有效近似。
[0010] 為了解決上述技術(shù)問題而提供的方案為：
[0011] -種基于流量傳感器的城市道路占有率的計算方法，所述方法包括以下步驟：
[0012] (1)采集車流量數(shù)據(jù)。采用流量傳感器收集觀測時長（T)內(nèi)路段的車流量數(shù)據(jù) (Q)。本方法可采用微波檢測器、地感線圈和卡口攝像頭等可部署于城市道路的流量傳感 器；
[0013] (2)標準化車輛數(shù)目。不同類型車輛的長度各異，對道路的占有面積也不同，需要 標準化。本方法將小轎車的車輛長度作為標準長度。對于城市道路中另三種常見車型：公 交車和客車為2. 4倍標準長度，貨車為2倍標準長度，由人工在道路上統(tǒng)計得，公交車的比 例為a，客車的比例為b，貨車的比例為c，小轎車的比例為d。則計算標準化后的車輛數(shù)目， 具體為：
[0014] Qi= 2. 4*Q*a+2. 4*Q*b+2*Q*c+l*Q*d ;公式（1)
[0015] 式中，Qi為觀測時長（T)內(nèi)路段的標準化后的車輛數(shù)目；Q為觀測時長（T)內(nèi)路段 的車流量數(shù)據(jù)；a為公交車的比例；b為客車的比例；c為貨車的比例；d為小轎車的比例；
[0016] (3)計算道路理論最大車流量。當所有車輛以跟馳狀態(tài)行駛時，則一段時間后，從 第一輛車到最后一輛車的距離，也就是車輛的有效行駛長度可等于每輛車的車輛長度以及 車輛的安全車間距之和，據(jù)此可計算理論最大車流量。具體步驟為：
[0017] a)根據(jù)道路限速（V)和觀測時長（T)，計算車輛的行駛長度（Lt)，具體為：
[0018] Lt= V*T ;公式（2)
[0019] 式中，Lt為車輛的行駛長度；V為道路限速，例如，一級道路的設(shè)計行車速度為 60-80km/h，二級道路的設(shè)計行車速度為40-60km/h，三級道路的設(shè)計行車速度為30-40km/ h，四級道路的設(shè)計行車速度為30km/h ;T為觀測時長；
[0020] b)計算車輛的安全車間距（Ld)，在所有車輛都以道路限速行駛的情況下，兩輛車 的安全的車間距應(yīng)為反應(yīng)距離，具體為：
[0021] Ld=V*t;公式（3)
[0022] 式中，LdS車輛的安全車間距；V為道路限速；t為駕駛員在緊急情況下的反應(yīng)時 間；
[0023] c)計算有效行駛長度（L)，具體為：
[0024] L = Lt+Lr;公式（4)
[0025] 式中，L為車輛的有效行駛長度；Lt為車輛的行駛長度；為道路的總長度；
[0026] d)根據(jù)車輛的有效行駛長度（L)、安全車間距（Ld)以及標準車輛長度（〇,計算 理論最大車流量（QJ，具體為：
公式（5)
[0028] 式中，為在觀測時間段內(nèi)，道路理論上能通過的最大車流量；L為車輛的有效行 駛長度為標準車輛長度；L d為安全車間距；T i為紅綠燈的一個周期i為紅綠燈的一 個周期內(nèi)，綠燈所占的時間。
[0029] 若道路限速發(fā)生變化，理論最大車流量需重新計算，否則該過程無需重復(fù)進行；
[0030] (4)計算道路占有率。將計算所得到的道路理論最大車流量（QJ以及道路實際通 過的標準化車輛數(shù)目（Qi)利用城市道路占有率的計算方法進行計算，得到觀測時段的城市 道路占有率（U)。具體為：
[0032] 式中，U為觀測時段的城市道路占有率；Qi為觀測時段內(nèi)，道路實際通過的標準化 車輛數(shù)目；Qm為在觀測時段內(nèi)，道路理論上能通過的最大車流量。
