專利名稱：基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)評(píng)估城市路網(wǎng)交通狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用浮動(dòng)車數(shù)據(jù)對(duì)城市道路交通阻塞、擁擠及暢通狀態(tài)評(píng)估的方法。

背景技術(shù)：
城市道路交通狀態(tài)的一般用行程時(shí)間、行程速度、暢通程度以及服務(wù)水平等參數(shù)來(lái)描述。固定線圈檢測(cè)技術(shù)以及浮動(dòng)車技術(shù)均能實(shí)現(xiàn)以上參數(shù)的推導(dǎo)。相較固定線圈檢測(cè)技術(shù)覆蓋點(diǎn)有限、成本高特點(diǎn)，浮動(dòng)車技術(shù)具有覆蓋面廣、應(yīng)用成本低、易推廣的優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)交通信息服務(wù)系統(tǒng)常用的一種動(dòng)態(tài)交通信息采集技術(shù)?；贕PS信息的浮動(dòng)車一般都能實(shí)時(shí)記錄車輛的ID、時(shí)間坐標(biāo)、地球空間坐標(biāo)、速度、方向以及與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)有關(guān)的業(yè)務(wù)信息。這些信息可用于還原車輛的行駛軌跡和行駛環(huán)境，對(duì)路段的行程時(shí)間估計(jì)、路網(wǎng)的交通狀態(tài)、事故狀態(tài)等判斷，可廣泛應(yīng)用于道路交通通行能力和服務(wù)水平分析、實(shí)時(shí)交通誘導(dǎo)、區(qū)域交通協(xié)調(diào)控制、動(dòng)態(tài)交通信息發(fā)布等領(lǐng)域。
目前的常用的路網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)技術(shù)通常都不考慮道路的幾何形狀和交通屬性，僅從GPS數(shù)據(jù)的行駛速度分布曲線擬合，用行駛車速而非行程車速作為行程速度用于評(píng)價(jià)道路的通暢程度，其分析結(jié)果與實(shí)際道路運(yùn)行狀態(tài)必然有一定的差距，不宜于對(duì)公眾發(fā)布，也不能對(duì)交通控制和管理提供有效的輔助決策。


發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)中常用的路網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)技術(shù)存在分析情況不夠精確的缺陷。為了使城市路網(wǎng)交通狀態(tài)的估計(jì)準(zhǔn)確度進(jìn)一步提高，本發(fā)明利用已有的浮動(dòng)車技術(shù)的信息采集、傳輸和儲(chǔ)存系統(tǒng)，從已有的GPS數(shù)據(jù)出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送頻率、行駛軌跡做了詳細(xì)的分析，考慮城市交通的OD特性，采用時(shí)間最短路算法的計(jì)算結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)的綜合評(píng)估值作為道路的行程車速，并結(jié)合道路的使用功能采用模糊推理技術(shù)對(duì)道路的交通狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)評(píng)估城市路網(wǎng)交通狀態(tài)的方法，其中 (a)動(dòng)態(tài)采集浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理確定車輛在路網(wǎng)上的邏輯位置，用路段編號(hào)及距離路段起點(diǎn)的距離表示。
(b)每隔一個(gè)估計(jì)周期采用時(shí)間最短路算法及模糊推理技術(shù)做一次路網(wǎng)交通狀態(tài)評(píng)估，路網(wǎng)交通狀態(tài)包括路網(wǎng)中所有路段的行程時(shí)間、行程車速度以及交通暢通程度，將評(píng)估結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中； (c)該系統(tǒng)通過(guò)web service接口對(duì)外部系統(tǒng)提供不同需求的評(píng)估結(jié)果。
如上所述的方法，其中 步驟(a)具體包括動(dòng)態(tài)采集浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送頻率、行駛軌跡做詳細(xì)的時(shí)域頻譜分析和地域頻譜分析，并基于GIS用路徑匹配算法得到車輛所在的路段及其在路段上的位移。
