一種高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法，該方法采集高速公路的基礎信息，根據采集的高速公路基礎信息，利用交通仿真工具模擬交通環(huán)境，將路段劃分為等間距小段，每一小段的中點設為檢測器布設點，并將已有的檢測器對應在相應小段上，利用仿真分析獲得所有路段檢測器采集的交通參數信息；最后建立行程時間的平均絕對相對誤差目標函數并求解得到交通檢測器最終布設方案。本發(fā)明根據不同檢測器的工作環(huán)境、數據檢測類型及檢測精度，合理組合檢測器來提高數據的整體檢測精度和檢測種類。組合不同檢測器實現不同檢測器在數據檢測類型和檢測精度等方面的優(yōu)勢互補，在充分利用已布設檢測器的基礎上，提高道路交通信息檢測的精確性。
【專利說明】
一種高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于交通工程中道路設施設備布設的技術領域，具體來說，涉及一種用于 確定高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設的測定方法。
【背景技術】
[0002] 目前，我國絕大多數高速公路動態(tài)交通數據采集系統(tǒng)普遍存在著以下幾個現象： 動態(tài)交通數據采集設備數量不足，布設位置不合理;動態(tài)交通數據采集的實時性差，不能及 時上傳;交通數據準確性差，檢測精度不高;交通數據采集設備損壞嚴重，部分數據已經失 效等。另外，還存在著已布設有交通檢測器的路段，新加密布設的檢測器的類型和布設間距 的不合理等問題。檢測器布設過于稀疏會導致采集到的交通數據不能準確地反映當時的交 通運行狀態(tài);而檢測器布設過密，檢測精度達到要求，但是會造成一定的資金浪費。此外，大 多數高速公路動態(tài)交通數據采集還只是依靠單一的交通檢測技術。由于每種檢測器都有其 優(yōu)勢與不足，都會對某類信息敏感而對某些信息誤檢或者漏檢。
[0003] 高速公路交通系統(tǒng)的全局性、復雜性，以及高速公路管理系統(tǒng)的全天候、全時段和 實時性要求，決定了對交通數據檢測技術和設備很高的性能要求。顯然，單一的檢測技術難 以滿足上述需求。當單一的檢測技術已經不能滿足各種交通條件下的動態(tài)交通數據采集要 求，如何科學有效的應用動態(tài)交通數據檢測方法，發(fā)揮不同的交通檢測技術的優(yōu)勢彌補單 一檢測技術的不足，采集實時準確的交通數據的問題應運而生。采用多種交通檢測技術的 組合搭配，對動態(tài)交通數據進行檢測，已成為高速公路動態(tài)交通數據采集的發(fā)展趨勢。

【發(fā)明內容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的主要目的是提供一種組合布設固定交通檢測器的測定方法， 該測定方法可根據不同檢測器的工作環(huán)境、數據檢測類型及檢測精度，合理組合檢測器來 提高數據的整體檢測精度和檢測種類;也可以利用道路上已布設的檢測器，選用易安裝，費 用低廉，檢測精度滿足要求的檢測器進行加布。組合不同的檢測器可以實現不同檢測器在 數據檢測類型和檢測精度等方面的優(yōu)勢互補，在充分利用已布設檢測器的基礎上，提高道 路交通信息檢測的精確性。
[0005] 技術方案:為達到上述目的，本發(fā)明提出的組合布設高速公路交通檢測器的方法 為：
[0006] -種高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法，該方法包括如下步驟：
[0007] 1)采集高速公路的基礎信息：車道數，路段長度，已布設檢測器的類型和布設位 置，道路的交通流量和交通速度；
[0008] 2)根據步驟1)采集的高速公路基礎信息，利用交通仿真工具模擬交通環(huán)境，將路 段劃分為等間距小段，每一小段的中點設為檢測器布設點，并將已有的檢測器對應在相應 小段上，利用仿真分析獲得所有路段檢測器采集的交通參數信息；
[0009] 3)建立行程時間的平均絕對相對誤差目標函數：