[0033] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提出了一種新型的城市道路占有率的計算方法，只 需要流量傳感器提供的數(shù)據(jù)作為輸入，數(shù)據(jù)來源簡單、快捷；可直觀地展現(xiàn)道路的使用情 況，為交通管理部門和城市規(guī)劃部門的決策提供數(shù)據(jù)支撐；可以自動地計算城市道路占有 率，是空間占有率計算結(jié)果的一種有效近似。
【附圖說明】
[0034] 附圖1為本發(fā)明實施例的城市道路占有率計算方法的流程圖；
【具體實施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細說明。
[0036] (1)采集車流量數(shù)據(jù)：
[0037] 以杭州市區(qū)北山路-保俶路_曙光路、建國北路-鳳起路-體育場路、文一路-古 翠路-學(xué)院路、秋濤路-解放東路_清江路、文一西路-豐潭路-古墩路等5條路段作為數(shù) 據(jù)采集區(qū)域，將以上5條路段記為路段1、路段2、路段3、路段4、路段5,將07:30-07:35作 為數(shù)據(jù)采集時間段。流量檢測器為微波檢測器，它在這5分鐘內(nèi)采集到車流量作為源數(shù)據(jù)。
[0038] (2)標準化車輛數(shù)目：
[0039] 本實施例將小轎車的車輛長度作為標準長度。對于城市道路中另三種常見車型： 公交車和客車為2. 4倍標準長度，貨車為2倍標準長度，由人工在道路上統(tǒng)計得，公交車的 比例為20 %，客車的比例為40 %，貨車的比例為20 %，小轎車的比例為20 %。則計算標準 化后的車輛數(shù)目，具體為：
[0040] Qi= 2. 4*Q*20% +2. 4*Q*40% +2*Q*20% +1*Q*20% ;
[0041] 式中，Qi為觀測時長（T)內(nèi)路段的標準化車輛數(shù)目；Q為觀測時長（T)內(nèi)路段的車 流量數(shù)據(jù)。則以上5條路段的標準化車輛數(shù)目如下：
[0043] (3)計算道路理論最大車流量：
[0044] a)計算車輛的行駛長度（Lt)，因以上5條路段均為城市主干道，其限速為60 (km/ h)，即60/3. 6 (m/s)，又5分鐘=300 (s)，故以上5條路段的車輛的行駛長度（Lt)均為：
[0046] b)計算車輛的安全車間距（Ld)，駕駛員在緊急情況下的反應(yīng)時間取0.68 (s)。與 a)類似，以上5條路段的車輛的安全車間距（Ld)均為：
[0048] c)計算有效行駛長度（L)，以上5條路段的總長度如下：
[0050] 則根據(jù)公式（4)得：
[0051] L = 5000+Lr；
[0052] 式中，L為車輛的有效行駛長度；Lt (值為5000)為車輛的行駛長度，W為道路的總 長度。由上式可得以上5條路段的車輛的有效行駛長度為：
[0054] d)計算理論最大車流量（QJ，5分鐘=300 (s)，車輛的標準長度為5米，由人工在 道路上統(tǒng)計得，在07:30-07:35期間，綠燈與紅燈所占時間之比為4 : 6,則根據(jù)公式（5)可 得：
[0056] 式中，為在觀測時間段內(nèi)，道路理論上能通過的最大車流量；L為車輛的有效行 駛長度。則以上5條路段的理論最大車流量（QJ如下：
[0058] (4)計算道路占有率：
[0059] 將計算所得到的道路最大車流量（QJ以及道路實際通過的標準化車輛數(shù)目（QD 利用城市道路占有率的計算方法進行計算，得到觀測時段的城市道路占有率（U)。取公式 (6)，即：
[0061] 式中，U為觀測時段的城市道路占有率；Qi為觀測時段內(nèi)，道路實際通過的標準化 車輛數(shù)目；Qm為在觀測時段內(nèi)，道路理論上能通過的最大車流量。將以上5條道路的標準化 車輛數(shù)目以及理論最大車流量代入上式，可得以上5條道路在07:30-07:35期間的道路占 有率如下：