步驟(b)具體包括 (b1)考慮城市交通的OD特性，采用時(shí)間最短路算法的計(jì)算結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)的綜合評(píng)估值作為道路的行程車速， 其中， 用時(shí)間最短路算法估計(jì)車輛的最可能行駛路徑， 行程時(shí)間的計(jì)算考慮交叉口的路段轉(zhuǎn)向延誤時(shí)間， 用平均行程車速作為路段交通狀態(tài)平均的基礎(chǔ)； (b2)結(jié)合道路使用屬性，將行程車速模糊化后用模糊推理技術(shù)綜合平均路段暢通程度。
如上所述的方法，步驟(b1)中通過(guò)交通OD分析和實(shí)際路網(wǎng)，確定OD對(duì)間常用路徑，用路段按次序排列。
如上所述的方法，步驟(b1)中通過(guò)實(shí)際路網(wǎng)交通調(diào)查，計(jì)算交叉口路段轉(zhuǎn)向延誤，用于時(shí)間最短路算法以及作為路段行程時(shí)間的一部分。
如上所述的方法，步驟(b1)中通過(guò)時(shí)間最短路算法確定車輛在相鄰兩時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的行駛路線，精確到車輛在起始路段及終止路段上的行駛路徑。
如上所述的方法，步驟(b1)中采用區(qū)間平均車速算法計(jì)算路段行程車速，并結(jié)合路段間轉(zhuǎn)向延誤平均計(jì)算車輛在各個(gè)路段的行駛時(shí)間及行程時(shí)間，從而計(jì)算各個(gè)路段的平均行程車速。
如上所述的方法，步驟(b1)中采用考慮包括日期、時(shí)間、天氣、事故在內(nèi)的多重因素的歷史行程時(shí)間及行程車速結(jié)合實(shí)時(shí)計(jì)算的行程時(shí)間及行程車速，采用加權(quán)平均法計(jì)算評(píng)估行程時(shí)間及行程車速。
如上所述的方法，步驟(b1)中，定時(shí)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，采用二分平均法減少遠(yuǎn)期數(shù)據(jù)對(duì)近期數(shù)據(jù)的影響。
本發(fā)明方法主要涉及幾個(gè)重要環(huán)節(jié) (1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，包括 A、城市道路網(wǎng)絡(luò)的電子地圖靜態(tài)數(shù)據(jù)整理包括地圖的坐標(biāo)匹配和修正，道路的方向性處理。
地圖坐標(biāo)的匹配和修正是指用于計(jì)算的電子地圖坐標(biāo)系與GPS坐標(biāo)系可能不同，需要進(jìn)行實(shí)地測(cè)試或采用其他方式將兩坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，必要時(shí)對(duì)電子地圖進(jìn)行修正。
道路方向性處理是針對(duì)未將道路的方向?qū)傩约右詷?biāo)識(shí)的電子地圖。一般電子地圖的道路圖層只提供道路的中心線型，未將道路的方向?qū)傩约右詷?biāo)識(shí)，如區(qū)分同一道路的東西走向與西東走向。經(jīng)過(guò)方向性處理后一條路變?yōu)閮蓷l路，分別代表同一道路的兩個(gè)走向，可用面狀圖層表示。道路的最小單位是路段，即任意兩個(gè)交叉口之間的一段路可作為一個(gè)路段，T型交叉口也算交叉口，對(duì)比較特殊的長(zhǎng)路段，可以將路段上的重要單位開口作為一個(gè)虛擬交叉口。路段的方向由起點(diǎn)和終點(diǎn)屬性確定。起點(diǎn)和終點(diǎn)用交叉口或虛擬交叉口的唯一標(biāo)識(shí)(編號(hào))表示。
B、交叉口交通數(shù)據(jù)采集和處理； 交叉口交通數(shù)據(jù)是指每一個(gè)與交叉口連接的路段的走向與交叉口的信號(hào)控制方案。該數(shù)據(jù)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查采集，也可以從相關(guān)交通設(shè)施管理部門獲得，最好是動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，若無(wú)則可用靜態(tài)數(shù)據(jù)代替。信號(hào)控制方案用于計(jì)算路段在不同方向上的平均延誤。最后處理的交叉口數(shù)據(jù)用以下格式表示交叉口編號(hào)(唯一)，進(jìn)口路段，出口路段，轉(zhuǎn)向延誤。對(duì)于禁止進(jìn)入的路段，其轉(zhuǎn)向延誤為無(wú)窮大。進(jìn)口路段到出口路段轉(zhuǎn)向延誤可以采用Webster交叉口延誤計(jì)算模型獲得。