[0010:
[0011:
[0012:
[0013:
[0014:
[0015:
[0016:
[0017:
[0018:
[0019] 其中，紙極發(fā)2為路段k上的所有檢測器測得的行程時間的平均絕對相對誤差，ke {1，2，. . . C+l}; MAREf為路段k上已布設檢測器測得的行程時間的平均絕對相對誤差;變量 i表示檢測器的類型，i = 1表示已布設檢測器，i = 2表示新加布檢測器，i = 0表示不布設檢 測器;如果第i類檢測器布設在位置」則_的值為1，否則為〇; C為已布設檢測器數量;M為檢 測器總量的最大限額;^為路段j上加布的檢測器的單價;R為加布檢測器的預算限額；
[0020] 4)根據步驟3)計算得到交通檢測器最終布設方案。
[0021] 所述加布檢測器的總價R由資金預算確定，所述加布檢測器的類型由資金預算和 精度需求確定。
[0022] 所述行程時間的平均絕對相對誤差計算如下：
[0023]
[0024] 其中，為路段(m_l，m)行程時間的估計誤差，其值等于估計行程時間與真實行 程時間的差;GIm-l,m為真實路段行程時間；Im-l,m為估計行程時間；A為數據收集時間H內以 ω為間隔的數據的個數，其值為(60*Η) / ω。
[0025] 所述的行程時間的測算公式如下：
[0026]
[0027]其中，Tk為路段k的估計行程時間；Sis為第i類檢測器m的布設位置距離高速公路起 點的距離;為第i類檢測器m測得的點速度;M為檢測器數量的最大限額;L是路段長度。
[0028] 所述步驟4)計算得到檢測器的布設位置如下：
[0029]
[0030] 其中，*蠢為第111個檢測器距離路段起始點的距離，單位為米，i為檢測器類型，1表 示已布設檢測器，2表示加布檢測器，0表示不布設檢測器;1為單元路段的長度，1 = L/N，L為 路段長度，N為路段單元數;§為當第m個檢測器布設在第j個單元路段時j的取值。
[0031] 有益效果：（1)本發(fā)明的測定方法能發(fā)揮不同的交通檢測技術的優(yōu)勢彌補單一檢 測技術的不足，提高數據的檢測精度和增加了檢測種類。目前，多數高速公路動態(tài)交通數據 采集還只是依靠單一的交通檢測技術。由于每種檢測器都有其優(yōu)勢與不足，都會對某類信 息敏感而對某些信息誤檢或者漏檢。而高速公路交通系統(tǒng)的全局性、復雜性，以及高速公路 管理系統(tǒng)的全天候、全時段和實時性要求，決定了對交通數據檢測技術和設備很高的性能 要求。顯然，單一的檢測技術難以滿足上述需求。該測定方法提出了組合布設檢測器的方 法，在充分利用已有檢測信息的基礎上，提高了數據檢測精度，增加了數據種類。
[0032] (2)本發(fā)明的測定方法能夠確定不同類型檢測器的布設位置。目前，高速公路檢測 器的布設間距較大，檢測信息能粗略的估計道路交通狀態(tài)，但對具體路段的實時性交通狀 態(tài)的估計精度達不到要求。另一方面，動態(tài)交通數據采集設備數量不足，且有些路段設備損 壞嚴重，導致數據準確性差，不能準確地反映實時的交通運行狀態(tài)。本方法考慮將兩種及以 上檢測器進行組合布設，通過采集高速公路的基礎信息和交通信息，利用仿真分析方法，再 現真實交通環(huán)境下兩種檢測器布設情況下的交通狀況，獲取交通信息，并對交通數據進行 誤差分析，將行程時間的檢測誤差MARE降到最低，合理測定檢測器的具體位置。該測定方法 可以在充分保證檢測器檢測效果的情況下，充分利用檢測器的檢測優(yōu)勢，降低檢測誤差，準 確反映道路的交通運行狀況。
[0033] (3)本發(fā)明的測定方法在同一條高速公路上進行均等分段進行。為了獲得精確的 位置，本發(fā)明將道路分成間距很小的單位路段，檢測器布設在單位路段的中點位置。兩個相 鄰的實際布設位置之間的路段包含若干個單位路段。本發(fā)明的測定方法主要采用線性規(guī)劃 方法對路段行程時間的檢測誤差進行分析，在一定的數量和費用約束下，獲得檢測器的布 設位置。這樣做能夠使得資源合理有效的配置，充分利用檢測器的特點，優(yōu)勢互補，在保證 對高速公路有效監(jiān)控的前提下，進一步優(yōu)化資源配置。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明的測定方法的流程框圖。