[0063] (5)比較道路占有率：
[0064] 人工視頻觀測車道獲得的占有率結(jié)果，通常被認為是準確值。將由人工通過視頻 觀測在道路上統(tǒng)計得的道路占有率04)與用本發(fā)明的方法計算所得的道路占有率（U)進 行比較如下：
[0066] 由此可知，基于流量傳感器的城市道路占有率的計算方法和人工視頻觀測相比， 誤差率可控制在5%以下，是一種有效的自動計算方法。
【主權(quán)項】
1. 一種基于流量傳感器的城市道路占有率（U)的計算方法，其特征在于： (1) 采集車流量數(shù)據(jù)； (2) 標準化車輛數(shù)目； (3) 計算道路理論最大車流量（Qni); (4) 將計算所得到的道路理論上能通過的最大車流量（Qni)以及道路實際通過的標準化 車輛數(shù)目（Q1)利用城市道路占有率的計算方法進行公式計算，得到觀測時段的城市道路占 有率（U)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1 (3)中，計算道路理論最大車流量主要包括： (1) 通過道路限速（V)與觀測時長⑴的乘積，計算車輛的行駛長度（Lt); (2) 計算車輛的安全車間距（Ld); (3) 計算有效行駛長度（L); (4) 根據(jù)車輛的有效行駛長度（L)、安全車間距（Ld)以及標準車輛長度（L_)，計算理 論最大車流量（Qni)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2 (2)所述，計算車輛的安全車間距（Ld)的方法，其特征在于：在所有 車輛都以道路限速行駛的情況下，兩輛車的安全車間距應(yīng)為反應(yīng)距離，具體為 Ld= V*t 式中，LdS車輛的安全車間距；V為道路限速；t為駕駛員在緊急情況下的反應(yīng)時間。4. 根據(jù)權(quán)利要求2 (3)所述，計算有效行駛長度（L)的方法，其特征在于：根據(jù)車輛的 行駛長度和道路總長度，計算有效行駛長度（L)，具體為 L - Lt+Lr; 式中，L為車輛的有效行駛長度；Lt為車輛的行駛長度；L ^為道路的總長度。5. 根據(jù)權(quán)利要求書2(4)所述，計算理論最大車流量（Qni)的方法，其特征在于：當所有 車輛以跟馳狀態(tài)行駛時，則一段時間后，從第一輛車到最后一輛車的距離，也就是車輛的有 效行駛長度可等于每輛車的車輛長度以及車輛的安全車間距之和，據(jù)此可計算理論最大車 流量，具體為式中，Qn為在觀測時間段內(nèi)，道路理論上能通過的最大車流量；L為車輛的有效行駛長 度；為標準車輛長度；L 安全的車間距；T i為紅綠燈的一個周期；t i為紅綠燈的一個 周期內(nèi)，綠燈所占的時間。6. 根據(jù)權(quán)利要求1 (4)所述，城市道路占有率的計算方法，其特征在于：將計算所得到 的道路理論上能通過的最大車流量（Qni)以及道路實際通過的同一標準車流量（Q)利用城 市道路占有率的計算方法進行計算，^'~勹城市道路占有率（U)。具體為式中，U為觀測時段的城市道路占有率；Q1為觀測時段內(nèi)，道路實際通過的標準化后的 車流量；Qni為在觀測時段內(nèi)，道路理論上能通過的最大車流量。
【文檔編號】G08G1/065GK105894825SQ201510304349
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年6月3日
【發(fā)明人】夏瑩杰, 單振宇, 吳佳雯
【申請人】杭州遠眺科技有限公司