C、OD采集及常用路徑確定 城市路網(wǎng)的OD可以通過(guò)規(guī)劃數(shù)據(jù)劃定小區(qū)，并進(jìn)行OD調(diào)查獲得。也可以根據(jù)浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行小區(qū)動(dòng)態(tài)劃分和推算OD量。根據(jù)劃定的交通小區(qū)確定小區(qū)間的最常用路徑，作為小區(qū)交通的最可能行走路徑，將其中要經(jīng)過(guò)的所有路段記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。格式要求為路徑編號(hào)，路段序號(hào)，路段編號(hào)。
(2)浮動(dòng)車GPS信息采集和預(yù)處理 動(dòng)態(tài)采集的浮動(dòng)車GPS信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，保存的信息包括車輛編號(hào)、采集時(shí)刻、車輛速度、車輛方向、車輛狀態(tài)、經(jīng)緯度坐標(biāo)。
結(jié)合電子地圖，采用基于GIS的地圖匹配技術(shù)，利用GPS數(shù)據(jù)中的車輛ID編號(hào)、采集時(shí)刻、車輛速度、方向、經(jīng)緯度坐標(biāo)來(lái)確定車輛在路網(wǎng)上的邏輯位置，邏輯位置用路段編號(hào)和路段距離表示。
(3)定時(shí)進(jìn)行路網(wǎng)交通狀態(tài)估計(jì) A、根據(jù)車輛的邏輯軌跡用考慮交叉口轉(zhuǎn)向延誤的時(shí)間最短路算法計(jì)算估計(jì)時(shí)段內(nèi)所有車輛經(jīng)過(guò)的所有路段及經(jīng)過(guò)的距離并作為中間結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，標(biāo)記為算法SP；中間表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為估計(jì)時(shí)段，路段編號(hào)，經(jīng)過(guò)距離，通行時(shí)間，采用算法。
B、根據(jù)車輛的邏輯軌跡并考慮路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)OD及OD間常用路徑，計(jì)算估計(jì)時(shí)段內(nèi)所有車輛經(jīng)過(guò)的路段及經(jīng)過(guò)的距離并作為中間結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)中，標(biāo)記為算法MLP；中間表結(jié)構(gòu)同A。
C、分別計(jì)算每個(gè)算法獲得的路段空間平均速度，即經(jīng)過(guò)路段的所有車輛的距離之和除以通過(guò)路段的所有時(shí)間之和； D、根據(jù)估計(jì)時(shí)間、事故狀態(tài)、天氣等環(huán)境信息獲取路段的路段歷史行程速度； E、用加權(quán)調(diào)和平均法計(jì)算路網(wǎng)中所有路段平均行程車速； F、根據(jù)計(jì)算的路段平均行程車速及路段屬性采用模糊推理技術(shù)確定道路通暢程度，用阻塞、擁擠、暢通三個(gè)狀態(tài)表示；路段平均行程車速的模糊函數(shù)以及路段通暢程度的模糊推理見附件圖表。
G、路網(wǎng)交通狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)的更新維護(hù)。影響歷史數(shù)據(jù)的因素為日期、時(shí)間、路段事故狀態(tài)、天氣等因素。結(jié)合這幾個(gè)因素生成影響因子，用以保存和方便檢索歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)的保存格式為路段編號(hào)，影響因子，行程時(shí)間，行程速度，路段狀態(tài)。每個(gè)估計(jì)周期計(jì)算的結(jié)果在發(fā)布的同時(shí)也寫入歷史庫(kù)。如果歷史庫(kù)中已存在相同影響因子的數(shù)據(jù)，則保存已有速度及欲保存速度的調(diào)和平均值，行程時(shí)間采用二者平均值，路段狀態(tài)根據(jù)調(diào)和速度再次模糊推理演算。
本發(fā)明的有益效果是經(jīng)過(guò)交通仿真和上海市楊浦區(qū)及黃浦區(qū)路網(wǎng)的實(shí)際檢驗(yàn)，當(dāng)浮動(dòng)車輛在路網(wǎng)交通量中的覆蓋率到達(dá)5％時(shí)，路網(wǎng)交通狀態(tài)的估計(jì)正確率在80％以上。該結(jié)論表明本發(fā)明中采用的方法和技術(shù)簡(jiǎn)單易行，運(yùn)行條件容易滿足，易于在全國(guó)中大型城市中推廣應(yīng)用。



圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是路網(wǎng)交通狀態(tài)估計(jì)流程圖。