[0035]圖2是高速公路典型路段示例圖。
[0036]圖3是高速公路路段真實和虛擬檢測器布設示意圖。
[0037]圖4是檢測器組合路段示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明：
[0039] 如圖1所示，本發(fā)明包括如下步驟：
[0040] 1)采集高速公路（圖2)的基礎信息：以已布設檢測器的位置和類型、高速公路的單 向車道數、路段長度L、交通流量Q和交通速度V為基礎信息指標。在該步驟中，高速公路的基 礎信息可以從公路管理人員處獲取確切的基礎信息，包括已布設檢測器數量、位置和類型， 單向車道數，路段長度;也可以實地檢測，并獲取包括交通流量和交通速度等的交通信息。
[0041] 2)根據資金預算和精度需求，選取新加布的檢測器類型:選取費用低廉且精度相 對已布設檢測器低的檢測器，如微波檢測器。資金預算主要是指考慮到檢測器的設施成本 和安裝成本等條件，現有的預算能夠支撐多少檢測器的安裝，也就是對檢測器數量的一個 限制條件。精度需求則是道路管理者對預布設道路上采集的交通參數如速度、行程時間等 的估計精度的要求。每種檢測器都存在檢測誤差，但對各種交通參數的檢測精度略有不同。 比如車輛速度的檢測方面，線圈檢測器檢測精度可達95%以上，而微波檢測器則為85%，視 頻檢測器為90%-95%。若要求道路的檢測速度達到90%以上的精度，則線圈和視頻可作為 一個候選;若要求速度達到95 %以上，線圈檢測器則為候選檢測器。
[0042] 3)根據基礎信息，利用交通仿真工具仿真兩類檢測器布設下的交通環(huán)境，獲得各 個路段每種檢測器采集的交通信息，如交通速度V、行程時間T;在該步驟中，本發(fā)明選用 VISS頂仿真工具獲取檢測點的速度信息:首先依據高速公路的車道數和路段長度等信息構 建仿真道路;將道路按照100米的單位長度進行均分，獲得n = L/100個單位路段，沿著交通 流方向對路段從1到η進行編號;在單位路段的中點位置布設點檢測器，如圖3所示；已布設 檢測器對應的路段布設點，對應到路段相應位置的單位路段布點位置，作為以確定的布點 位置，此位置不作為加布檢測器的布點范圍。按照道路真實的交通流量和交通速度構建仿 真環(huán)境。設定數據采集時間間隔及仿真時長，收集仿真數據。仿真數據包括點檢測器采集的 速度?目息，和路段檢測器米集的路段行程時間?目息。
[0043]由于仿真工具中檢測器類型的限制，本發(fā)明利用VISS頂點檢測器獲取所有單位路 段上點檢測器采集的速度信息。根據已布設檢測器和加布檢測器的檢測誤差，對仿真數據 進行處理，獲得兩種檢測器對應的速度信息。
[0044] 由于本發(fā)明以已布設檢測器為端點劃分路段，如圖4所示，因此同一路段有兩種行 程時間：一種為以已布設檢測器采集的點速度為基礎進行路段行程時間的估計；另一種為 以此路段上所有檢測器采集的點速度為基礎估計路段行程時間，也即以此路段上所有檢測 器為劃分點，分別求出每一小段的行程時間后進行求和。
[0045] 4)分析交通參數如行程時間的估計誤差(平均絕對相對誤差MARE)，包括單一檢測 器的估計誤差和組合兩種檢測儼~
[0046] 在該步驟中，利用公式 計算行程時間的 平均絕對相對誤差。其中Em-l,m為峨拐；Ull-i，nU仃;?￡Η、」丨日」的怕訂扶左，兵俚-于估計行程時間 與真實行程時間的差;真實路段行程時間；Tm-U為估計行程時間；△為數據收集時 間納以ω為間隔的數據的個數，其值為(60*Η)/ω。
[0047] 5)確定高速公路檢測器的布設方案:對比分析不同檢測器數量下，行程時間估計 誤差的變化情況，根據資金約束和精度情況確定檢測器的布設數量;在此數量下，分析不同 布點方案下行程時間估計誤差的變化情況，選取誤差較小的方案作為最終布設方案。
[00481 佑;BDIIC/A才泡m給、》丨吳的你罟佳自.