圖3是時(shí)間最短路算法及歷史數(shù)據(jù)更新流圖。
圖4是路段交通狀態(tài)的隸屬度函數(shù)及推理規(guī)則表。
圖5是系統(tǒng)物理部署圖。

具體實(shí)施例方式 本方法是一個(gè)當(dāng)前現(xiàn)狀結(jié)合歷史數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行路網(wǎng)交通狀態(tài)估計(jì)的方法，其歷史數(shù)據(jù)的積累需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，而且隨著歷史數(shù)據(jù)的積累，估計(jì)的結(jié)果越準(zhǔn)確。該方法還有一個(gè)重要前提是路網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)的采集、整理和維護(hù)，采集的數(shù)據(jù)粒度越細(xì)，估計(jì)結(jié)果越好。
如圖1所示，系統(tǒng)由靜態(tài)數(shù)據(jù)管理和維護(hù)模塊，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)到邏輯路網(wǎng)的映射模塊，路網(wǎng)交通狀態(tài)估計(jì)模塊，歷史數(shù)據(jù)更新模塊，交通信息發(fā)布模塊組成，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。這些軟件模塊都是獨(dú)立的，可以根據(jù)實(shí)際情況安裝在一臺(tái)機(jī)器上，也可以安裝在多臺(tái)機(jī)器上，物理部署如圖5所示。
現(xiàn)結(jié)合圖2說(shuō)明路網(wǎng)交通狀態(tài)的估計(jì)流程。主要說(shuō)明日常維護(hù)流程和核心流程，包括路網(wǎng)交通狀態(tài)估計(jì)流程和歷史數(shù)據(jù)更新流程。日常維護(hù)包括靜態(tài)數(shù)據(jù)的維護(hù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的接收和處理。
1、靜態(tài)數(shù)據(jù)維護(hù) 靜態(tài)數(shù)據(jù)是指道路網(wǎng)絡(luò)幾何形狀、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等長(zhǎng)期變化不大的數(shù)據(jù)，以及交通管制、交叉口信號(hào)配時(shí)、交通OD等相對(duì)比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在初始化的時(shí)候需要花比較大的功夫，必要時(shí)需要進(jìn)行交通調(diào)查。需要維護(hù)的靜態(tài)數(shù)據(jù)有 (1)路段表 其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為 相鄰兩個(gè)交叉口之間的一段路除單行線為單一路段外，不同走向的路段編號(hào)不同，起止節(jié)點(diǎn)相反。
(2)交叉口表 交叉口的NodeID對(duì)應(yīng)路段表中的FNODE和TNODE字段。Fromlink和ToLink對(duì)應(yīng)路段表中的DDLinkID字段。轉(zhuǎn)向阻抗為從入口路段到出口路段的轉(zhuǎn)向平均延誤，可用Webster公式求得。
(3)交通OD常用路徑表 找出路網(wǎng)上的交通小區(qū)間的常用路徑，用路段依次編號(hào)表示。路徑長(zhǎng)度以3000米左右為宜，交通小區(qū)分得越細(xì)，路徑越多，計(jì)算結(jié)果越接近真值。
2、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接收和處理 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是指出租車的GPS信息。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)一般從出租車公司的信息中心獲得，也可能直接通過(guò)internet接收車輛上車載GPS終端設(shè)備發(fā)送的實(shí)時(shí)信息。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊主要功能是通過(guò)TCP/IP通信協(xié)議接收來(lái)自不同信息源的出租車動(dòng)態(tài)GPS信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)保存到共享數(shù)據(jù)庫(kù)中。
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的處理是指將出租車的GPS的經(jīng)緯度坐標(biāo)定位的物理位置映射成路網(wǎng)的邏輯便于隨后的計(jì)算。映射方式是通過(guò)經(jīng)緯度坐標(biāo)、車輛方向、速度等值確定車輛所在的路段，以及其距所在路段起點(diǎn)的距離。處理的結(jié)果可以與采集到的信息保存在同一張表中，數(shù)據(jù)保存格式為 3、路網(wǎng)交通狀態(tài)動(dòng)態(tài)估計(jì) 路網(wǎng)交通狀態(tài)估計(jì)模塊管理路網(wǎng)交通狀態(tài)估計(jì)任務(wù)的啟動(dòng)和歷史數(shù)據(jù)更新任務(wù)的啟動(dòng)。啟動(dòng)的周期可以自定義，一般為5分鐘一次。每次估計(jì)的流程如圖2—①所示 (1)路徑估算及行程計(jì)算 對(duì)估計(jì)周期內(nèi)采集到的所有車輛信息按車輛編號(hào)和發(fā)送時(shí)間排序，按車輛為計(jì)算個(gè)體計(jì)算車輛在估計(jì)周期內(nèi)的最可能行駛路徑，并將該車輛在路段上的行走里程及行程時(shí)間記錄在中間表中。該計(jì)算可以采用串行算法依次計(jì)算估計(jì)周期中采集到的所有記錄。為達(dá)到快速運(yùn)算的目的，也可以采用并行算法以車輛或一條GPS記錄為最小計(jì)算子任務(wù)分布在多臺(tái)機(jī)器上計(jì)算。具體的時(shí)間最短路算法參考圖3。找到同一車輛兩點(diǎn)間的最短路后，平均分配法分配車輛在路段上的行駛時(shí)間，再加上本路段到下一路段的轉(zhuǎn)向延誤作為該路段的行程時(shí)間。
例如對(duì)于記錄(Vi，Li，Di，Ti)，先找到車輛Vi在Ti時(shí)刻的前一時(shí)刻Ti-1的軌跡(Vi-1，Li-1，Di-1，Ti-1)，通過(guò)時(shí)間最短路算法找到車輛Vi從Ti-1時(shí)刻到Ti時(shí)刻的可能路徑為P{Li-1，L0，...Lk，...Lm，Li}，計(jì)算總行程S，總行程時(shí)間T＝Ti—Ti-1，以及所有經(jīng)過(guò)路段的總延誤D，其中 S＝∑Length(Lj) j∈{i-1，0，...k，...m，i}，k≤m，m≥0 D＝∑T(Lj-1，Lj) j-1，j∈{i-1，0，...k，...m，i}，k≤m，m≥0 Length(Lj)為路段Lj的物理長(zhǎng)度，T(Lj-1，Lj)為路段Lj到Lj-1的轉(zhuǎn)向延誤。則車輛Vi在Ti-1到Ti時(shí)段對(duì)路網(wǎng)的貢獻(xiàn)為 If Li＝Li-1 then (Li，Di-Di-1，Ti-Ti-1) Else{ (Li-1，Length(Li-1)-Di-1，(T-D)*Length(Li-1)/S+T(Li-1，L0))； ... (Lk，Length(Lk)，(T-D)*Length(Lk)/S+T(Lk，Lk+1))； (Li，Di，(T-D)*Di/S)。
} 其中(L，D，T)表示一條記錄，L對(duì)應(yīng)路段編號(hào)，D對(duì)應(yīng)車輛在路段L的行駛距離，T對(duì)應(yīng)車輛在路段L的行程時(shí)間。記錄的表結(jié)構(gòu)為 (2)路段行程車速估算 當(dāng)所有的記錄都處理完畢后，再對(duì)處理的結(jié)果按路段作為計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算。該計(jì)算也可以用并行計(jì)算的模式以路段作為最小計(jì)算任務(wù)將計(jì)算工作分布到多臺(tái)機(jī)器上同時(shí)運(yùn)算。如流程圖2—①所示，每個(gè)路段的估計(jì)行程車速由實(shí)時(shí)計(jì)算的平均行程車速和該路段的歷史行程車速共同確定。對(duì)沒有車輛經(jīng)過(guò)的路段，用歷史值作為本估計(jì)周期的估計(jì)值，對(duì)有車輛經(jīng)過(guò)的路段，采用歷史值與計(jì)算值的加權(quán)調(diào)和平均值作為估計(jì)值。
對(duì)于路段Lj，其實(shí)時(shí)平均行程車速

的算法為 其中N為經(jīng)過(guò)路段Lj的車輛數(shù)，Si為某車在路段Lj的行駛距離，Ti為該車在路段Lj的行程時(shí)間。
路段的歷史數(shù)據(jù)需先根據(jù)當(dāng)前時(shí)間及路網(wǎng)狀態(tài)核算歷史影響因子，再通過(guò)歷史影響因子檢索路段的歷史行程時(shí)間及行程車速。
對(duì)路段Lj，若其平均行程車速為

歷史行程車速為

則其行程車速Vj可采用加權(quán)調(diào)和平均法計(jì)算獲得 其中，α∈
，為可調(diào)系數(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行的初始階段歷史數(shù)據(jù)記錄少，α取值可偏大，如取0.8，當(dāng)系統(tǒng)一定時(shí)間后，可將α取值調(diào)低，如取0.6，到0.5，長(zhǎng)期運(yùn)行(超過(guò)半年)后，可根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)將α調(diào)到合適值。