[0049:
[0050:
[0051：
[0052:
[0053:
[0054:
[0055:
[0056:
[0057:
[0058] 為路段k上的所有檢測器測得的行程時間的平均絕對相對誤差，ke {1， 2,.. .C+1丨；MAREf為路段k上已布設檢測器測得的行程時間的平均絕對相對誤差;變量i表 示檢測器的類型，i = l表示已布設檢測器，i = 2表示新加布檢測器，i=0表示不布設檢測 器;如果第i類檢測器布設在位置」則$!的值為1，否則為〇;C為已布設檢測器數量;M為檢測 器總量的最大限額;^為路段j上加布的檢測器的單價，R為加布檢測器的預算限額。由步驟 2)中得到。
[0059] 在該步驟中，所用的檢測器的位置信息為路段的編號值依據下面的公式得出檢測 器的布設位置：
[0060]
[0061 ] .為第m個檢測器跑離路段起始點的跑離，早位為米，i為檢測器類型，1表示已布 設檢測器，2表示加布檢測器，0表示不布設檢測器;1為單元路段的長度，1 = L/N，L為路段長 度，N為路段單元數;||為當第m個檢測器布設在第j個單元路段時j的取值。
[0062]本發(fā)明根據不同檢測器的工作環(huán)境、數據檢測類型及檢測精度，合理組合檢測器 來提高數據的整體檢測精度和檢測種類;也可以利用道路上已布設的檢測器，選用易安裝， 費用低廉，檢測精度滿足要求的檢測器進行加布。組合不同的檢測器可以實現不同檢測器 在數據檢測類型和檢測精度等方面的優(yōu)勢互補，在充分利用已布設檢測器的基礎上，提高 道路交通信息檢測的精確性。
【主權項】
1. 一種高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法，其特征在于，該方法包括如下 步驟： 1) 采集高速公路的基礎信息：車道數，路段長度，已布設檢測器的類型和布設位置，道 路的交通流量和交通速度； 2) 根據步驟1)采集的高速公路基礎信息，利用交通仿真工具模擬交通環(huán)境，將路段劃 分為等間距小段，每一小段的中點設為檢測器布設點，并將已有的檢測器對應在相應小段 上，利用仿真分析獲得所有路段檢測器采集的交通參數信息； 3) 建立行程時間的平均絕對相對誤差目標函數：i，i' e(〇，l，2) 其中，絶為路段k上的所有檢測器測得的行程時間的平均絕對相對誤差，ke{l， 2,. . .C+11 ; 為路段k上已布設檢測器測得的行程時間的平均絕對相對誤差;變量i 表示檢測器的類型，i = 1表示已布設檢測器，i = 2表示新加布檢測器，i = 0表示不布設檢測 器;如果第i類檢測器布設在位置j則||的值為1，否則為0; C為已布設檢測器數量;Μ為檢測 器總量的最大限額;η為路段j上加布的檢測器的單價;R為加布檢測器的預算限額； 4) 根據步驟3)計算得到交通檢測器最終布設方案。2. 根據權利要求1所述的高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法，其特征在于， 所述加布檢測器的總價R由資金預算確定，所述加布檢測器的類型由資金預算和精度需求 確定。3. 根據權利要求1所述的高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法，其特征在于， 所述行程時間的平均絕對相對誤差計算如下：其中，Em-1,"為路段行程時間的估計誤差，其值等于估計行程時間與真實行程時 間的差;GTm-i,"為真實路段行程時間；Tm-1"為估計行程時間；Δ為數據收集時間Η內w ω為間 隔的數據的個數，其值為(60*Η)/ω。4. 根據權利要求1所述的高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法，其特征在于， 所述的行程時間的測算公式如下：其中，Tk為路段k的估計行程時間；為第i類檢測器m的布設位置距離高速公路起點的 距離;*4為第i類檢測器m測得的點速度;Μ為檢測器數量的最大限額;L是路段長度。5. 根據權利要求1所述的高速公路多類型交通檢測器組合優(yōu)化布設方法，其特征在于， 所述步驟4)計算得到檢測器的布設位置如下：其中，《1：為第m個檢測器距離路段起始點的距離，單位為米，i為檢測器類型，1表示已布 設檢測器，2表示加布檢測器，0表示不布設檢測器;1為單元路段的長度，1 = L/N，L為路段長 度，N為路段單元數;為當第m個檢測器布設在第j個單元路段時j的取值。
【文檔編號】G08G1/01GK105844038SQ201610194750
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】何賞璐, 展鳳萍, 冉斌
【申請人】東南大學