(3)路段暢通程度的估計(jì) 路段的暢通程度是一個(gè)模糊值，可以用{堵塞，擁擠，暢通}三個(gè)狀態(tài)來(lái)表示。路段的暢通程度不僅跟路段的行程車速有關(guān)，也與道路的使用功能有關(guān)。為此，可以用模糊推理技術(shù)通過(guò)路段的行程車速結(jié)合道路的使用功能推算路段的暢通程度。
首先將路段的行程車速模糊化，分為{很慢(VS)，慢(S)，較慢(RS)，正常(N)，快(F)}五個(gè)級(jí)，采用三角形隸屬度函數(shù)。道路的使用功能分為主干道、次干道和支路三個(gè)級(jí)別。推理規(guī)則采用“IF x is A and y is B THEN z is C”的模糊規(guī)則進(jìn)行推理，路段行程車速與道路屬性為推理前件，路段暢通程度為推理結(jié)果。路段行程車速的隸屬度函數(shù)及推理規(guī)則見圖4。具體實(shí)施時(shí)可根據(jù)路網(wǎng)的實(shí)際情況，調(diào)整隸屬度函數(shù)及推理規(guī)則。
(4)歷史數(shù)據(jù)的更新和維護(hù) 歷史數(shù)據(jù)主要考慮的因素有 日期類型分為工作日，節(jié)假日； 星期幾周一至周日； 時(shí)間分為高峰，平峰，深夜三個(gè)時(shí)段，若需細(xì)分，可將1日按小時(shí)分為24個(gè)時(shí)段甚至更細(xì)； 氣候分為正常、較差、惡劣三個(gè)等級(jí)； 事故分有/無(wú)事故。
日期和時(shí)間可以根據(jù)估計(jì)時(shí)段的時(shí)間獲得，氣候信息從其他系統(tǒng)中獲取或定時(shí)人工錄入。
為了加快檢索的速度，歷史數(shù)據(jù)的影響因素可以編碼為歷史影響因子，編碼格式為 一般來(lái)說(shuō)，距當(dāng)前時(shí)間越近的歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前實(shí)際情況越接近。因此歷史數(shù)據(jù)的更新采用二分平均法計(jì)算。假設(shè)路段L已經(jīng)有N次的歷史數(shù)據(jù)，第i次的估計(jì)行程時(shí)間為Ti，本次周期計(jì)算的估計(jì)行程時(shí)間為T0，則最后更新的歷史行程時(shí)間T為 該路段的歷史行程速度V為也即該路段的估計(jì)值與歷史值的調(diào)和平均值。
歷史數(shù)據(jù)表還需記錄最近一個(gè)月的所有估計(jì)值，并計(jì)算其均值及方差用于歷史數(shù)據(jù)的分析。
(5)路網(wǎng)交通信息的發(fā)布 每次計(jì)算出來(lái)的路網(wǎng)交通狀態(tài)，按估計(jì)時(shí)段時(shí)間和路段排序存儲(chǔ)在共享數(shù)據(jù)庫(kù)中?？梢园l(fā)布的信息可分為實(shí)時(shí)信息和統(tǒng)計(jì)信息。實(shí)時(shí)信息有路段行程車速、路段暢通程度；統(tǒng)計(jì)信息有十大擁擠路段、擁擠區(qū)域，路徑估計(jì)行程時(shí)間，建議最優(yōu)行駛路徑等附加信息。
路網(wǎng)交通信息可以以直接訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的形式發(fā)布，也可以以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方式對(duì)外部系統(tǒng)提供透明訪問接口。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)評(píng)估城市路網(wǎng)交通狀態(tài)的方法，特征包括
(a)動(dòng)態(tài)采集浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理確定車輛在路網(wǎng)上的邏輯位置；
(b)每隔一個(gè)估計(jì)周期采用時(shí)間最短路算法及模糊推理技術(shù)做一次路網(wǎng)交通狀態(tài)評(píng)估，路網(wǎng)交通狀態(tài)包括路網(wǎng)中所有路段的行程時(shí)間、行程車速度以及交通暢通程度，將評(píng)估結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中；
(c)系統(tǒng)通過(guò)web service接口對(duì)外部系統(tǒng)提供不同需求的評(píng)估結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征是
步驟(a)具體包括動(dòng)態(tài)采集浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送頻率、行駛軌跡做時(shí)域頻譜分析和地域頻譜分析，并基于GIS用路徑匹配算法得到車輛所在的路段及其在路段上的位移，其邏輯位置用路段編號(hào)及距離路段起點(diǎn)的距離表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征是步驟(b)具體包括
(b1)考慮城市交通的OD特性，采用時(shí)間最短路算法的計(jì)算結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)的綜合評(píng)估值作為道路的行程車速，
其中，
用時(shí)間最短路算法估計(jì)車輛的最可能行駛路徑，
行程時(shí)間的計(jì)算考慮交叉口的路段轉(zhuǎn)向延誤時(shí)間，
用平均行程車速作為路段交通狀態(tài)平均的基礎(chǔ)；
(b2)結(jié)合道路使用屬性，將行程車速模糊化后用模糊推理技術(shù)綜合平均路段暢通程度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，特征是步驟(b1)中通過(guò)交通OD分析和實(shí)際路網(wǎng)，確定OD對(duì)間常用路徑，用路段按次序排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，特征是步驟(b1)中通過(guò)實(shí)際路網(wǎng)交通調(diào)查，計(jì)算交叉口路段轉(zhuǎn)向延誤，用于時(shí)間最短路算法以及作為路段行程時(shí)間的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，特征是步驟(b1)中通過(guò)時(shí)間最短路算法確定車輛在相鄰兩時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的行駛路線，精確到車輛在起始路段及終止路段上的行駛路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，特征是步驟(b1)中采用區(qū)間平均車速算法計(jì)算路段行程車速，并結(jié)合路段間轉(zhuǎn)向延誤平均計(jì)算車輛在各個(gè)路段的行駛時(shí)間及行程時(shí)間，從而計(jì)算各個(gè)路段的平均行程車速。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，特征是步驟(b1)中采用考慮包括日期、時(shí)間、天氣、事故在內(nèi)的多重因素的歷史行程時(shí)間及行程車速結(jié)合實(shí)時(shí)計(jì)算的行程時(shí)間及行程車速，采用加權(quán)平均法計(jì)算評(píng)估行程時(shí)間及行程車速。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，特征是步驟(b1)中，定時(shí)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，采用二分平均法減少遠(yuǎn)期數(shù)據(jù)對(duì)近期數(shù)據(jù)的影響。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用浮動(dòng)車數(shù)據(jù)對(duì)城市道路交通阻塞、擁擠及暢通狀態(tài)評(píng)估的方法。具體是基于浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)的路網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)技術(shù)，從已有的GPS數(shù)據(jù)出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送頻率、行駛軌跡做了詳細(xì)的分析，考慮城市交通的OD特性，采用時(shí)間最短路算法的計(jì)算結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)的綜合評(píng)估值作為道路的行程車速，并結(jié)合道路的使用功能采用模糊推理技術(shù)對(duì)道路的交通狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。采用該改進(jìn)的評(píng)估方法獲得了運(yùn)行條件容易滿足、簡(jiǎn)單易行、得到結(jié)果準(zhǔn)確的效果。
文檔編號(hào)G08G1/01GK101373559SQ200710045240
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者楊曉光, 吳志周, 梅 童, 靖 趙 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)